[doc] 阿夸马斯特全回转舵桨装置特性与综析

[doc] 阿夸马斯特全回转舵桨装置特性与综析 阿夸马斯特全回转舵桨装置特性与综析 一 ;口 阿夸马斯特全回转舵桨装置特性与综析 .叫 吕国蓐 70年代柬,我国沿海各港开始引进了装备 有垒回转舵桨的港作拖轮.后来逐步转为从日本 引进全回转舵桨装置,自行建造拖轮1984年 前,国内全回转拖轮几乎清一包采用Et本产的 DP,ZPRP三种型号.实际上,当时国际上较着 名的垒回转舵桨装置尚有:西德肖特尔 (SCHOTTEL),挪威乌士太因(ULSTEIN)和芬 兰的阿夸马斯特(AQUAMASTER,以下简称 AQM).肖特尔产品基本构造类似于芬兰AQM 早期产品,单机功率较小.挪威乌士太困产品正 处在发展阶段.1984年笔者考察了芬兰AQM 舵桨装置制造厂,井将其与国内引进的DP,ZP 产品在技术性能,构造等方面进行了比较后.积 极宣传井大力向有关部门和用户推荐引进.经过 努力,1984年在长江首批引进芬兰AQM全回 转舵桨装置,建造了三暖18o~3kw港作拖抡.自 1984年引进AQM装置以来,在短短的八年里, 国内先后建造了2O瞍装备有AQM装置的港作 拖轮,单机功率从257kw至157Okw.AQM装置 以其优越的性能和国内实船应用的实践,说明了 其装置可靠,性能优越,井被越来越多的用户所 青睐.这一事实说明引进该项技术已获得了成 功. AQM装置之所以能赢得市场,其主要原因 是该产品从设计到制造都全面考虑到能适合在 恶劣环境下的作业,井能满足环境和用户的各种 合理.产品质量也属上乘. 在合理的航速下,力求得到最大的系柱拖 力,以及操纵性能好.应舵响应指标高,这是港作 拖轮所格外注重和追求的特点.AQM舵桨装置 能满足上述要求. 一 ,基本结构和运转原理 AQM舵桨装置是桨与舵合一的二级减速 推进系统.舵桨组合在一个整体内.舵桨装置分 上,下两部分,通过两副锥形传动齿轮运转(见图 1)其第二级锥形齿轮与螺旋桨形成一个整体. 通过传动轴带动螺旋桨旋转.第二对锥形齿轮被 安装在一个流线型术密机壳内 AQM舵桨装置的简体采用钢板焊接制造, 选用l7CrNIM..材质钢板(这与Et本DP,ZP不 一 样,DP,ZP简体用铸造件,笨重且不易维修). 轴与齿轮连接选用无键连接.整个装置都采用滚 动轴承.没有易耗部件.离合器设在装置内部,通 过液压系统控制.所有液压系统都安装在舵桨装 置上.舵桨装置润滑i由和液压为同一种油质,都 贮存在装置内.舵桨360回转,由藏鹾马达通过 蜗杆传动,井驱动装置的回转齿圈,达到使舵桨 实现360.回转的目的. 主机通过中间轴,万向节头,传动至舵桨装 置上的驱动轴.离合器安装在驱动轴上,而单机 功率小于900kw的舵桨装置,离合器则直接安 装在锥形齿轮轴上.不安装在驱动轴上.以后者 为例(参见图1)第一对锥形齿轮中,主动齿轮 安装在驱动轴上,这个锥形齿轮与垂直传动轴的 轴套上的从动锥形齿轮共同组成了第一对锥形 齿轮传动副.当离合器衔合时,驱动轴通过离合 器,使垂直传动轴与驱动轴同步旋转,井带动第 二对锥形齿轮旋转,致使螺旋桨运转.当离合器 脱开时,驱动轴旋转.而轴套不转,于是两对锥形 齿轮不转动,螺旋桨不转,也就不产生推力. 