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淺析船舶推進器裝置的使用與管理
為了提高船舶的操縱性,滿足船舶狹水道低速航行及靠離碼頭等各種機動工況的需要,船舶側(cè)向推進器(side thruster)裝置在各種類型的船舶上得到了廣泛的應(yīng)用,如現(xiàn)代大型海洋運輸船舶、港內(nèi)作業(yè)船舶、海洋工程船舶等等，小編整理的這一篇文章就是關(guān)于船舶推進器裝置的使用與管理的論文，有這一方面興趣的同學(xué)們不妨看一看哦!
摘要：為了提高船舶的操縱性，滿足船舶狹水道低速航行及靠離碼頭等各種機動工況的需要，船舶側(cè)向推進器 (sidethruster)裝置在各種類型的船舶上得到了廣泛的應(yīng)用，如現(xiàn)代大型海洋運輸船舶、港內(nèi)作業(yè)船舶、海洋工程船舶、海洋石油服務(wù)船(三用船)的靠離平臺作業(yè)，采用單手柄操縱方式(ioystiek)，即用一個手柄就能綜合操縱電動舵、槳和側(cè)推器，能方便地操作;動力定位系統(tǒng)(dynamiC p0Sitioningsystem，Dp)，使船舶定位在預(yù)先設(shè)定的位置。相對而言，由于平時船舶側(cè)推裝置使用時間較短，管理上易產(chǎn)生疏忽大意，導(dǎo)致各種故障的發(fā)生。因此根據(jù)本人長期從事對船舶側(cè)推裝置使用與管理的實踐經(jīng)驗，提出如下探討。
關(guān)鍵詞：船舶;側(cè)推器;使用與管理
1 、船舶推進器
船舶推進器是船舶上提供推力的工具，它的作用是將船舶動力裝置提供的動力轉(zhuǎn)換成推力，推進船舶。推動船舶前進的機構(gòu)。它是把自然力、人力或機械能轉(zhuǎn)換成船舶推力的能量轉(zhuǎn)換器。推進器按作用方式可分為主動式和反應(yīng)式兩類�？咳肆蝻L(fēng)力驅(qū)船前進的纖、帆(見帆船)等為主動式，槳、櫓、明輪、噴水推進器、螺旋槳等為反應(yīng)式。現(xiàn)代運輸船舶大多采用反應(yīng)式推進器，應(yīng)用最廣的是螺旋槳。
在19世紀(jì)30年代，瑞典的前任軍官約翰•愛立信和英國工程師弗蘭西斯•佩蒂特•史密斯兩人都設(shè)計過用螺旋槳推進的船。他們從古希臘人那兒得到啟發(fā)。古希臘人使用阿基米德螺旋，即一種"瓶塞鉆"狀裝置來提水。佩蒂特•史密斯的試驗是成功的，他建造了一艘有木制螺旋槳的船，螺旋槳的一部分突然折斷了。奇怪的是，這個木制螺旋槳變短了，船反而走得更快了。這說明變短的木制螺旋槳推進效率高度。
布魯內(nèi)爾工程師受到啟發(fā)，在他設(shè)計、建造的"大不列顛號"上使用了螺旋槳推進器。這艘螺旋槳推進的輪船在1845年第一次橫渡了大西洋。螺旋槳推進器在船舶上廣泛采用。
船舶螺旋槳是一種水螺旋槳，其原理是螺旋槳旋轉(zhuǎn)時，槳葉不斷把大量水向后推去，在槳葉上產(chǎn)生一向前的力，即推進力。螺旋槳槳葉像一小段機翼，槳葉上的水動力在前進方向的分力構(gòu)成拉力，即船舶推進力。
在普通螺旋槳的基礎(chǔ)上，為了改善性能，更好地適應(yīng)各種航行條件和充分利用主機功率，發(fā)展了以下幾種特種螺旋槳。①可調(diào)螺距螺旋槳：簡稱調(diào)距槳，可按需要調(diào)節(jié)螺距，充分發(fā)揮主機功率;提高推進效率,船倒退時可不改變主機旋轉(zhuǎn)方向。螺距是通過機械或液力操縱槳轂中的機構(gòu)轉(zhuǎn)動各槳葉來調(diào)節(jié)的。調(diào)距槳對于槳葉負(fù)荷變化的適應(yīng)性較好，在拖船和漁船上應(yīng)用較多。對于一般運輸船舶，可使船-機-槳處于良好的匹配狀態(tài)。但調(diào)距槳的轂徑比普通螺旋槳的大得多，葉根的截面厚而窄，在正常操作條件下，其效率要比普通螺旋槳低，而且價格昂貴，維修保養(yǎng)復(fù)雜。②導(dǎo)管螺旋槳：在普通螺旋槳外緣加裝一機翼形截面的圓形導(dǎo)管而成。此導(dǎo)管又稱柯氏導(dǎo)管。導(dǎo)管與船體固接的稱固定導(dǎo)管，導(dǎo)管被連接在轉(zhuǎn)動的舵桿上兼起舵葉作用的稱可轉(zhuǎn)導(dǎo)管。