侧推装置的设计研究及其在水下工作船上的应用

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1、侧 推 装 置 的 设 计 研 究 及 其在 水 下 工 作 船 上 的 应 用茅 为 民摘 要 简 迷 水 下 工 作 船 用 侧 推 装 置 科 研 样 机 的 基 本 方 案 和 主 参 数 , 台 架 试 验 及 其 研 究 设 计工 作 , 并 对 侧 推 装 置 的 换 向 、 深 水 工 作 船 压 力 补 偿 装 置 与 尾 轴 密 封 等 关 键 技 术 作 了 阐 述 。关 键 词 船 舶 侧 推 装 置 减 速 齿 轮 箱 对 转 齿 轮 箱 娓 密 封 装 置 压 力 补 偿 装 置前 言为 了 提 高 船 舶 的 操 纵 性 , 尤 其 是 某 些 工 程 船 的 低

2、 航 速 或 停 船 状 态 下 需 要 完 成 特 定 任 务 时 , 侧 推 装 置 则 是重 要 的 辅 助 操 纵 手 段 。如 水 下 工 作 船 就 需 借 助 侧 推 装 置 , 以 保 证 该 船 依 靠 自 力 离 靠 码 头 。 由 于 水 下 工 作 船 在 深 水 环 境 中 工 作 ,对 传 动 系 统 提 出 了 特 殊 要 求 , 尾 舱 苛 刻 的 布 置 空 间 亦 增 加 了 设 计 难 度 。 经 多 方 案 论 证 比 较 , 本 侧 推 装 置 采 用由 电 动 机 通 过 减 速 齿 轮 箱 和 对 转 齿 轮 箱 驱 动 槽 道 式 对 转 螺 旋

3、 桨 的 方 案 。 当 侧 推 装 置 功 率 为 时 , 则可 依 靠 对 转 螺 旋 桨 产 生 侧 向 推 力 和 转 舷 力 矩 , 保 证 水 下 工 作 船 领 先 自 力 离 靠 码 头 , 水 下 工 作 船 在 低 速 航 行 时亦 可 作 为 应 急 方 向 舵 使 用 。侧 推 装 置 的 基 本 方 案 和 主 参 数侧 推 装 置 的 主 要 设 备 包 括 直 流 幅 压 电 动 机 及 其 控 制 设 备 、 减 速 齿 轮 箱 、 对 转 齿 轮 箱 、 尾 轴 密 封 装 置 、 压 力补 偿 装 置 、 螺 旋 桨 和 槽 道 管 等 。一一一一一一一一一

4、一 电 动 机机口口口口口口口口仁仁 二 二 二 图 侧 推 装 置 的 传 动 形 式 与 基 本 组 成水 下 作 业 船 要 求 侧 推 装 置 的 主 机 功 率 较 小 , 而推 进 效 率 较 高 。 对 于 该 装 置 用 于 离 靠 码 头 来 说 , 电 机的 调 速 并 不 十 分 重 要 。 为 了 具 有 高 机 动 性 , 装 置 的 换向 功 能 十 分 重 要 。 若 采 用 电 动 机 逆 转 实 行 换 向 则 是不 可 取 的 若 选 用 直 流 幅 压 电 动 机 的 逆 转 , 则 会 引 起较 多 的 技 术 问 题 , 如 换 向 时 间 控 制 、

5、 过 载 问 题 、 火 花问 题 等 , 另 外 电 动 机 可 逆 转 的 控 制 设 备 的 费 用 也 昂贵 。 设 计 过 程 中 , 联 想 到 普 通 水 面 工 作 船 舶 上 广 泛 应用 的 装 有 例 、 顺 车 离 合 器 的 减 速 齿 轮 箱 , 它 同 样 可 以实 现 电 液 遥 控 操 纵 和 手 动 操 纵 。 所 以 经 过 论 证 , 确 定该 侧 推 装 置 采 用 电 动 机 通 过 减 速 齿 轮 箱 与 对 转 齿 轮箱 传 动 的 方 案 见 图 。减 速 齿 轮 箱减 速 齿 轮 箱 的 主 要 功 能 是 减 速 , 驱 动 对 转 齿 轮

6、 箱 及 装 在 该 齿 轮 箱 两 输 出 轴 上 的 螺 旋 桨 工 作 。 该 齿 轮 箱 为三 轴 五 齿 轮 传 动 , 带 动 倒 、 顺 离 合 器 和 液 压 控 制 系 统 , 既 可 以 远 距 离 遥 控 , 又 可 以 机 旁 操 纵 , 在 电 动 机 不 逆 机不 停 车 的 情 况 下 , 可 实 现 螺 旋 桨 的 正 反 转 和 停 车 , 传 动 原 理 见 图 。减 速 齿 轮 箱 的 液 压 系 统 见 图 。减 速 齿 轮 箱 的 主 要 参 数 如 下输 入 功 率机 电 设 备 年 第 期 一卜卜 门 , 粕粕作作作 顺 车 传 动侧 车 传 动图

