Ster strumieniowy azymutu & Testowanie napędu pod: Przewodnik po morskim napędzie elektrycznym

Dlaczego testowanie sterów strumieniowych i napędów azymutalnych wymaga własnego podejścia

Napędy kapsuł i silniki azymutalne nazywane są elektryfikacją morską “zabójcza aplikacja” nie bez powodu: umieszczenie silnika napędowego w obrotowej kapsule pod kadłubem eliminuje ster, długa linia wału, i rufę konwencjonalnej instalacji pokładowej, a nowe konstrukcje wkładów na kapsuły zmniejszają opór hydrodynamiczny aż o 70% w porównaniu do wcześniejszych napędów elektrycznych. To napędza szybkie przyjęcie wśród holowników, łodzie robocze, i statki komercyjne o mocy poniżej megawata – ale napęd kapsuły pod względem mechanicznym różni się od silnika napędowego z wałem prostym, i testowanie go w taki sposób, w jaki pomija się tryby awarii, które w rzeczywistości powodują wycofanie tych jednostek z eksploatacji.

Konwencjonalne stanowisko do testowania morskich silników napędowych sprawdza moment obrotowy, prędkość, i wydajność cieplną wzdłuż stałej osi wału. Napęd kapsuły lub ster strumieniowy azymutalny zapewniają drugi stopień swobody — cała jednostka napędowa obraca się o 360° wokół osi pionowej — co oznacza, że ​​silnik, jego łożyska, uszczelki, i zasilanie muszą wytrzymać połączone obciążenia przy każdym kącie obrotu, nie tylko na wprost.

Co wyróżnia testowanie napędu pod?

• Pełny obrót o 360° pod obciążeniem: ster strumieniowy musi zapewniać pełny ciąg podczas obrotu do dowolnego kąta azymutu, włączając ciągłą pracę pod ekstremalnymi kątami podczas utrzymywania stacji lub manewrowania – przypadek obciążenia, którego w badaniu napędu z wałem stałym nigdy nie trzeba brać pod uwagę.
• Połączony ciąg, promieniowy, i obciążenie skrętne: ciąg śmigła, siła boczna wynikająca z pracy pod kątem, i moment reakcji obciążają jednocześnie łożysko obrotowe i obudowę gondoli, przy każdym kącie obrotu.
• Dynamiczne uszczelnienie pod wodą: w przeciwieństwie do stałego uszczelnienia wału, Obrotowy interfejs kapsuły musi pozostać wodoszczelny dzięki ciągłemu ruchowi obrotowemu, nie tylko statyczne zanurzenie.
• Przesyłanie mocy i sygnału poprzez złącze obrotowe: Zasilanie elektryczne i sygnały sterujące muszą przejść ze nieruchomej konstrukcji kadłuba do obrotowej kapsuły za pośrednictwem pierścieni ślizgowych lub złączy obrotowych, dodanie komponentu o krytycznym znaczeniu dla niezawodności, którego nie ma w napędzie z wałem prostym.

Podstawowe elementy testowe

1. Trwałość łożyska obrotowego przy pełnym obrocie

Łożysko obrotowe umożliwiające obrót w azymucie 360° należy sprawdzić w powtarzanych cyklach pełnego obrotu przy znamionowym obciążeniu wzdłużnym, ponieważ zużycie łożyska bezpośrednio determinuje żywotność głowicy, a jego serwisowanie jest znacznie droższe niż łożysko silnika na prostym wale.

Kluczowe wskaźniki: cykle życia łożyska obrotowego do znamionowego limitu zużycia, moment obrotowy/tarcie obrotowe w pełnym zakresie 360°, utrzymanie napięcia wstępnego łożyska po cyklicznym obciążeniu.

2. Połączony ciąg, Promieniowy, i badanie obciążenia skrętnego

Wieloosiowa rama obciążeniowa przykłada nacisk śmigła, obciążenie boczne, i moment reakcji jednocześnie pod reprezentatywnymi kątami azymutu — nie tylko podczas jazdy na wprost — w celu sprawdzenia obudowy kapsuły i mocowania silnika pod rzeczywistym łącznym stanem naprężenia obserwowanym podczas manewrowania.

