การทดสอบมอเตอร์ Thruster ใต้น้ำ ROV และ AUV: การทำแผนที่แรงขับ, การปิดผนึกด้วยแรงดัน, และการตรวจสอบการกัดกร่อน

เหตุใดเครื่องขับดันใต้น้ำจึงต้องใช้วิธีทดสอบเฉพาะทาง

มอเตอร์ที่เป็นหัวใจของทรัสเตอร์ใต้น้ำทำงานในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตรต่อเครื่องจักรไฟฟ้ามาตรฐานโดยพื้นฐาน. มันถูกแช่อยู่ในน้ำทะเลหรือน้ำมัน, มีแรงดันเทียบเท่ากับเสาน้ำสูงหลายร้อยเมตร, ขึ้นอยู่กับการกัดกร่อนทางชีวภาพและการกัดกร่อนที่เกิดจากเกลือ, และคาดว่าจะให้แรงขับที่แม่นยำโดยไม่ต้องมีการบำรุงรักษาที่เข้าถึงได้ครั้งละหลายเดือน. ยานพาหนะที่ควบคุมจากระยะไกล (ROV) ใช้ในการตรวจสอบน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่ง, และยานพาหนะใต้น้ำอัตโนมัติ (AUV) นำไปใช้สำหรับการวิจัยและการป้องกันสมุทรศาสตร์, ขึ้นอยู่กับความน่าเชื่อถือของทรัสเตอร์เพื่อความสำเร็จของภารกิจ. มอเตอร์ที่ทำงานล้มเหลวที่ความลึก 2,000 เมตร ไม่ใช่แค่ส่วนประกอบเท่านั้น, แต่อาจเป็นพาหนะทั้งหมดและน้ำหนักบรรทุกภารกิจ.

การทดสอบมอเตอร์เหล่านี้บนแท่นทดสอบมอเตอร์ทั่วไป—การทำงานในอากาศที่ความดันบรรยากาศด้วยการหล่อลื่นแบริ่งมาตรฐาน—จะบันทึกโหมดความล้มเหลวใดที่ครอบงำการทำงานใต้น้ำได้เกือบทั้งหมด. โปรโตคอลการทดสอบเฉพาะทางที่ครอบคลุมการทำแผนที่แรงขับ, ความอดทนต่อแรงกดดัน, การตรวจสอบระดับ IP, การกัดกร่อนของน้ำทะเล, และพฤติกรรมทางความร้อนในสภาพแวดล้อมที่มีน้ำท่วมเป็นสิ่งจำเป็นก่อนที่ทรัสเตอร์ใดๆ จะมีคุณสมบัติสำหรับการติดตั้งใต้ทะเล.

สถาปัตยกรรม Thruster และผลการทดสอบ

• มอเตอร์ที่มีน้ำมันท่วม: สเตเตอร์และโรเตอร์ทำงานจมอยู่ในน้ำมันแร่หรือน้ำมันสังเคราะห์ที่รักษาสมดุลแรงดันกับน้ำโดยรอบผ่านกระเพาะปัสสาวะชดเชยแรงดัน. น้ำมันนำความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพแต่จะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป; การทดสอบการปนเปื้อนของน้ำมันถือเป็นเกณฑ์การยอมรับที่สำคัญ.
• มอเตอร์ที่ปิดผนึกอย่างผนึกแน่น: มอเตอร์ถูกห่อหุ้มไว้ในตัวเรือนทนแรงดันพร้อมซีลเพลาที่ส่งแรงบิดไปยังเพลาใบพัด. การสูญเสียแรงเสียดทานของซีลและอัตราการรั่วไหลของซีลภายใต้วงจรแรงดันถือเป็นข้อกังวลในการทดสอบเบื้องต้น.
• มอเตอร์แผลเปียก: เครื่องขับ ROV ขนาดเล็กบางตัวใช้มอเตอร์ไร้แปรงถ่านที่ออกแบบมาเพื่อทำงานกับน้ำทะเลที่สัมผัสกับขดลวดโดยตรง, ด้วยลวดหุ้มฉนวนโพลีเมอร์และแม่เหล็กป้องกันการกัดกร่อน. ความเสถียรของความต้านทานของฉนวนของขดลวดในสื่อนำไฟฟ้าเป็นพารามิเตอร์การทดสอบที่โดดเด่น.

รายการทดสอบหลัก

1. การทำแผนที่แรงขับและแรงบิด

ทรานสดิวเซอร์แรงที่ปรับเทียบแล้วจะวัดแรงขับตามแนวแกนที่เกิดจากใบพัดตามฟังก์ชันของ RPM ของมอเตอร์และกำลังอินพุต, ในน้ำที่ระดับความลึกทดสอบ. ค่าสัมประสิทธิ์แรงผลักดันที่เกิดขึ้น (กท) และค่าสัมประสิทธิ์แรงบิด (กิโลคิว) เทียบกับอัตราส่วนล่วงหน้าจะกำหนดประสิทธิภาพทางอุทกพลศาสตร์ของใบพัด. การทดสอบจะดำเนินการที่แรงขับไปข้างหน้าและถอยหลังเพื่อระบุลักษณะความไม่สมมาตรตามแบบฉบับของใบพัดที่มีระยะพิทช์คงที่.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: Kt และ Kq ที่จุดปฏิบัติการทั้งหมด, แรงขับสูงสุดที่กำลังพิกัด, ประสิทธิภาพโดยรวมตั้งแต่อินพุตไฟฟ้าไปจนถึงเอาท์พุตแรงขับ, อัตราส่วนความไม่สมดุลของแรงขับเดินหน้า-ถอยหลัง.

