小型船舶直流无刷推进器控制系统

目前交通船中绝大部分仍是柴油机船舶,柴油机船舶具有噪音大、污染环境、效率低下等缺点,不符合环保节能的要求,应该大力推广基于蓄电池供电方式的小型船舶。无刷直流电机与永磁同步电机相比,在功率相同情况下,输出转矩更大但输出脉动也会更大。无刷直流电机不仅控制简单、故障率低,而且成本低廉,输出脉动可以得到抑制,完全可以作为小型短途船舶的推进电机。本文根据小型船舶特点,提出一种以DSP为核心的永磁磁无刷直流推进电机控制器设计方案。     

无轴轮缘推进器流热耦合研究

无轴轮缘推进器将永磁电机与螺旋桨集成一体,螺旋桨旋转时对电机电磁损耗与流场换热特性产生影响,进而改变各部分的温度分布。采用有限元法（FEM）计算推进电机的电磁损耗,采用有限体积法（FVM）建立流体场和温度场仿真模型,对推进器的电磁-流-热耦合问题进行仿真分析。通过对比仿真和试验结果,验证了流热耦合仿真方法的有效性。在此基础上,推导了螺旋桨转速与集成电机的损耗关系,并利用仿真模型分析了在不同进速系数、不同转速、不同间隙下推进器电磁损耗及流体场对推进器散热的耦合影响。结果表明,外域水流对推进器的温升影响较小,当间隙流速达到一定程度时散热减缓;推进器螺旋桨转速与集成电机电磁损耗存在幂次方关系;推进器主要靠间隙流体的流动带走热量,间隙大小会影响推进器散热,应合理选择推进器间隙尺寸。     

船舶无轴推进器中旋转型水润滑橡胶支撑轴承最大位移量研究

旋转型水润滑橡胶支撑轴承运行时的固有跳动现象,会使永磁电机的电磁气隙产生随动变化,导致动偏心问题。为了减少这种动偏心现象对推进器振动噪声的不良影响,将旋转型水润滑橡胶轴承跳动所导致的最大位移量限定在电磁气隙的5%以内,提出了一种设计和验证方法。文章以某型船舶无轴推进器中旋转型水润滑橡胶支撑轴承最大位移量0.4 mm为主要设计目标,通过有限元仿真计算得出在极端干摩擦工况下最大位移量为0.36 mm,搭建新型实验平台,试验验证测得最大位移量为0.28 mm。仿真值与结果表明设计轴承达到设计指标,文中设计方法有效可靠,为设计旋转型水润滑橡胶轴承提供了科学依据。     

基于ANSYS的无轴推进器模态及谐响应分析

为了分析无轴推进器机械结构本身的振动特性,在对无轴推进器三维模型进行合理简化的基础上,借助有限元分析软件ANSYS Workbench进行无轴推进器的模态分析;在得到整机固有频率以及相关振型的基础上,进行无轴推进器的谐响应分析,分析在一定范围内激励载荷作用下整机的响应情况。研究结果表明:无轴推进器整机除刚体模态外最小固有频率为80.23 Hz,高阶模态基本为桨叶局部模态,桨叶本身出现扭转、摆动等振型;在无轴推进器整机第2阶固有频率附近应力、变形以及振动加速度频谱图均出现峰值,以桨叶为例,最大幅值依次为0.37 MPa、12.57 mm、3.2×10⁶ mm/s²,因此在实际运行中需要避免在80 Hz附近以及高频负载下工作,为整机性能预测和优化提供了依据。     

无轴轮缘推进器的间隙流动功耗与散热

针对间隙流体的摩擦功耗及其对电机散热的影响问题,利用流体计算软件FLUENT计算不同结构参数和工况参数下间隙内的摩擦扭矩变化,并与经验公式得出的结果进行对比分析,结果显示两者相吻合。对考虑电机发热因素间隙流体的温度场分布进行数值计算,分析不同参数对间隙流体温度分布的影响规律。研究结果表明:轴向和径向间隙尺寸越大,间隙流体摩擦功耗均越大,但增大间隙尺寸对电机散热有利,因此间隙尺寸设计需综合考虑功耗、散热和磁场强度等;间隙尺寸和水流速度等是影响间隙流道温度场分布的关键因素,推进器工作产生的推力导致转子轴向移动,间隙流道功耗随之增加,温度场分布也发生变化。     

无轴轮缘推进器中可拆卸螺旋桨的性能分析

应用FLUENT数值模拟软件对无轴轮缘推进器螺旋桨进行水动力分析,根据实际运行工况需求确定数值模拟的基本方程、湍流模型、初始条件、边界条件、流体域以及网格划分等参数,建立相关数值模拟模型,计算出不同桨叶数目的螺旋桨在一定进速条件下的桨叶压力分布状况及螺旋桨推力与扭矩,并与常用经验公式计算结果进行比较,验证了无轴轮缘推进器螺旋桨有限体积元模型的正确性。研究结果可为该类型螺旋桨的优化设计提供理论支持。     

