การทดสอบมอเตอร์ขับเคลื่อนด้วยวอเตอร์เจ็ททางทะเล: แรงผลักดัน, การจำลองโหลดคาวิเทชั่น, และการตรวจสอบเสียง

เหตุใดการทดสอบแรงขับของวอเตอร์เจ็ทจึงไม่สามารถใช้แทนการทดสอบมอเตอร์ใบพัดได้

โดยทั่วไปแล้ว ม้านั่งทดสอบการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าทางทะเลจะได้รับการกำหนดค่าสำหรับโหลดที่ขับเคลื่อนด้วยใบพัด: แรงบิดเพิ่มขึ้นด้วยความเร็วยกกำลังสอง, แรงผลักดันมีความต่อเนื่อง, และการเกิดโพรงอากาศเป็นปัญหารองที่จัดการโดยรูปทรงของใบพัด. ระบบขับเคลื่อนวอเตอร์เจ็ทนำเสนอโปรไฟล์โหลดที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน — และการทดสอบบนแท่นขับเคลื่อนแบบใบพัดจะผลิตข้อมูลที่บิดเบือนความจริงอย่างเป็นระบบถึงสิ่งที่มอเตอร์จะได้รับในการให้บริการ.

ระบบขับเคลื่อนวอเตอร์เจ็ทคือระบบขับเคลื่อนที่เลือกใช้สำหรับเรือลาดตระเวน (15–50 นอต), เรือเฟอร์รี่ด่วน, เรือลงจอด, เครื่องตัดยามชายฝั่ง, และเรือตอบโต้กับทุ่นระเบิดของกองทัพเรือซึ่งการดำเนินการในน้ำตื้นและการเร่งความเร็วอย่างรวดเร็วมีความสำคัญมากกว่าประสิทธิภาพสูงสุดที่ความเร็วล่องเรือ. เนื่องจากผู้ดำเนินการทางเรือและการพาณิชย์ใช้ระบบไฟฟ้าในประเภทเรือเหล่านี้, การตรวจสอบความถูกต้องของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนใบพัดวอเตอร์เจ็ทได้กลายเป็นระเบียบวินัยเฉพาะทางด้วยมาตรฐานการทดสอบและข้อกำหนดการวัดของตัวเอง.

ระบบวอเตอร์เจ็ทโหลดมอเตอร์ต่างกันอย่างไร

• แรงขับตามแนวแกน, ไม่ใช่แค่แรงบิด: ใบพัดวอเตอร์เจ็ทโดยพื้นฐานแล้วคือปั๊มความเร็วสูง. มอเตอร์มีแรงบิดทั้งการหมุน (ขับเพลาใบพัด) และปฏิกิริยาแรงผลักตามแนวแกน (จากส่วนต่างแรงดันน้ำที่พาดผ่านจานใบพัด). บนระบบใบพัด, แรงตามแนวแกนถูกส่งไปโดยตลับลูกปืนกันรุนเฉพาะและไม่ค่อยปรากฏในการวัดแรงบิดของมอเตอร์. ในเครื่องวอเตอร์เจ็ท, โหลดตามแนวแกนสามารถเข้าถึง 30–60% ของโหลดตลับลูกปืนแนวรัศมีที่กำลังเต็ม และต้องแยกคุณลักษณะเฉพาะออกจากแรงบิด.
• โพรงอากาศเข้าของท่อทางเข้า: เมื่อความเร็วของใบพัดเกินเกณฑ์วิกฤตสำหรับแรงดันไดนามิกขาเข้า, ความดันเฉพาะที่ขอบนำของใบพัดจะลดลงต่ำกว่าความดันไอ, การสร้างฟองอากาศคาวิเทชัน. คาวิเทชั่นสร้างลักษณะเฉพาะของการสั่นสะเทือนแบบหุนหันพลันแล่น, กัดกร่อนใบพัด, และสร้างแรงบิดที่ผันผวนอย่างมาก ซึ่งไม่มีปรากฏอยู่บนม้านั่งทดสอบใบพัดเลย. การตรวจจับการโจมตีของคาวิเทชันระหว่างคุณสมบัติของมอเตอร์จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนที่ผสานรวมกับการวัดแรงบิด.
• โหลดถังพวงมาลัย: กลไกเวกเตอร์แรงผลัก (ถัง/ระบบเบี่ยง) เปลี่ยนทิศทางของลำน้ำเพื่อบังคับทิศทางเรือ. เมื่อมีการปรับใช้ที่เก็บข้อมูลบางส่วน, โหลดไฮดรอลิกบนเพลามอเตอร์เปลี่ยนแปลงอย่างมากเนื่องจากสภาพการไหลของทางเข้าเปลี่ยนแปลง. การทดสอบมอเตอร์ที่ละเว้นตำแหน่งถังไม่สามารถคาดเดาความต้องการกำลังที่มุมบังคับเลี้ยวตรงกลางได้.
• ช่วงความเร็วและโปรไฟล์การเร่งความเร็ว: เรือวอเตอร์เจ็ทเร่งความเร็วอย่างรวดเร็วจากศูนย์ถึงความเร็วสูงสุด เนื่องจากใบพัดสามารถดูดอากาศได้ที่ความเร็วเรือต่ำ (การระบายอากาศ) — ผู้ปฏิบัติงานจะต้องจัดการการเปลี่ยนจากการระบายอากาศไปสู่สภาวะที่มีการเตรียมพร้อมเต็มที่. มอเตอร์จะต้องทนต่อแรงกระแทกที่ไม่มีโหลดด้วยความเร็วสูงในระหว่างขั้นตอนการระบายอากาศนี้โดยไม่มีการป้องกันสะดุด, สภาวะที่ไม่เคยเกิดขึ้นในการใช้งานที่ขับเคลื่อนด้วยใบพัด.