舵桨的360.回转依靠舵桨上部回转齿圈 l} f{ 一1j挖 ,. ;.,i.,,;l , 超擘《辖 0盱..专 .’ , 一 i够西茕莹窜粕授 l__ 拳, 争声蚌一神 图1 的作用(见图1).在单机功率小于900kw的舵桨 装置中,液压马达通过蜗杆以及和蜗轮同轴的小 齿轮.带动回转齿圈.并使简体实现360回转; 而在大功率的舵桨装置中.上部回转齿圈则出液 压马达通过蜗轮盟小尚轮传动,再依靠一个内齿 轮带动回转齿圈,而实现简体360.回转.在此不 予赘述 AQM舵桨装置上装有两只液压泵.其产生 的动力油源.通过控制阀输送至液压马达.达到 驱动液压马达运转的目的. 二,特点及综析 1,可靠性高 全回转舵桨装置的结构特点.决定了其强 度及刚度成为整个装置可靠工作的主要问题之 一 .AQM装置对每一个部件都经过优化设计选 定即使采用优质部件和优质的原.对部件 也不疏于精心设计.不致因部件的过分薄弱而影 响整个装置的寿命;也不会因过度放大尺寸.提 高产品啦本而失去竞争力 在目前多种全回转舵桨装置中.其强度和刚 度能适应冰区运行的.唯有AQM装置一种这 就足以其强度,刚度等性能在国际全回转舵 桨装置中的领先地位 2,”金字塔尺寸链强度设计原则的应用 正常螺旋桨扭矩五倍时.锥形齿轮不会被破坏. 更不会损害主机.据记载,在已出厂的AQM拖 轮中.主机已更换.齿轮仍正常运转. AQM装置强度设计中.将.金字塔尺寸链” 方法应用在两个系统方面.即轴系”金字塔尺寸 链”和舵体(筒体)”金字塔尺寸链” 轴系”金字塔尺寸链,主要考虑螺旋桨撞 击障碍物时.轴承负荷超过}硬限值时的工况部 件破坏的逐级控制程序见图2. 推进轴系最薄弱的环节一般应是螺旋桨.设 计者要尽可能控制螺旋桨损坏局限在桨叶弯曲. 而不致于再扩大造成其它部件损坏.负荷在超过 螺旋桨正常扭矩的1.5倍刮3倍时.螺旋桨首先 受到破坏;当扭矩超过螺旋桨正常扭矩的25, 4.5倍时.图2显示AQM装置中第二个薄弱环 节离台器壳的无键障擦连接处产生打滑;如打滑 时间短暂.摩擦产生热量并不足够大.接触面就 不会发生牯台现象.则离台器与离台器壳也不致 损坏(否则就损坏离台器).但由于离台器设在装 鼍顶部.维修仍较方便.依此类推.图2显示 AQM装置轴系强度逐级顺序.它为明AQM 舵桨装置在超负何时.轴系扭矩与系统运动部件 产生的损坏的l能性提供J’.个清楚的概念. 长江水域与海港相比属浅水区域.这些水域 有礁石,浅滩.并有多种飘浮物,如木椅,绳缆,轮 胎等.如果螺旋桨一旦遭遇障碍物,负荷异常增 大,例如螺旋桨撞击河床障碍时.部件的损坏将 是不可避免的.问题是应力求使损坏的部件能较 容易而迅速地修复.AQM装置在结拘上已考虑 到使损坏的部件尽可能控制在选定的部件上.这 就是国际上称谓的”金字塔尺寸链”.或称”逐级图注 增加强度”的设计方法这也就是AQM舵桨装 置的使用寿命比DP,ZP要长的原因之一 例如:应用上述方法设计.AQM设计苦将 锥形齿轮的破坏强度控制在五倍于正常螺旋桨 轴扭矩当螺旋桨扭矩突然异常增大,但不超过 图2桨舵轴未强度级序 Mn螺旋桨轴正常扭超! l一螺旋桨叶弯断负荷 2离台器打滑扭矩 3中间轴打滑扭矩 4一螺旋桨打滑扭矩 5一齿轮破损负荷 6中问轴断损负荷 蟹w———————————— ,,,, — ‘ f—-/ 二, - 国3舵辈筒体强度衄序 图注:Tn一正常系拄拉力 1下半简体法兰破损负荷 2一转动简体弯曲负荷 3一下半简体破损负荷 4一下井架壳体损坏负荷 图3显示舵体(简体)部件的.