2. การปิดผนึกด้วยแรงดันและความทนทานต่อความลึก

ชุดประกอบมอเตอร์ถูกวางไว้ในห้องทดสอบไฮเปอร์แบริก และได้รับแรงดันจนถึงระดับความลึกที่พิกัดเท่ากัน บวกกับระยะขอบทางวิศวกรรม, โดยทั่วไปแล้วจะมีความลึก 1.25 เท่าสำหรับคุณสมบัติ. ระยะเวลากักเก็บแรงดัน 24–72 ชั่วโมงพร้อมการตรวจสอบอัตราการรั่วช่วยยืนยันความสมบูรณ์ของซีล. วงจรแรงดันซ้ำๆ จำลองการเปลี่ยนแปลงความลึกของโปรไฟล์ภารกิจและฝึกความล้าของซีล.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: อัตราการรั่วไหลที่ความดันที่กำหนดเป็นซีซี/นาที, การตรวจสอบการอัดขึ้นรูปของซีลหลังการทดสอบ, จำนวนรอบแรงดันที่จะรั่วครั้งแรก, แรงเสียดทานของซีลเพลาต่อแรงบิดที่ไม่มีโหลด.

3. ความต้านทานของฉนวนในสื่อนำไฟฟ้า

ความต้านทานของฉนวนของขดลวดที่วัดได้ในน้ำทะเลหรือน้ำเกลือที่เทียบเท่ากับการทดสอบที่ความดันที่กำหนดเผยให้เห็นกลไกการย่อยสลายที่มองไม่เห็นในอากาศ. สำหรับมอเตอร์แบบเปียก, ค่า IR ของ 100 MΩ ในน้ำจืดสามารถลดลงเหลือ 1–10 MΩ ในน้ำทะเล ซึ่งยังคงยอมรับได้หากอยู่เหนือเกณฑ์ความปลอดภัยของตัวควบคุมมอเตอร์. การทดสอบจะติดตาม IR เทียบกับเวลาที่แช่และเทียบกับอุณหภูมิ.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ไออาร์ได้ที่ 500 VDC ในสารละลายน้ำเกลือ, ความเสถียรของ IR จบลงแล้ว 500 แช่ชั่วโมง, IR เทียบกับกราฟอุณหภูมิของน้ำ.

4. ความเข้ากันได้ของการกัดกร่อนและวัสดุ

การทดสอบสเปรย์เกลือตาม IEC 60068-2-11 แสดงลักษณะการกัดกร่อนของกัลวานิกระหว่างโลหะที่ไม่เหมือนกันในชุดประกอบทรัสเตอร์. ตัวเรือนอะลูมิเนียมพร้อมตัวยึดสแตนเลส, ตัวนำทองแดงที่อยู่ติดกับเพลาไทเทเนียม, และแม่เหล็กหายากที่ไม่มีการเคลือบพื้นผิวเป็นสาเหตุของความล้มเหลวทั่วไป. การทดสอบการแช่ตัวแบบเร่งในน้ำทะเลเทียมที่อุณหภูมิสูงดำเนินการเป็นเวลา 500–2,000 ชั่วโมงเพื่อคัดกรองตัวเลือกโลหะผสมและระบบการเคลือบ.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ความลึกของการเจาะทะลุการกัดกร่อนหลังการทดสอบ, ความหนาแน่นกระแสกัลวานิกที่แต่ละส่วนต่อประสานโลหะ, การเสื่อมสภาพของพื้นผิวของตลับลูกปืน, สภาพแม่เหล็กหลังจากสัมผัสกับการกัดกร่อน.

5. การจัดการระบายความร้อนในสภาพแวดล้อมน้ำท่วม

น้ำหรือน้ำมันช่วยระบายความร้อนด้วยการพาความร้อนได้ดีกว่าอากาศอย่างมาก, แต่การไล่ระดับความร้อนภายในมอเตอร์ยังคงมีความสำคัญเมื่อมีความหนาแน่นของพลังงานสูง. แท่นทดสอบจะวัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของขดลวดที่พิกัดแรงขับต่อเนื่อง, ตรวจสอบว่าการออกแบบระบายความร้อนไม่ทำให้น้ำมันเสื่อมโทรม, ซีลอ่อนลง, หรือน้ำมันหล่อลื่นตลับลูกปืนพัง. เซ็นเซอร์อุณหภูมิที่ฝังอยู่ในขดลวดและบนตัวเรือนมอเตอร์จะให้ข้อมูลที่จำเป็นในการตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองความร้อน.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: อุณหภูมิของขดลวดที่ 100% จัดอันดับการดำเนินการอย่างต่อเนื่องของแรงผลักดัน, อุณหภูมิภายนอกที่อยู่อาศัย, อุณหภูมิน้ำมันที่เพิ่มขึ้นในการออกแบบที่มีน้ำท่วมน้ำมัน, มอเตอร์ต้านทานความร้อนต่อน้ำ.