รายการทดสอบหลักสำหรับการตรวจสอบความถูกต้องของมอเตอร์วอเตอร์เจ็ททางทะเล

1. การทำแผนที่แรงขับ-แรงบิดที่ความเร็วใบพัดแต่ละอัน

แอคชูเอเตอร์โหลดตามแนวแกนไฮดรอลิกจะส่งแรงผลักดันที่ควบคุมไปยังเพลามอเตอร์ ในขณะที่ไดนาโมมิเตอร์จะส่งโหลดแรงบิด. ในแต่ละความเร็วรวมกัน (500–3,600 รอบต่อนาที โดยทั่วไปสำหรับ a 450 กิโลวัตต์มอเตอร์วอเตอร์เจ็ท), บันทึกของม้านั่งทดสอบ: แรงบิดของเพลา, ความเร็วเพลา, แรงขับตามแนวแกน, กำลังไฟฟ้าเข้าของมอเตอร์, และประสิทธิภาพของมอเตอร์. ชุดข้อมูลสี่มิติที่ได้คือแรงบิด, แรงผลักดัน, ความเร็ว, ประสิทธิภาพ — กำหนดลักษณะของขอบเขตการทำงานของมอเตอร์ในสภาวะการรับน้ำหนักรวมที่จะเกิดขึ้นในทะเล.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ประสิทธิภาพของมอเตอร์ที่ความเร็วพิกัดและแรงขับที่กำหนด (%), อุณหภูมิแบริ่งที่แรงบิดพิกัดรวม + แรงผลักดันที่ได้รับการจัดอันดับ, แรงบิดสูงสุดที่ความเร็วใบพัดสูงสุด.

2. การจำลองโหลดคาวิเทชั่น

การเกิดคาวิเทชั่นจำลองโดยการโปรแกรมโปรไฟล์แรงบิดของไดนาโมมิเตอร์ที่จำลองการสั่นของแรงบิดแบบหุนหันพลันแล่นที่วัดบนใบพัดวอเตอร์เจ็ทที่เป็นตัวแทนในการไหลแบบคาวิเทติ้ง — โดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับข้อมูลโหลดของใบพัดที่ได้มาจาก CFD. โปรไฟล์แรงบิดจะถูกเล่นเป็นคำสั่งอนุกรมเวลาไปยังตัวควบคุมไดนาโมมิเตอร์ในขณะที่มอเตอร์ทำงานที่ความเร็วที่กำหนด. อุณหภูมิของขดลวดมอเตอร์และการสั่นสะเทือนของเพลาได้รับการตรวจสอบเพื่อการตอบสนองที่ผิดปกติ. แยกกัน, มาตรความเร่งที่ติดใบพัด (ในการทดสอบแบบเปียกโดยใช้ใบพัดทางกายภาพในช่องการไหล) ให้ลายเซ็นคาวิเทชั่นความจริงภาคพื้นดินสำหรับการปรับเทียบโปรไฟล์จำลอง.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ความเร็วการสั่นสะเทือนของมอเตอร์ RMS ระหว่างโหลดคาวิเทชั่นจำลอง (มิลลิเมตร/วินาที), แอมพลิจูดของแรงบิดสูงสุดระหว่างการระเบิดของโพรงอากาศ (นิวตันเมตร), การตอบสนองต่ออุณหภูมิของขดลวดต่อโหลดชั่วคราวที่ไม่ต่อเนื่อง.

