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1、福伊特直翼推进器在海洋工程船上的应用引言随着世界能源需求的不断提升，陆上资源已不能满足人们的需要，油气资源开发的重 心正逐步由陆地向海洋转移。据统计，目前海洋石油产量已占全球石油总产量的34%，预 计到2020年，这一比例升至36%；海洋天然气产量已占全球天然气总产量的32%，预计 到2020年，这一比例升至42%。目前世界已探明的海上油气资源大部分蕴藏在大陆架及3 000米以下的海底，深海能源储量将是陆地储量的100倍以上。海洋工程船主要指参与海上油气资源开发和为之服务的负责运送人员、物资、设备以 及承担调查、测量、安装、居住、维护/维修等重要任务的船舶，主要分为：钻井船（Drill Shi
2、p）、地震地质勘探船（Seismic/Geographic Exploration Vessel）、平台供应船（PSV）、三用工作船（AHTS）、多功能支持船（MPSV）、潜水支持船（DSV）、海底建设支持船（OSCV）、居住船（ASV）、铺管船和铺缆船（PLV/CLV）、守护救援船（Standby/Rescue Vessel）、检查维护维修船（IMR）、油田服务船（Oil Well Service Vessel）等。海上油气的开发正逐步从浅海转向深海，由于深水领域的地质和海况条件相对于浅海 要恶劣的多，因此对在深海作业的海洋工程船的整体性能提出了更高的要求。而安装了福伊 特直翼推进器的海洋工
3、程船，其独特的性能特点更好的满足了深海作业对海洋工程船推进系 统的要求，大大提高了其在深海作业时的可靠性、安全性、动力定位性能和效率。福伊特直翼推进器的结构和工作原理Servo-motor液压伺服马达Propeller Housing 桨壳Control Rod 控制杆Propeller Blade 桨叶Bevel Gear伞齿轮Input Shaft 输入轴Rotor Casing旋转箱体Kinematics连杆机构福伊特直翼推进器借助从船舶底部伸出并围绕垂直轴往复式摆动的桨叶产生推力。旋转箱体沿垂直轴方向旋转的同时，单独每片桨叶围绕自身的轴进行往复式摆动， 这种往复式摆动是通过一套连杆机构
4、来实现的，其摆动产生的推力在旋转箱体上实 现叠加。福伊特直翼推进器特性自然特性调距桨推力的大小和方向无级可调，零螺距时就是零推力。快速舵向推力的大小和方向通过两台垂直布置的伺服马达驱动的连杆机构同时控制，不需要 改变旋转箱体的旋转方向，因此反应时间极短，从全速正车到全速倒车的时间仅需 约3秒钟，而全回转舵桨通常需要1215秒。低转速工作转速低，约为6070转，只有全回转舵桨的1 /31/5。因此振动噪声比全回 转舵桨要低。坚固特殊的结构，抗冲击性能好桨叶为锻造不锈合金钢材料，耐腐蚀且强度高。低工作转速，同功率下承受的扭矩 远大于全回转舵桨，结构更加坚固且抗冲击性能好。因此历来是全球猎雷舰推进系
5、 统的首选方案。无通气现象因为福伊特直翼推进器独特的水动力原理，其垂直桨叶弦长上的压力分布均匀，因 此没有普通螺旋桨的浅吃水通气现象。福伊特直翼推进器的桨叶只要浸没在水中就 有推力产生，且推力随着桨叶露出水面的增加下降很平缓。全回转舵桨接近水面时 就会有通气现象产生，而且更加敏感，推力随着桨叶露出水面的增加下降非常快而 且会产生严重的空泡，导致额外的振动噪声和桨叶的剥蚀损伤。福伊特直翼桨部分露出水面全回转舵桨接近水面福伊特直翼桨与全回转舵桨在不同出水比下的推力损失对比504030匚无普通螺旋桨推进器的浅吃水通气现象通过船池实验及实船观察，在普通螺旋桨浅吃水运行时 芯会发生的“通气”现象在VSP
6、运行时不会产生，原因是VSP独特的水动力原理降低抨击负荷福伊特直翼推进器桨叶部分露出水面福伊特直翼桨运行时产生水垫福伊特直翼桨运行时产生的水垫有效地降低了抨击负荷1 RC1601 401 201 QO604020无齿轮疲劳失效可能福伊特直翼推进器由于具有较好的抗抨击性能以及和全回转舵桨相比大得多的转 动惯量，即使在极其恶劣的海况桨叶全部出水时也不会对传动齿轮造成冲击负荷， 传动齿轮不会出现TIFF即齿轮内部疲劳失效现象。而全回转舵桨在长时间由于通 气和抨击产生的交变负荷的作用下会导致传动齿轮内部疲劳失效TIFF。附加特性减摇性能福伊特直翼推进器推力的大小和方向可以无极、快速调节，这种极为快速的