導(dǎo)管可提高螺旋槳的推進效率，這是因為導(dǎo)管內(nèi)部流速高、壓力低,導(dǎo)管內(nèi)外的壓力差在管壁上形成了附加推力;導(dǎo)管和螺旋槳葉間的間隙很小,限制了槳葉尖的繞流損失;導(dǎo)管可以減少螺旋槳后的尾流收縮，使能量損失減少。但導(dǎo)管螺旋槳的倒車性能較差。固定導(dǎo)管螺旋槳使船舶回轉(zhuǎn)直徑增大，可轉(zhuǎn)導(dǎo)管能改善船的回轉(zhuǎn)性能。導(dǎo)管螺旋槳多用于推船。③串列螺旋槳：將兩個或三個普通螺旋槳裝于同一軸上，以相同速度同向轉(zhuǎn)動。當(dāng)螺旋槳直徑受限制時，它可加大槳葉面積，吸收較大功率，對減振或避免空泡有利。串列螺旋槳重量較大，槳軸伸出較長，增加了布置及安裝上的困難，應(yīng)用較少。④對轉(zhuǎn)螺旋槳：將兩個普通螺旋槳一前一后分別裝于同心的內(nèi)外兩軸上，以等速反方向旋轉(zhuǎn)。因可減小尾流旋轉(zhuǎn)損失，效率比單槳略高，但其軸系構(gòu)造復(fù)雜，大船上還未應(yīng)用。⑤直葉推進器：由4～8片垂直的槳葉組成。直葉推進器上部呈圓盤形，槳葉沿圓盤周緣均勻安裝，圓盤底與船殼板齊平相接，圓盤轉(zhuǎn)動時，葉片除繞主軸轉(zhuǎn)動外，還繞本身的垂直軸系擺動，從而產(chǎn)生不同方向的推力，所以可使船在原地回轉(zhuǎn)，不必用舵轉(zhuǎn)向，船倒退時也不必改變主機轉(zhuǎn)向。但因機構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，槳葉易損壞，僅用于少數(shù)港務(wù)船或?qū)Σ倏v性能有特殊要求的船上。
2 、船舶側(cè)推器裝置的分類
按側(cè)推器安裝在船舶上的位置分:側(cè)推器安裝在船脂，稱為舶側(cè)推(bowthruster)。側(cè)推器安裝在船娓，稱為艦側(cè)推(sternthruster)。按側(cè)推器數(shù)目分:一個側(cè)推器，大多數(shù)在船舷;兩個側(cè)推器，一脆一娓或船循兩個;三個側(cè)推器，船舷兩個，船娓一個;四個側(cè)推器，兩脆兩娓。按側(cè)推器驅(qū)動方式分:電驅(qū)動式側(cè)推器 (eleetriemotor)。柴油機驅(qū)動式側(cè)推器(dieslengine) 按螺旋槳螺距是否可變分:螺距固定的，稱為定距槳側(cè)推器螺距可變的，稱為變距槳側(cè)推器現(xiàn)代船舶的側(cè)推器多數(shù)是可調(diào)螺旋槳，操作靈活，左右方向的改變及橫移力大小的調(diào)整只需改變槳葉的螺距角即可。本文以螺距槳是否可變和驅(qū)動方式這兩個分類特點來討論側(cè)推器。主要討論電驅(qū)動定距側(cè)推器和電驅(qū)動變距側(cè)推器。而柴油機驅(qū)動式側(cè)推器在此不作討論分析。
3 、工作特點及故障分析
3.1電驅(qū)動定距槳側(cè)推器
該側(cè)推器是由電動機通過齒輪箱傳遞螺旋槳動作。其特點是定螺距，正倒車有級變速。結(jié)構(gòu)上較為簡單，管理上方便。主要故障:
(1)運行中軸承異常聲響
原因:軸承損壞:齒輪箱無油或系統(tǒng)中有空氣。
(2)運行中突然停車
原因:電源無電或保險絲燒壞，熱保護環(huán)節(jié)作用(高溫保護、熱保護繼電器動作)。
(3)不能正倒車，不能變速
原因:剎車裝置沒有松開，直流調(diào)速失效(接觸器，時間繼電器等元件有故障)。
3.2 電驅(qū)動變距槳側(cè)推器
該側(cè)推器是駕駛臺遙控/原地啟動控制，電動機動力輸出，液壓變螺距。其裝置由調(diào)距槳、傳動軸、調(diào)距機構(gòu)、液壓系統(tǒng)，操縱系統(tǒng)等五個基本組成部分。
調(diào)距槳包括可轉(zhuǎn)動的槳葉，槳毅和槳毅內(nèi)部裝設(shè)的轉(zhuǎn)動槳葉的轉(zhuǎn)葉機構(gòu)等。調(diào)距槳的轉(zhuǎn)葉機構(gòu)是將來自動力油缸的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動槳葉的回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)。