3. การทดสอบการฟื้นตัวของการช่วยหายใจ

มอเตอร์จะเร่งความเร็วไปที่ 120% ความเร็วสูงสุดโดยไม่มีโหลดไฮดรอลิก (จำลองการกลืนอากาศที่ความเร็วถังต่ำ). หลังจากผ่านไป 3–5 วินาที, โหลดจะถูกเพิ่มเป็นขั้นจากศูนย์ถึงแรงบิดพิกัดที่อยู่ด้านล่าง 500 มิลลิวินาที (จำลองการรองพื้นใบพัดในขณะที่เรือเพิ่มความเร็ว). ความสามารถของตัวควบคุมมอเตอร์ในการรักษาการสับเปลี่ยนผ่านโหลดชั่วคราวนี้โดยไม่สะดุดการป้องกันกระแสเกินได้รับการตรวจสอบแล้ว. รูปคลื่นของแรงดันและกระแสที่เอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์จะถูกบันทึกไว้ตลอดเหตุการณ์.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: กระแสเกินในระหว่างขั้นตอนการโหลด (% ได้รับการจัดอันดับสูงกว่า), ความเร็วในการฟื้นตัวภายใน 2% ของจุดกำหนด (นางสาว), เหตุการณ์ฟอลต์ทริปของอินเวอร์เตอร์ในระหว่าง 10 ขั้นตอนการโหลดต่อเนื่องกัน (เป้า: ศูนย์).

4. การจัดการความร้อนที่กำลังล่องเรือต่อเนื่อง

มอเตอร์ทำงานที่ 85% กำลังไฟพิกัดสำหรับระยะเวลาการให้คะแนนต่อเนื่องที่กำหนด (โดยทั่วไป 4 ชั่วโมงสำหรับการรับสมัครทางเรือ, อ้างอิงถึง MIL-E-917 หรือ STANAG 1008 มาตรฐานคุณภาพกำลังทางเรือ). อุณหภูมิที่คดเคี้ยว, อุณหภูมิแบริ่ง, และอุณหภูมิทางเข้า/ทางออกของการระบายความร้อนของน้ำทะเลจะถูกบันทึกในช่วงเวลา 30 วินาที. สำหรับมอเตอร์ที่มีแจ็คเก็ตระบายความร้อนน้ำทะเลในตัว (ทั่วไปในการขับเคลื่อนทางทะเล), นอกจากนี้ยังวัดแรงดันตกและอัตราการไหลของวงจรทำความเย็นด้วย.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: อุณหภูมิของขดลวดเพิ่มขึ้นที่กำลังไฟพิกัด 4 ชั่วโมง (K เหนือสภาพแวดล้อม), อุณหภูมิแบริ่งที่สภาวะคงตัวความร้อน (องศาเซลเซียส), อุณหภูมิน้ำหล่อเย็นที่เพิ่มขึ้น (องศาเซลเซียส).

5. การวัดลายเซ็นเสียงที่ขั้นตอนความเร็ว

เรือวอเตอร์เจ็ทที่ทำงานใกล้บริเวณท่าเรือหรือในบทบาทลาดตระเวนทางเรือต้องเผชิญกับข้อจำกัดด้านเสียงรบกวนที่เข้มงวด. การมีส่วนร่วมของเสียงของมอเตอร์วัดในเซลล์ทดสอบแบบกึ่งไร้คลื่นเสียงสะท้อน โดยมอเตอร์แยกตัวออกจากวอเตอร์เจ็ทและทำงานที่ความเร็วแต่ละขั้นระหว่าง 500 และจัดอันดับรอบต่อนาที. ระดับความดันเสียง (เดซิเบลที่ 1 ม, ไม่ถ่วงน้ำหนัก และ A-weighted) และความเร็วการสั่นสะเทือนที่จุดยึดขามอเตอร์จะถูกบันทึก. ส่วนประกอบความถี่ที่โดดเด่นที่ฮาร์โมนิกความถี่ผ่านเบลด (จำนวนใบพัด × RPM) มีการระบุและเปรียบเทียบกับข้อกำหนดของสัญญา.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ระดับความดันเสียงแบบ A-weighted (เดซิเบล(ก)) ด้วยความเร็วที่กำหนด, ความเร็วการสั่นสะเทือนที่เท้ามอเตอร์ (มิลลิเมตร/วินาที), ความถี่ที่โดดเด่นที่อัตราการผ่านเบลด (เดซิเบลสัมพันธ์กับ 20 µPa).