7、 减 速 齿 轮 箱 传 动 简 图日日日卜卜、图 减 速 齿 轮 箱 的 液 压 系 统一一一 土土土土土图 对 转 齿 箱 传 动 简 图一 输 入 螺 旋 锥 齿 轮 、 一 输 出 螺 旋 锥 齿 轮一 尾 轴 密 封输 入 轴 额 定 转 速传 动 比 ,齿 轮 箱 工 作 油 压 为润 滑 油 压 力 当 油 压 低 于 设 置 值 时 会 自 动 报 警在 箱 体 上 装 有 一 个 滑 油 冷 却 器 , 用 于 冷 却 液 压系 统 的 油 液 。对 转 齿 轮 箱对 转 齿 轮 箱 接 受 减 速 齿 轮 箱 传 来 的 动 力 , 通 过主 、 从 动 齿 轮 分 别 传

8、 给 两 根 同 步 反 向 旋 转 的 输 出 轴 ,使 安 装 在 输 出 轴 上 的 螺 旋 桨 旋 转 产 生 侧 向 推 力 。 两根 输 出 轴 具 有 公 共 轴 心 线 , 并 与 输 入 轴 相 交 。 该 齿 轮箱 直 接 浸 入 海 水 , 置 于 槽 道 管 内 , 可 在 深 水 下 正 常 工作 。 齿 轮 箱 壳 体 内 充 满 油 , 通 过 管 路 与 压 力 补 偿 装 置相 连 , 实 现 与 舷 外 海 水 的 压 力 平 衡 。 其 传 动 原 理 见 图。对 转 齿 轮 箱 主 要 参 数 如 下额 定 输 入 功 率输 入 轴 额 定 转 速传 动

9、 比 ,输 出 轴 承 受 的 轴 向 力 为 双 向 。由 于 该 齿 轮 箱 安 装 的 舷 外 的 槽 道 管 内 , 因 此 对输 出 轴 部 分 参 考 国 外 常 用 后 密 封 装 置 原 理进 行 设 计 。 齿 轮 箱 在 制 造 厂 进 行 小 时 连 续 台 架试 验 , 经 拆 检 , 完 全 符 合 设 计 要 求 。尾 轴 密 封为 水 下 作 业 船 上 的 侧 装 置 专 门 研 制 了 新 型 尾 轴密 封 件 。 该 密 封 装 置 参 照 国 外 尾 轴 密 封 进行 设 计 。 密 封 件 由 三 道 唇 连 的 橡 胶 密 封 圈 组 成 如 图所 示

10、 。 第 、 道 密 封 圈 的 唇 边 向 外 向 螺 旋 桨 一侧 , 第 道 密 封 的 唇 边 向 内 向 齿 轮 箱 一 侧 。 、道 密 封 圈 之 间 形 成 腔 。 、 道 密 封 圈 之 间 形 成腔 , 箱 体 内 腔 为 腔 。 腔 与 压 力 补 偿 装 置 连 通 , 、腔 与 另 一 个 压 力 补 偿 器 即 称 囊 式 蓄 能 器 连 通 。压 力 补 偿 装 置 的 设 计 和 囊 式 蓄 能 器 的 布 置 高 度 可 使腔 压 力 略 高 于 舷 外 海 水 压 力。 。 、 腔 的 压 力 则 略 低 于 舷 外 海 水 压 力约 。 这 样 的 压 差

11、 可 有 效 地 保 证 双 向 密封 。压 力 补 偿 装 里舷 外 海 水 压 力 补 偿 是 解 决 水 下 作 业 船 舷 外 机 械深 水 密 封 问 题 的 有 效 途 径 。 该 装 置 的 设 置 是 为 解 决对 转 齿 轮 箱 内 部 润 滑 油 压 力 补 偿 的 问 题 。 压 力 补 偿一 一 机 电 设 备 年 第 期, ,图 密 封 件磁 性 体干 簧 管装 置 见 图 。该 装 置 由 壳 体 、 橡 胶 油 囊 、 压 板 、 弹 簧 和 低 油 位 信 号 发 送 器 等部 件 组 成 。 橡 胶 油 囊 由 耐 油 耐 海 水 的 橡 胶 制 成 。 充

