اختبار محرك الدفع المائي البحري: التوجه, محاكاة حمل التجويف, والتحقق الصوتي

لماذا لا يمكن استبدال اختبار الدفع بنفث الماء مع اختبار محرك المروحة

يتم عادةً تكوين مقاعد اختبار الدفع الكهربائي البحري للأحمال التي تحركها المروحة: يزداد عزم الدوران مع مربع السرعة, التوجه مستمر, والتجويف هو أحد الاهتمامات الثانوية التي تعالجها هندسة المروحة. تقدم أنظمة الدفع بنفث الماء ملف تعريف حمل مختلفًا بشكل أساسي - واختبارها على منصة موجهة نحو المروحة ينتج عنها بيانات تحريف بشكل منهجي ما سيختبره المحرك أثناء الخدمة.

تعد محركات Waterjet نظام الدفع المفضل لسفن الدوريات (15– 50 عقدة), العبارات السريعة, مركبة الهبوط, قواطع خفر السواحل, وسفن مكافحة الألغام البحرية حيث يكون التشغيل في المياه الضحلة والتسارع السريع أكثر أهمية من ذروة الكفاءة عند سرعة الرحلة. كما يقوم المشغلون البحريون والتجاريون بكهربة فئات السفن هذه, أصبح التحقق من صحة المحرك الكهربائي الذي يقود دافعة نفث الماء نظامًا متخصصًا له معايير الاختبار ومتطلبات القياس الخاصة به.

كيف يقوم نظام نفث الماء بتحميل محركه بشكل مختلف

• التوجه المحوري, ليس فقط عزم الدوران: إن المكره المائي هو في الأساس مضخة عالية السرعة. يواجه المحرك كلا من عزم الدوران (قيادة رمح المكره) ورد فعل الدفع المحوري (من فرق ضغط الماء عبر قرص المكره). على نظام المروحة, يتم تنفيذ القوى المحورية بواسطة محمل دفع مخصص ونادرا ما تظهر في قياسات عزم دوران المحرك. في طائرة مائية, يمكن أن يصل الحمل المحوري إلى 30-60% من حمل المحمل الشعاعي بكامل طاقته ويجب تمييزه بشكل منفصل عن عزم الدوران.
• مدخل القناة التجويف: عندما تتجاوز سرعة المكره الحد الحرج للضغط الديناميكي للمدخل, ينخفض ​​الضغط المحلي عند الحافة الأمامية لشفرة المكره إلى ما دون ضغط البخار, خلق فقاعات التجويف. ينتج التجويف توقيع اهتزاز مندفع مميز, يؤدي إلى تآكل شفرات المكره, ويخلق تقلبات حادة في عزم الدوران - لا يظهر أي منها على طاولة اختبار المروحة. يتطلب الكشف عن بداية التجويف أثناء تأهيل المحرك تحليل الاهتزاز المتكامل مع قياس عزم الدوران.
• حمولة دلو التوجيه: آلية توجيه التوجه (نظام دلو / منحرف) يغير اتجاه نفاث الماء لتوجيه السفينة. عندما يتم نشر الدلو جزئيًا, يتغير الحمل الهيدروليكي على عمود المحرك بشكل كبير بسبب تغير حالة تدفق المدخل. لا يمكن لاختبار المحرك الذي يتجاهل موضع الجرافة التنبؤ بالطلب على الطاقة عند زوايا التوجيه المتوسطة.
• نطاق السرعة وملف التسارع: تتسارع السفن المائية النفاثة بسرعة من الصفر إلى السرعة القصوى لأن المكره يمكنه استيعاب الهواء بسرعة منخفضة للسفينة (تهوية) — يجب على المشغل إدارة عملية الانتقال من التهوية إلى حالة الاستعداد الكامل. يجب أن يتحمل المحرك ارتفاعات عدم التحميل عالية السرعة أثناء مرحلة التهوية هذه دون تعثر الحماية, وهي حالة لا تحدث أبدًا في التطبيقات التي تعتمد على المروحة.