6. การทดสอบสภาพแวดล้อมของน้ำเกลือและความชื้น

โดยทั่วไปแล้ว กล่องหุ้มมอเตอร์ทางทะเลจะมีระดับ IP56 หรือ IP65, แต่ฉนวนที่คดเคี้ยวจะต้องทนต่อบรรยากาศที่มีฤทธิ์กัดกร่อนของห้องเครื่องยนต์ทางทะเลเพิ่มเติม — 95% ความชื้นสัมพัทธ์กับหมอกเกลือ. ไออีซี 60068-2-52 การทดสอบการหมุนเวียนของหมอกเกลือทำให้มอเตอร์สัมผัสกับวงจรหมอกเกลือและความชื้นสลับกันเป็นเวลา 96–336 ชั่วโมง (ระดับความรุนแรง 1–7). วัดความต้านทานของฉนวนก่อนและหลังการสัมผัส; เกณฑ์การยอมรับคือความต้านทานของฉนวนที่เหลืออยู่ข้างต้น 1 MΩที่ 500 แรงดันทดสอบ VDC หลังการสัมผัส.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ความต้านทานของฉนวนหลังจากสัมผัสละอองเกลือ (MΩที่ 500 กระแสตรง), การยืนยันระดับ IP ของช่องใส่ (น้ำเข้าที่ระดับ IPX6), หลักฐานการกัดกร่อนของตัวยึดภายนอก (ไม่อนุญาตให้ใช้กับสเตนเลส, จำกัดเฉพาะการชุบสังกะสี).

การกำหนดค่าม้านั่งทดสอบมอเตอร์วอเตอร์เจ็ท

ข้อกำหนดในการวัดแรงขับตามแนวแกนทำให้แท่นทดสอบมอเตอร์วอเตอร์เจ็ทแตกต่างจากไดนาโมมิเตอร์มอเตอร์มาตรฐาน: มอเตอร์ที่ทดสอบให้ติดตั้งบนรัศมีรวม + กรอบแรงตามแนวแกน, ด้วยโหลดเซลล์ที่วัดแรงตามแนวแกนอย่างเป็นอิสระจากทรานสดิวเซอร์แรงบิดในข้อต่อแบบหมุน. ตัวไดนาโมมิเตอร์เองจะต้องมีความสามารถในการทำงานแบบสี่ควอแดรนท์ที่จำเป็นในการจำลองขั้นตอนโหลดการกู้คืนการช่วยหายใจ, และแบนด์วิดธ์การควบคุมจะต้องเกิน 50 Hz เพื่อจำลองแรงบิดชั่วคราวของคาวิเทชันที่สมจริง.

อุปกรณ์ระบบทำความเย็นสำหรับวงจรน้ำทะเลต้องใช้มิเตอร์วัดอัตราการไหลที่เข้ากันได้กับน้ำเค็มและตัวแปลงสัญญาณแรงดันที่ได้รับการจัดอันดับ 3.5% ความเข้มข้นของโซเดียมคลอไรด์. หากจำเป็นต้องทำการทดสอบแบบเปียกด้วยใบพัดทางกายภาพในช่องการไหล, ม้านั่งทำงานรวมระบบปั๊มหมุนเวียนเข้ากับแรงดันขาเข้าและอัตราการไหลที่ควบคุมได้ เพื่อสร้างสภาวะความเร็วของถังเฉพาะ.

หากคุณมีคุณสมบัติเหมาะสมในการใช้มอเตอร์ไฟฟ้าสำหรับโปรแกรมเรือที่ขับเคลื่อนด้วยวอเตอร์เจ็ทใหม่ — เรือลาดตระเวน, เรือเฟอร์รี่ด่วน, เรือผิวน้ำอัตโนมัติ, หรือเรือลงจอด - ต้องระบุม้านั่งทดสอบเพื่อจับแรงขับตามแนวแกน, พลศาสตร์ของโพรงอากาศ, และสภาพแวดล้อมทางทะเลไปพร้อมๆ กัน. ติดต่อทีมวิศวกรของเรา เพื่อหารือเกี่ยวกับการกำหนดค่าการทดสอบสำหรับประเภทเรือและช่วงกำลังของคุณ.