傳動軸是由電動機(大馬達)通過聯(lián)軸器與立軸相連，立軸與螺旋槳軸經(jīng)齒輪嚙合傳動。
調(diào)距機構(gòu)包括產(chǎn)生轉(zhuǎn)動槳葉動力的伺服油缸、伺服活塞、分配壓力油給伺服油缸的配油器、給槳葉定位和槳葉位置反饋的裝置及其附屬設(shè)備等。其主要任務(wù)是調(diào)距、穩(wěn)距以及對螺距進行反饋和指示。
伺服油缸、伺服活塞、分配壓力油給伺服油缸的配油器、給槳葉定位和槳葉位置反饋的裝置及其附屬設(shè)備等。其主要任務(wù)是調(diào)距、穩(wěn)距以及對螺距進行反饋和指示。
操縱系統(tǒng)主要由操縱臺、控制和指示系統(tǒng)組成。作用是按預(yù)先確定的控制程序來調(diào)節(jié)調(diào)距槳的螺距，以獲得所要求的工況。工作特點:操作靈活，反應(yīng)快，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理要求相對較高。主要故障:
(1)運行中側(cè)推螺距不能變化或不能動作。
原因:電磁閥卡阻或泄漏，安全閥起跳或泄漏，冷車時正常工作而熱態(tài)時不能工作，主要由于配油閥泄漏引起的.
(2)側(cè)推單方向動作
原因:電磁閥卡阻，反饋電位器線路破損或絕緣不良。
(3)運行中側(cè)推突然停車
原因:負(fù)載超整定值，過載保護停車;電機高溫保護停車;螺距限位凸輪動作停車;濾器臟堵，低壓停車。
(4)側(cè)推啟動失敗
原因:電機缺相;電源電壓過低;非零螺距啟動;低油壓保護;啟動過程中星形-----三角形轉(zhuǎn)換時間繼電器故障;槳葉有異物(水下有異物卡住);側(cè)推帶載啟動(長期不使用，有海洋生物在槳葉上生長。
(5)側(cè)推啟動成功，但冷車時螺距不動作，熱車時能動作。
原因:環(huán)境溫度過低，沒有保溫，選配油種不適合周圍環(huán)境溫度，即粘溫特性差。
(6)電動機絕緣低
原因:側(cè)推艙室通風(fēng)口有海風(fēng)海水吸入，艙室排風(fēng)機轉(zhuǎn)向錯誤而變成吸風(fēng)機，電機的烘潮裝置失效。
4 、管理上的建議
由于船舶側(cè)推裝置體積大，又是水下裝置，如何正確地使用和管理，準(zhǔn)確地判斷故障點，排除故障以減少船舶停航、塢修時間，節(jié)約船舶維修成本，減少對海洋環(huán)境的污染，為保障船舶航行安全，提高運營率，定會起到重要的作用。
4.1 對于電驅(qū)動定距槳側(cè)推器:
(1)定期進行控制箱保養(yǎng);
(2)加強艙室通風(fēng):
(3)保持齒輪箱的正常液位;
(4)修理后，齒輪箱加油過程中進行放空氣;
(5)保持齒輪箱呼氣通暢
4.2 對于電驅(qū)動變距漿側(cè)推器
(1)定期進行控制箱保養(yǎng)
(2)保持艙室通風(fēng)良好;
(3)按操作程序起動側(cè)推;
(4)定期清洗液壓油濾器，清洗完畢后放空氣;
(5)定期化驗油樣，或結(jié)合塢修更換系統(tǒng)油;
(6)根據(jù)區(qū)域作業(yè)環(huán)境溫度，選擇合適的油種;
(7)尤其在冬季，如渤海灣區(qū)域作業(yè)，應(yīng)加強艙室的防凍保溫工作;
(8)對于有多個側(cè)推器的船舶，由于各工況不同，對某個長期不使用的側(cè)推，應(yīng)擇時運轉(zhuǎn)，防止海生物生長過多;
(9)對執(zhí)行小油缸，電位器定期檢查螺絲緊固;
(10)對于尸LC控制側(cè)推器，要注意對備用電源(蓄電池)的管理工作
5 、結(jié)論
本文對船舶推進器的一些基本知識進行了理論分析，對船舶側(cè)推器的一些故障原因進行了重點分析，并提出了一些排除故障的方法和手段，對船舶推進器的管理提出了一些自己的看法，由于本人水平有限，這些看法可能存在一些疏漏，本人會在以后的工作和學(xué)習(xí)中加以改正。
參考文獻
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[3]錢程.某五體船推進系統(tǒng)方案設(shè)計與操縱性分析[D];上海交通大學(xué);2007年
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