عناصر الاختبار الأساسية للتحقق من صحة محرك Waterjet البحري

1. رسم خرائط عزم الدوران عند كل سرعة للمكره

يطبق مشغل الحمل المحوري الهيدروليكي قوة دفع متحكم فيها على عمود المحرك بينما يطبق مقياس الدينامومتر حمل عزم الدوران. في كل مجموعة من السرعة (500-3600 دورة في الدقيقة نموذجية لـ 450 محرك نفاث مائي كيلوواط), سجلات مقاعد البدلاء الاختبار: عزم الدوران رمح, سرعة رمح, قوة الدفع المحورية, قوة مدخلات المحرك, والكفاءة الحركية. مجموعة البيانات الناتجة رباعية الأبعاد - عزم الدوران, التوجه, سرعة, الكفاءة - تميز غلاف تشغيل المحرك في حالة التحميل المجمعة التي سيواجهها في البحر.

المقاييس الرئيسية: كفاءة المحرك عند السرعة المقدرة والدفع المقدر (%), تحمل درجة الحرارة عند عزم الدوران المقدر المشترك + التوجه المقدر, ذروة عزم الدوران عند أقصى سرعة للمكره.

2. محاكاة حمل التجويف

تتم محاكاة التجويف من خلال برمجة ملف تعريف عزم الدوران بمقياس الدينامومتر الذي يكرر تذبذبات عزم الدوران المندفعة المقاسة على دافعات نفث الماء التمثيلية في تدفق التجويف - يعتمد عادةً على بيانات حمل المكره المشتقة من CFD. يتم تشغيل ملف تعريف عزم الدوران كأمر سلسلة زمنية إلى وحدة التحكم بمقياس القوة أثناء تشغيل المحرك بالسرعة المقدرة. تتم مراقبة درجة حرارة لف المحرك واهتزاز العمود للتأكد من الاستجابة غير الطبيعية. بشكل منفصل, مقاييس التسارع المرفقة بالمكره (في اختبار رطب باستخدام دافعة فيزيائية في قناة التدفق) قم بتوفير توقيع تجويف الحقيقة الأرضية لمعايرة ملفات التعريف المحاكاة.

المقاييس الرئيسية: سرعة اهتزاز المحرك RMS أثناء محاكاة حمل التجويف (مم/ثانية), سعة عزم الدوران القصوى أثناء انفجار التجويف (نانومتر), استجابة درجة حرارة اللف للعابرين المتقطعين.

3. اختبار استعادة التهوية

يتسارع المحرك إلى 120% السرعة المقدرة بدون تحميل هيدروليكي (محاكاة ابتلاع الهواء بسرعة السفينة المنخفضة). بعد 3-5 ثواني, يتم رفع الحمل من الصفر إلى عزم الدوران المقدر في الأسفل 500 ميلي ثانية (محاكاة تحضير المكره مع زيادة سرعة السفينة). يتم التحقق من قدرة وحدة التحكم في المحرك على الحفاظ على التخفيف من خلال هذا الحمل العابر دون تعطيل حماية التيار الزائد. يتم تسجيل أشكال الطول الموجي للجهد والتيار عند مخرج العاكس طوال الحدث.

المقاييس الرئيسية: التجاوز الحالي أثناء خطوة التحميل (% أعلى تصنيفا), سرعة وقت الاسترداد إلى الداخل 2% من نقطة الضبط (آنسة), أحداث رحلة خطأ العاكس أثناء 10 خطوات تحميل متتالية (هدف: صفر).

4. الإدارة الحرارية في قوة الرحلات البحرية المستمرة

المحرك يعمل على 85% القدرة المقدرة لمدة التصنيف المستمر المحددة (عادة 4 ساعات للتطبيقات البحرية, تمت الإشارة إليه مع MIL-E-917 أو STANAG 1008 معايير جودة القوة البحرية). درجة حرارة اللف, تحمل درجة الحرارة, ويتم تسجيل درجات حرارة مدخل / مخرج تبريد مياه البحر على فترات 30 ثانية. للمحركات المزودة بسترات متكاملة لتبريد مياه البحر (شائع في الدفع البحري), كما يتم قياس انخفاض الضغط ومعدل التدفق لدائرة التبريد.

المقاييس الرئيسية: ارتفاع درجة حرارة اللف عند الطاقة المقدرة لمدة 4 ساعات (K فوق المحيطة), تحمل درجة الحرارة في حالة حرارية ثابتة (درجة مئوية), ارتفاع درجة حرارة مخرج مياه التبريد (درجة مئوية).