12、油 后 , 由 于 弹 簧被 压 缩 , 可 形 成 。 的 剩 余 压 力 。 对 转 齿 轮 箱 和 密 封传 动 装 置 的 微 量 漏 泄 使 油 囊 内 油 逐 渐 减 少 , 剩 余 油 压 相 应 降 低 。 当油 囊 的 高 度 降 低 约 时 , 由 压 板 带 动 的 磁 性 体 将 靠 近 低 油 位发 信 器 的 外 壳 , 使 内 部 的 干 簧 管 触 点 闭 合 , 舱 内 的 报 警 灯 发 出 灯 光信 号 。 压 力 补 偿 装 置 与 尾 轴 密 封 是 本 侧 推 装 置 的 技 术 关 键 。 由 于普 通 的 机 械 设 备 不 能 承 受 深 水

13、压 力 , 也 就 无 法 适 应 水 下 工 作 船 大深 度 浸 水 工 作 的 环 境 条 件 。 侧 推 螺 旋 桨 和 对 转 齿 轮 箱 必 须 浸 水 工作 , 并 承 受 相 应 的 海 水 压 力 。 为 保 证 齿 轮 箱 和 传 动 机 构 正 常 工 作 ,齿 轮 箱 体 内 应 注 满 润 滑 油 , 这 就 要 求 对 转 齿 轮 箱 两 输 出 轴 的 轴 封处 应 当 安 全 可 靠 , 既 能 有 效 地 防 止 海 水 渗 入 齿 轮 箱 , 以 免 腐 蚀 齿 轮和 轴 系 , 又 能 有 效 地 防 止 润 滑 油 向 外 渗 漏 而 影 响 装 置 的

14、 工 作 性 能 。利 用 压 力 补 偿 装 置 , 就 是 将 船 所 处 深 度 下 的 舷 外 海 水 压 力 设 法 传递 到 有 关 部 位 和 系 统 中 去 , 使 这 些 部 位 和 系 统 中 的 介 质 压 力 与 海水 压 力 同 步 变 化 , 实 现 压 力 平 衡 。呕 迪 边 发 选 墨多多 产 尸一图 压 力 补 偿 装 置三 相 交 流 电 动 机己 一减 速 齿 轮 箱科 研 样 机 的 台 架 试 验该 科 研 样 机 的 试 验 在 杭 州 齿 轮 箱 厂 齿 轮 研 究 所 试 验 中 心 进。 台 架 试 验 的 示 意 图 见 图 。该 科 研

15、样 机 的 台 架 试 验 是 用 磁 粉 制 动 器 一 模 拟 两 螺、一 一图 齿 轮 箱 试 验 台 架 示 意 图旋 桨 的 扭 矩 负 载 由 于 试 验 设 备 所 限 , 只 做 了 的 负 载 试 验 ,并 对 减 速 齿 轮 箱 做 了 倒 车 、 正 车 、 接 排 , 脱 排 试 验 和 对 转 齿 轮 箱 两输 出 轴 的 尾 轴 密 封 试 验 。 为 测 量 其 泄 漏 量 , 对 系 统 进 行 空载 状 态 下 小 时 正 车 和 小 时 倒 车 试 验 , 在 负 载 状 态 下 的小 时 正 车 和 小 时 倒 车 试 验 , 接 排 、 脱 排 试 验

16、等 , 以 测 定 其 工 作 油压 、 润 滑 油 压 和 各 测 试 点 的 温 度 等 。 测 到 的 参 数 均 达 到 或 超 过 设 计指 标 。 整 个 试 验 中 , 整 套 装 置 运 转 平 稳 , 没 有 过 热 、 异 常 噪 音 和 带 排现 象 。 科 研 样 机 方 案 得 到 了 充 分 的 验 证 。结 论水 下 作 业 船 用 侧 推 装 置 研 制 达 到 技 术 协 议 书 要 求 , 所 采 取 的关 键 技 术 措 施 有 效 地 解 决 了 水 下 工 作 船 在 不 同 水 深 下 航 行 和 要 求 良 好 的 密 封 、 高 效 、 高 机 动 性 等 难 题 , 使 本侧 推 装 置 达 到 一 定 水 平 。鉴 于 国 内 很 多 水 面 工 程 船 舶 上 都 装 有 侧 推 装 置 , 国 内 外 已 有 专 业 生 产 侧 推 装 置 的 厂 商 如 瑞 典 的 卡 美瓦 , 日 本 的 川 崎 , 石 川 播 磨 , 我 国 的 苏 州 船 用 机 械 厂 , 但