6. ลายเซ็นอะคูสติก

AUV ทางการทหารและการวิจัยต้องการลายเซ็นเสียงต่ำเพื่อหลีกเลี่ยงการตรวจจับหรือการรบกวนกับเซ็นเซอร์เสียง. การวัดค่าไฮโดรโฟนในถังทดสอบจะระบุลักษณะเฉพาะของเสียงที่เกิดจากมอเตอร์ (แบกความถี่, ฮาร์โมนิคไฟฟ้า) และสัญญาณรบกวนบรอดแบนด์ (กระแสน้ำปั่นป่วนเหนือใบพัด). การทำงานที่เงียบมักจะกำหนดการรวมกันของช่องเสาและระดับพรีโหลดของแบริ่งที่ได้รับการตรวจสอบบนม้านั่งก่อนที่จะรวมยานพาหนะ.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ระดับความดันเสียงที่แรงขับที่กำหนด, ความถี่และแอมพลิจูดของโทนเสียงที่โดดเด่น, พื้นเสียงบรอดแบนด์เทียบกับ RPM, ความสามารถในการทำซ้ำลายเซ็นเสียงข้ามหน่วย.

7. ความอดทนในวงจรการปฏิบัติงาน

ประวัติภารกิจตัวแทน—ช่วงเวลาแห่งการผลักดันอย่างเต็มที่, การรักษาสถานีด้วยแรงขับที่ลดลง, และส่วนที่เหลือ—จะถูกเล่นซ้ำในถังแรงดันที่ระดับความลึกเป็นเวลาหลายร้อยถึงหลายพันชั่วโมง. ม้านั่งบันทึกชั่วโมงการทำงานสะสม, แนวโน้มการสั่นสะเทือนของแบริ่ง, และการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพของมอเตอร์. เกณฑ์การสิ้นสุดอายุการใช้งานรวมถึงประสิทธิภาพที่ลดลงเกินกว่านั้น 3% จากค่าเริ่มต้นหรือการสั่นสะเทือนของแบริ่งเกินเกณฑ์การแจ้งเตือน.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ชั่วโมงการทำงานจนถึงเกณฑ์การลดประสิทธิภาพ, แนวโน้มการสั่นสะเทือนตลอดชีวิต, วิวัฒนาการการส่ายของเพลาใบพัด, เวลาเริ่มต้นการรั่วไหลของซีล.

ทดสอบโครงสร้างพื้นฐานสำหรับคุณสมบัติมอเตอร์ใต้ทะเล

อุปกรณ์ทดสอบทรัสเตอร์ ROV/AUV ที่สมบูรณ์ได้รวมถังแรงดันไฮเปอร์บาริกที่มีพิกัด 300–600 บาร์เพื่อให้เทียบเท่ากับความลึกของมหาสมุทรทั้งหมด, แท่นยึดแรงขับใต้น้ำพร้อมโหลดเซลล์ที่ปรับเทียบแล้ว, เครื่องมือวัดอุณหภูมิและความดันสำหรับการแช่, และเครื่องวิเคราะห์พลังงานที่แม่นยำตามรูปคลื่นเพื่อจับอินพุตทางไฟฟ้า. การจัดการน้ำเค็ม--การสูบน้ำ, การกรอง, และการกำจัด—เป็นองค์ประกอบการออกแบบสิ่งอำนวยความสะดวกที่สำคัญ. ถังทดสอบมักจะทำหน้าที่เป็นบัลลังก์ Thruster ที่ใช้งานได้จริง โดยจะวัดแรงขับจริงพร้อมกับพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า.

การเลือกม้านั่งทดสอบหมายความว่าอย่างไร

การทดสอบทรัสเตอร์ ROV และ AUV เป็นจุดรวมของการทดสอบเครื่องจักรไฟฟ้าและวิศวกรรมการทดสอบไฮดรอลิก/แรงดัน. ระดับความลึกเฉพาะ, สถาปัตยกรรมทรัสเตอร์, และประวัติภารกิจของยานพาหนะล้วนเป็นตัวกำหนดว่ารายการทดสอบใดบ้างที่จำเป็นและสามารถยอมรับความเสี่ยงได้. หากทีมของคุณมีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับการติดตั้งยานพาหนะใต้น้ำ, ทีมวิศวกรของเราสามารถช่วยกำหนดค่าโปรแกรมทดสอบที่ตรงกับระดับความลึกของคุณได้, ระดับแรงผลักดัน, และความต้องการด้านความทนทาน. พูดคุยกับทีมงานของเรา เกี่ยวกับโครงการของคุณ.