Испытание подводного подруливающего двигателя ROV и AUV: Отображение тяги, Герметизация под давлением, и проверка коррозии

Почему подводные подруливающие устройства требуют специальных методов испытаний

Двигатель, лежащий в основе подводного подруливающего устройства, работает в среде, принципиально враждебной стандартным электрическим машинам.. Его погружают в морскую воду или масло., давление, эквивалентное сотням метров водного столба, подвержен биообрастанию и солевой коррозии, и ожидается, что он будет обеспечивать точную тягу без возможности доступного обслуживания в течение нескольких месяцев.. Транспортные средства с дистанционным управлением (ROV) используется при проверке морской нефти и газа, и автономные подводные аппараты (АНПА) развернут для океанографических исследований и обороны, успех миссии зависит от надежности двигателя. Двигатель, который выходит из строя на глубине 2000 метров, стоит не только компонентов, но потенциально вся машина и полезная нагрузка миссии.

Испытание этих двигателей на обычном испытательном стенде для двигателей, работающих на воздухе при атмосферном давлении со стандартной смазкой подшипников, практически не фиксирует ни один из видов отказов, которые преобладают при работе под водой.. Специализированные протоколы испытаний, охватывающие картирование тяги, выносливость к давлению, Проверка IP-класса, коррозия морской воды, и тепловое поведение в затопленной среде имеют важное значение, прежде чем любой двигатель будет допущен к использованию под водой..

Архитектуры двигателей и их последствия для тестирования

• Маслозаполненные двигатели: Статор и ротор работают погруженными в минеральное или синтетическое масло, давление которого удерживается в равновесии с окружающей водой через камеру с компенсацией давления.. Масло эффективно проводит тепло, но со временем портится.; испытание на загрязнение маслом является важнейшим критерием приемки.
• Герметичные двигатели: Двигатель заключен в устойчивый к давлению корпус с уплотнениями вала, передающими крутящий момент на карданный вал.. Потери на трение в уплотнении и скорость утечки в уплотнении при циклическом изменении давления являются основными проблемами испытаний..
• Двигатели с мокрой обмоткой: В некоторых небольших двигателях ROV используются бесщеточные двигатели, предназначенные для работы с морской водой, непосредственно контактирующей с обмотками., с проводом в полимерной изоляции и устойчивыми к коррозии магнитами. Стабильность сопротивления изоляции обмоток в проводящих средах является доминирующим параметром испытаний..

Основные тестовые задания

1. Отображение тяги и крутящего момента

Калиброванный датчик силы измеряет осевое усилие, создаваемое гребным винтом, в зависимости от частоты вращения двигателя и входной мощности., в воде на испытательной глубине. Результирующий коэффициент тяги (Кт) и коэффициент крутящего момента (Кк) Зависимость от передаточного числа определяет гидродинамические характеристики винта.. Испытания проводятся при прямой и обратной тяге для определения асимметрии, типичной для гребных винтов фиксированного шага..

Ключевые показатели: Kt и Kq во всех рабочих точках, пиковая тяга при номинальной мощности, общий КПД от электрической входной мощности до выходной тяги, коэффициент несимметрии тяги вперед-назад.

2. Герметизация под давлением и устойчивость к глубине

Двигатель в сборе помещается в гипербарическую испытательную камеру и находится под давлением до номинального эквивалента глубины плюс инженерный запас., обычно 1,25× номинальной глубины для квалификации. Период удержания давления в течение 24–72 часов с контролем скорости утечки подтверждает целостность уплотнения.. Повторяющиеся циклические изменения давления имитируют изменения глубины профиля миссии и проверяют усталость уплотнений..

Ключевые показатели: Скорость утечки при номинальном давлении, куб.см/мин, проверка экструзии уплотнения после испытания, количество циклов давления до первой утечки, Вклад трения уплотнения вала в крутящий момент холостого хода.

3. Сопротивление изоляции в проводящих средах

Сопротивление изоляции обмотки, измеренное в морской воде или физиологическом растворе, эквивалентном испытаниям, при номинальном давлении, выявляет механизмы деградации, невидимые на воздухе.. Для двигателей с мокрой обмоткой, ИК-значения 100 МОм в пресной воде может упасть до 1–10 МОм в морской воде — все еще приемлемо, если оно превышает порог безопасности контроллера мотора.. Тест отслеживает зависимость ИК от времени погружения и температуры..