5. قياس التوقيع الصوتي بخطوات السرعة

تواجه السفن المائية التي تعمل بالقرب من مناطق الميناء أو في أدوار الدوريات البحرية حدودًا صارمة للضوضاء المشعة. يتم قياس المساهمة الصوتية للمحرك في خلية اختبار شبه كاتمة للصدى مع فصل المحرك عن نفث الماء وتشغيله عند كل خطوة سرعة بين 500 و تصنيف دورة في الدقيقة. مستوى ضغط الصوت (ديسيبل عند 1 م, غير مرجح ومرجح) ويتم تسجيل سرعة الاهتزاز عند نقاط تثبيت قدم المحرك. مكونات التردد المهيمنة عند توافقيات تردد تمرير الشفرة (عدد ريشة المكره × دورة في الدقيقة) يتم تحديدها ومقارنتها بمواصفات العقد.

المقاييس الرئيسية: أ-مستوى ضغط الصوت المرجح (ديسيبل(أ)) بالسرعة المقدرة, سرعة الاهتزاز عند قدم المحرك (مم/ثانية), التردد السائد عند معدل تمرير الشفرة (ديسيبل نسبة إلى 20 μPa).

6. الاختبارات البيئية للمياه المالحة والرطوبة

عادة ما تكون حاويات المحركات البحرية حاصلة على تصنيف IP56 أو IP65, ولكن يجب أن يتحمل عزل اللفائف أيضًا الأجواء المسببة للتآكل في غرفة المحركات البحرية — 95% الرطوبة النسبية مع ضباب الملح. IEC 60068-2-52 تعرض اختبارات دورة رذاذ الملح المحرك لدورات رذاذ ملحي ورطوبة متناوبة لمدة تتراوح بين 96 و336 ساعة (مستويات الخطورة 1-7). يتم قياس مقاومة العزل قبل وبعد التعرض; معيار القبول هو مقاومة العزل المتبقية أعلاه 1 مΩ في 500 اختبار VDC الجهد بعد التعرض.

المقاييس الرئيسية: مقاومة العزل بعد التعرض لضباب الملح (مΩ في 500 VDC), الضميمة تأكيد تصنيف IP (دخول الماء عند مستوى IPX6), دليل التآكل على السحابات الخارجية (لا شيء يجوز على غير القابل للصدأ, يقتصر على مطلي بالزنك).

تكوين مقعد اختبار محرك نفث الماء

إن متطلبات قياس الدفع المحوري تميز منضدة اختبار المحرك النفاث عن مقياس قوة المحرك القياسي: يتم تركيب المحرك قيد الاختبار على شعاعي مدمج + إطار القوة المحورية, مع خلايا حمل تقيس القوة المحورية بشكل مستقل عن محول عزم الدوران في أداة التوصيل الدوارة. يجب أن يكون مقياس الدينامومتر نفسه قادرًا على التشغيل رباعي الأرباع اللازم لمحاكاة خطوات حمل استعادة التهوية, ويجب أن يتجاوز عرض النطاق الترددي للتحكم 50 هرتز لتكرار العابرين لعزم دوران التجويف الواقعي.

تتطلب أجهزة نظام التبريد لدوائر مياه البحر أجهزة قياس تدفق متوافقة مع المياه المالحة ومحولات طاقة الضغط المُصنفة لها 3.5% تركيز كلوريد الصوديوم. إذا كان الاختبار الرطب باستخدام المكره المادي في قناة التدفق مطلوبًا, يدمج المقعد نظام مضخة إعادة التدوير مع ضغط مدخل يمكن التحكم فيه ومعدل تدفق لإعادة إنتاج ظروف سرعة الوعاء المحددة.

إذا كنت مؤهلاً لمحرك كهربائي لبرنامج سفينة جديد يعمل بالدفع المائي - سفينة دورية, العبارة السريعة, سفينة سطحية مستقلة, أو سفينة الهبوط - يجب أن يكون مقعد الاختبار محددًا لالتقاط الدفع المحوري, ديناميات التجويف, والظروف البيئية البحرية في وقت واحد. اتصل بفريقنا الهندسي لمناقشة تكوين الاختبار لفئة السفينة الخاصة بك ونطاق الطاقة.