Kluczowe wskaźniki: łączna nośność przy 0°, 90°, i pozycje w azymucie 180°, ugięcie obudowy pod znamionowym łącznym obciążeniem, trwałość zmęczeniowa śruby mocującej/interfejsu.

3. Integralność uszczelnienia dynamicznego przy ciągłym obrocie

Uszczelki obrotowe na styku kapsuły należy poddać próbie ciśnieniowej pod wodą podczas aktywnego obrotu, nie tylko sprawdzano pod kątem wycieków statycznych, ponieważ zużycie uszczelnienia przyspiesza szczególnie podczas obrotu i cofania.

Kluczowe wskaźniki: stopień wycieku przy znamionowym ciśnieniu wody podczas aktywnego obrotu, zużycie uszczelnienia po cyklicznym teście obrotu, próba ciśnieniowa do znamionowej głębokości zanurzenia.

4. Emulacja obciążenia śmigła na wodach otwartych

Profil obciążenia hamowni musi odwzorowywać rzeczywistą charakterystykę momentu obrotowego śruby w całym zakresie roboczym statku – od warunków swobodnej pływania na wodach otwartych po uciąg na palu (prędkość zerowa, maksymalny ciąg) warunkach typowych dla holowników i łodzi roboczych — ponieważ stawiają one bardzo różne wymagania elektryczne i termiczne dla silnika.

Kluczowe wskaźniki: krzywa momentu obrotowego i prędkości dopasowana do prawa śmigła w całym zakresie roboczym, wydajność silnika w warunkach uciągu na słupku, zachowanie termiczne podczas długotrwałej pracy na słupku.

5. Kawitacja i podwodny hałas promieniowany

Napędy pod są coraz częściej wybierane pod kątem hałasu emitowanego pod wodą (URNA) zgodność, szczególnie w przypadku statków badawczych i pasażerskich, dlatego też badania muszą charakteryzować początek kawitacji i emitowany hałas w całym zakresie prędkości roboczych, nie tylko wydajność ciągu w stanie ustalonym.

Kluczowe wskaźniki: prędkość początkowa kawitacji, widmo hałasu emitowanego pod wodą w porównaniu z widmem hałasu emitowanego pod wodą. obowiązujące wytyczne URN, udział hałasu przy typowych prędkościach przejazdowych i manewrowych.

6. Niezawodność złącza obrotowego i sygnałowego

Zespół pierścienia ślizgowego lub złącza obrotowego przenoszący sygnały zasilania i sterowania do głowicy obrotowej wymaga testów wytrzymałościowych w trakcie pełnej oczekiwanej liczby cykli obrotu w całym okresie użytkowania urządzenia, ponieważ awaria w tym miejscu może wyłączyć cały ster strumieniowy, nawet jeśli sam silnik jest zdrowy.

Kluczowe wskaźniki: stabilność rezystancji styku w znamionowych cyklach obrotowych, integralność sygnału podczas ciągłego obrotu, rezystancja izolacji obrotowego toru mocy przez cały okres użytkowania.

Co to oznacza dla wyboru stanowiska testowego

Prawidłowe przetestowanie napędu kapsuły lub steru strumieniowego azymutu oznacza wyjście poza hamownię morską z wałem prostym: stanowisko testowe wymaga wieloosiowej ramy obciążeniowej, która może przykładać nacisk, promieniowy, i obciążenia skrętne przy dowolnym kącie azymutu, możliwość dynamicznego testu uszczelnienia podwodnego, i oprzyrządowanie na obrotowej ścieżce mocy/sygnału — nie tylko na silniku. Pomijanie przypadku obciążenia obrotowego to najczęstsza luka, którą widzimy w planach testów napędu morskiego zaadaptowanych na podstawie testów silników z wałem stałym.

Jeśli określasz stanowisko testowe dla napędu pod, ster azymutalny, lub program elektrycznego silnika zaburtowego, nasz zespół inżynierów może pomóc w zdefiniowaniu obciążenia wieloosiowego, weryfikacja uszczelnienia, i cykl pracy zgodny z rzeczywistym profilem operacyjnym statku. Porozmawiaj z naszym zespołem inżynierów do pracy nad specyfikacją.