Ключевые показатели: ИК в 500 VDC в физиологическом растворе, ИК-стабильность более 500 часов погружения, Кривая зависимости ИК-температуры от температуры воды.

4. Коррозия и совместимость материалов

Испытание в солевом тумане согласно IEC 60068-2-11 характеризует гальваническую коррозию между разнородными металлами в узле двигателя.. Алюминиевый корпус с крепежом из нержавеющей стали., медные проводники, прилегающие к титановым валам, и редкоземельные магниты без поверхностного покрытия являются распространенными причинами отказов.. Ускоренные испытания погружением в искусственную морскую воду при повышенной температуре в течение 500–2000 часов для проверки выбора сплавов и систем покрытия..

Ключевые показатели: Глубина проникновения коррозии после испытания, плотность гальванического тока на каждом металлическом интерфейсе, ухудшение качества поверхности обойм подшипников, состояние магнита после воздействия коррозии.

5. Управление температурным режимом в затопленных средах

Вода или масло обеспечивают значительно лучшее конвективное охлаждение, чем воздух., но температурные градиенты внутри двигателя остаются значительными при высокой удельной мощности.. На испытательном стенде измеряется повышение температуры обмотки при длительной номинальной тяге., проверка того, что термический расчет не приводит к деградации масла, смягчение уплотнения, или разрушение смазки подшипников. Датчики температуры, встроенные в обмотку и корпус двигателя, предоставляют данные, необходимые для проверки моделей теплового моделирования..

Ключевые показатели: Температура обмотки при 100% номинальная тяга, длительная работа, внешняя температура корпуса, повышение температуры масла в маслозаполненных конструкциях, термическое сопротивление двигатель-вода.

6. Акустическая подпись

Военные и исследовательские АНПА требуют низкой акустической сигнатуры, чтобы избежать обнаружения или помех акустическим датчикам.. Измерения гидрофона в испытательном резервуаре характеризуют тональный шум, генерируемый двигателем. (частоты подшипников, электрические гармоники) и широкополосный шум (турбулентность потока над гребным винтом). Бесшумная работа часто требует определенных комбинаций полюсов и пазов и уровней предварительного натяга подшипников, проверяемых на стенде перед интеграцией в транспортное средство..

Ключевые показатели: Уровень звукового давления при номинальной тяге, доминирующие тональные частоты и амплитуды, Минимальный уровень широкополосного шума в зависимости от числа оборотов в минуту, повторяемость акустической сигнатуры между устройствами.

7. Выносливость в рабочем цикле

Репрезентативный профиль миссии - периоды полной мощности, удержание на пониженной тяге, и отдых — повторяется в гидроаккумуляторе на номинальной глубине в течение сотен и тысяч часов.. Стенд записывает совокупное количество часов работы., тенденция вибрации подшипника, и любые изменения в КПД двигателя. Критерии окончания срока службы включают падение эффективности за пределы 3% от начального значения или вибрация подшипника превышает пороговые значения оповещения.

Ключевые показатели: Время работы до порога падения эффективности, тенденция вибрации подшипника в течение жизни, Эволюция биения карданного вала, время начала течи уплотнения.

Испытательная инфраструктура для квалификации подводных двигателей

Комплексная испытательная установка для подводных испытаний ROV/AUV включает в себя гипербарический резервуар, рассчитанный на давление 300–600 бар для эквивалентов полной глубины океана., калиброванный подводный упорный стенд с тензодатчиком, приборы для измерения температуры и давления, рассчитанные на погружение, и анализатор мощности с точностью до формы сигнала, фиксирующий входное электрическое напряжение.. Управление соленой водой — откачка, фильтрация, и утилизация — важный элемент проектирования объекта.. Испытательный резервуар часто служит функциональным стендом для подруливающих устройств, где фактическая тяга измеряется одновременно с электрическими параметрами..

Что это означает для выбора испытательного стенда

Испытания подруливающих устройств ROV и AUV находятся на стыке испытаний электрических машин и техники гидравлических испытаний/испытаний под давлением.. Конкретная глубина, архитектура двигателя, и профиль миссии транспортного средства — все они определяют, какие элементы испытаний являются обязательными, а какие могут быть приняты с учетом риска.. Если ваша команда квалифицирует двигатель для развертывания подводного аппарата, наша команда инженеров может помочь настроить программу испытаний, соответствующую вашей номинальной глубине., уровень тяги, и требования к выносливости. Поговорите с нашей командой о вашем проекте.