金字塔尺寸 链”的破坏负荷.舵桨壳体应有足够强度,但壳体 设计过分强调坚固.则当螺旋桨撞触河底时.反 而会造成船体损坏.为了保护船体和AQM装置 中最重要,最贵重的部件.旦发生碰撞时.装置 的破坏能按图3显示级序出现例如当系柱拖力 超过正常系柱拖力的5—10倍时.首先受破坏的 是回转上部舵体与下部舵体的连接法兰.使其 断销,下部脱落.这I羊就保护了下部的桨舵和下 井架.如系柱拖力超过正常系柱拖力8一l5倍 时.舵体产生弯曲变形.依此类推.图3显示了 AQM舵桨装置壳体强度级序. 3,操纵性能好 ?离合器安装在舵桨装置本体内,与装置联 系成一体.使离台器可在任意转速和任意功率 (包括大功率)下随意离台.但DP,ZP装置则必 须在主机后单独设置离台器.甚至为了解决徽速 运转中离台.必须安装价格高昂的欧米茹离台器 等. ?操纵灵活.可在主机垒负荷,全速前进时, 操作实现全回转.而不需要中途经过减速一停车 一 再操纵的过程.DP,ZP装置刚必须先把主机 转遵减下来,才能改变回转方向. ?操纵手柄可根据用户不同需求.配以单 30 柄或双俩.不似某些型号舵桨只有单柄操纵. 4,360.舵体的全回转.由液压马达驱动 维压系统由主机直接驱动.不需要其它辅助 电气设备.避免因电站的故障跳闸而出现”无舵 效险情. 5,装置安装方便.安装精度要求适当 AQM装置在船体艉部直接吊装,驱动轴与 主机连接的中间轴用万向节头柔性联结.而 DP,ZP装置却仍需要像固定螺旋桨轴系那样. 对安装精度要求颇高. 6,合理的密封措施 AQM舵桨装置除壳体部分采用O型密封 圈,舵壳之间采用V型密封圈外.水下密封系采 用特殊的动圈式密封结构(SEDERVALL SHAFTSEAL).可避免江河与港湾泥沙,污物 的渗入.即使三道密封圈受损.水也不能渗入.它 依靠重力油柜静压.防止海水渗入.重力油柜在 出现上述现象时会及时报警. 上述优点通过国内建造并已投入营运作业 的2500kw港作拖轮得到了充分体现. 该型拖轮安装了两台AQMUS1401型舵 桨主机为两台DAIHATSU中建柴油机.最大 持续功率为l250kw×2.转速750r.P.m. 该轮推力轴承省略.因舵架内已经设置了推 力轴承 这种拖轮的作业特点之一.是拖缆绞车可设 于III{甲板.故驾驶人员可遥控绞车进行作监,视 野清楚,操作方便.在倒退拖曳作业时.仍可达到 最大系柱拖力的90.其它主要参数如下: 主尺J甏:32×10×4.5×3.35(m) 系拄拖力:顺车40—42t 倒车36—37.8t’ 最大惯性制动冲程:等于船长(40m) 实现倒车时间:20秒 回转半径:R一0(原地回转) 航速:顺13,13.5节倒Il,12节 拖缆绞车位置艏,艉均可布置 AQM舵桨装置的优点,通过国内建造并正 在投入营运作业的2S00kw等20瞍AQM港作 拖轮得到了验证.