7、推力的 产生和变化与船舶横摇运动可完美匹配。只需要在其控制系统中加装一套加速度 传感器模块来反馈船舶横摇的方向和角度，系统经过一定的计算将信号反馈到螺 距控制系统，通过调节推力的大小和方向来产生和船舶横摇反向的力矩来减小船舶 横摇运动。福伊特直翼推进器减摇系统原理Principle of Roll Stabilisation福伊特直翼推进器为主动式减摇，无论船只停止不动或是航行过程中都可减摇，而 且在船舶动力定位时也可减摇。在优先保证船舶动力定位的前提下，利用额外的有 效功率来进行减摇。可以替代减摇鳍和减摇水舱，而且减摇效果好于此类常规减 摇装置。Edda Fram船减摇实验结果Rollsta
8、biilisaCion 100 s on 100 s off Edda Fram双输入轴设计为了更大程度地降低噪声，福伊特船用研发部门专门开发了一种双输入轴的设计，目前仅用于低速低噪音的军用船只。动力定位性能福伊特直翼推进器极其优秀的动力定位性能来源于：由于特殊的工作原理带来的极为快速和精确的推力控制 螺距无极可调，及推力的大小和方向无极可调，且调节速度快，从正向最大螺距到反向最大螺距仅需时间约3秒钟，能够快速适应风、浪、流的变化 不会在未预期的方向上产生任何推力航速超过2 Kn时推力比全回转舵桨高，具有更好的动态性能动力定位性能比较艏浪状态全回转舵桨与福伊特直翼推进器驱动的海工船比较研究，4
9、桨每船80 瑚辿-20020 40 90 80 副-60 面-20 020 40 60 00却曲VSP于动力定位运行中的每个偏差都需要推进器做功以将之纠正回正确位置。在安装全 回转舵桨船舶动力定位时产生的这些位移实际上代表了船移动的距离，也意味着需 要螺旋桨需要做功进行纠正，最终的结果就是较多的燃油的消耗。福伊特直翼推进 器在动力定位模式下运行的时间越长，或者动力定位限制的设定越精确，能够节省 的燃油就越多。船舶在极恶劣海况下运行时，推进器出水在所难免，全回转舵桨一旦部分出水，极 易产生超速飞车，推力大幅降低等现象，对于船舶动力定位作业产生较大负面影响， 某些情况下无法进行动力定位作业。而福伊
10、特直翼推进器由于对部分桨叶出水不如 全回转推进器敏感，推力损失较小，这种特点对维持动力定位作业状态的正常进行 极为有利。而且因为通气现象和长时间交变负载的影响，全回转舵桨会出现内部齿 轮疲劳失效TIFF，严重时功能失效，影响正常作业和船舶安全。福伊特直翼推进器特性和船舶总体性能对照Nalurai VSP Feature based an Orglnal DesignAdd-On Sysiem岳于原部计ZJVSPS然特性PH m系统A J*Vessel1 做 作P特点/PiKh comiaNe 可WEFKtSteering向LowARMRObusiiStrucuirtimaleriaJ 牢周的姑
11、构及兜 进的材科vMiauonFtWLssUirusE: lis while $l8EElng 择击下报揶先 小Nq白即 Failure 无齿鸵失兢可 rEPp*二雄齿林 动Excellent CP 伏越依D呼雀AAAk$ilem$hlp it 3 Speed 很速好的安解性AAReliable, long TBF 可靠，长故障间慝期AkReliable, low down time可靠.很低的船失能期AAAAACom/artabieshlp 租AB舒话性高AAAARough Ses Operation 卷务海别揉作性好AkAFul Saving 省油AALife Circle Low Cos
12、t 全寿命阔朗低成本AAAAAAkAi不同类型的海洋工程船在选择福伊特直翼推进器作为船舶的主推进系统时，我们还需要考虑 其在以下几个方面的局限性价格高相比较全回转舵桨，福伊特直翼推进器初期投资成本较高，但因为其优越 的性能，设备更加可靠、维护成本低，燃油经济性特别是需要长时间动力 定位时更好，因此其全寿命周期的成本相对来说还是比较低的。重量大福伊特直翼推进器的低工作转速，相比较全回转舵桨，其重量要重一些。最高单机功率3800 kW目前福伊特直翼推进器的单机最大功率为3800 kW航速限制因为其独特的推进和水动力特性，其适合的船舶的最大航速不能超过18 Kn。吃水限制福伊特直翼推进器的旋转箱体与船体外板平行，同时这里也是桨叶的密封 位置，桨叶密封处的吃水不能超过10 m。结论综上所述，通过以上对福伊特直翼推进器特性的分析以及其与全回转舵桨的比较，对于深水 海洋工程船来说，选择福伊特直翼推进器作为主推进系统，能够大大提高其在深海作业时的 可靠性、安全性、动力定位性能、效率和燃油经济性。在以下条件中具备3到4项，将福伊特直翼推进器作为海洋工程船的主推进系统是一个不 错的选择：初期投资预算较高，需要较好的全寿命周期费用 动力定位要求高，长期重负荷动力定位状态下运行，要求长期可靠平稳运行 作业海况恶劣，风浪条件差，船舶舒适性要求高有噪声振动要求有抗冲击要求