基于CFD的无轴喷水推进器水动力性能分析

喷水推进器以其优良的机动性、抗空化能力和低噪声等优点,在中、高速船艇上有着广泛应用。从弯道出流均匀度、流动分离情况、压力分布情况以及功率转化率等4个方面,对比无轴和有轴2种喷水推进器的进水流道水动力学性能。通过建立整个流场的三维模型,并借助CFD软件进行水动力学对比分析。结果显示,在外形尺寸和运行工况相同条件下,无轴喷水推进器的叶轮转矩较有轴喷水推进器小6.9%,而喷嘴出口流量前者比后者高出15.93%,表明无轴喷水推进器流动损失更小、效率更高。进一步改变无轴喷水推进器不同纵倾角进行对比,发现随着纵倾角的增加,喷口流量水平分量先增加后减小,在纵倾角为20°时达到峰值。     

无轴轮缘推进器电机与水力部件耦合优化设计研究

针对目前无轴推进器电机与水力部件设计时多未考虑两者耦合的问题,本文提出两者耦合的优化设计方法.采用多参数非线性优化方法,基于电机和导管螺旋桨设计理论公式,并考虑无轴推进器电机转子的直径等同于螺旋桨内径加上叶梢间隙,以及螺旋桨输出转矩加上间隙的摩擦转矩值作为电机输入转矩的关系,建立了一种新型优化设计模型,通过优化方法进行迭代分析,利用5.5 kW无轴推进器进行方法验证.研究结果表明,所提出的优化方法有效地考虑了无轴推进器电机与水力部件的耦合关系,可对推进器效率进行综合优化.     

基于STAR-CCM+的无轴轮缘推进器水动力性能分析

无轴轮缘推进器（RDT）是一种振动噪声低、推进效率高的集成式电机推进器,具有广阔的应用前景,对其开展水动力研究有重要意义。本文基于STAR-CCM+,采用Realizablek k-ε模型完成RDT水动力性能的仿真计算,并将计算结果分别与RDT模型的实验结果和常规导管桨的敞水性能CFD值进行对比分析。     

基于无速度传感器的船舶电力推进器直接转矩控制优化设计

针对普通船舶电力推进器直接转矩控制在系统运行过程中具有转矩脉动大的缺陷,采用基于空间矢量的方法进行调节补偿;针对普通的速度传感器存在的维修困难、安装不方便等方面的问题,运用无速度传感技术,采用基于MRAF的速度辨识方法并将改进后的技术应用到船舶电力推进系统中。通过Matlab仿真软件对改进后的推进系统进行仿真,结果表明改进后的船舶电力系统能够有效地减小谐波以及转矩脉动,辨识转速能有效的跟踪系统的实际转速,并且改进后的船舶电力系统动、静态性能也得到了较好改善。     

无轴轮缘推进器水动力性能分析及桨叶强度校核

基于CFD数值计算,计算了某无轴缘推进器轮缘内外表面,前后端面的摩擦扭矩值,并与经验公式值进行对比,结果表明,轮缘总摩擦扭矩与经验公式值误差在1.3%之内。通过采用相同的方法计算JD75+Ka4-70导管桨的水动力性能,并与实验值进行对比,验证了本文方法的正确性。在此基础上,通过单向流固耦合方法对桨叶的结构强度进行计算分析;并对原型桨的桨叶厚度分布进行了改变,分析桨叶厚度分布改变对无轴缘推进器水动力性能及桨叶强度的影响。结果表明：再设计桨的质量、推力、扭矩均有所下降,效率提高了2.1%。虽然桨叶最大变形量及最大等效应力均有所增加,但仍满足强度要求。在满足强度要求的条件下,可以通过有限元计算方法选择较为合适的桨叶厚度分布,提高无轴轮缘推进器的敞水效率。     

基于CFD的船舶喷水推进器优化设计

介绍了计算流体力学(CFD)作为一种先进手段在喷水推进器水力性能分析、结构优化设计和推进性能检验中的重要应用.界定了喷水推进器数值计算域,采用结构化网格进行空间离散,选择剪切应力输运湍流模型进行数值计算.在进行了网格无关性分析的基础上,计算了某新型喷水推进泵的外特性,并采用多种定性和定量指标对导叶的整流效果和进水流道的引流性能进行评估,并进行了合理的优化改进.在各部件性能优良的基础上,对“船+泵”流场进行整体计算,通过壁面积分法求取喷水推进器产生的有效推力进行船舶快速性预报. CFD技术的应用为喷水推进器最终设计成功提供了有力保障.     

船舶轴舵系无键连接缺陷及处理

结合船舶建造过程中发现的涉及轴舵系安装的各类典型缺陷,详细描述轴舵系在安装时存在的布置缺陷和缺少相关图纸、计算书等事实,明确规范的有关要求,分析缺陷可能导致的后果,通过统计分析表明这一系列缺陷已长久、普遍存在。结合船舶具体情况,与各方充分沟通后解决问题,并基于此,对轴舵系规范和安装提出建议,对轴舵系无键连接有关规范不合理之处提出观点。     

船舶无轴轮缘推进动态特性数值研究

基于数值方法对船舶无轴轮缘推进动态特性开展研究。首先,基于CFD方法获取无轴轮缘推进器敞水性能,基于切比雪夫多项式拟合获得了无轴轮缘推进器四象限性能曲线。然后,构建船-桨耦合动态仿真数学模型以及开发仿真程序。最后,通过算例对无轴推进船舶典型的起动和停机的动态特性仿真,与试验对比验证方法的有效性。与传统推进对比表明:无轴轮缘推进器超载力矩更低、响应更快。本文研究可为无轴轮缘推进器的设计提供指导,提升船舶采用无轴轮缘推进机动性能和可靠性。     

全旋回推进器船舶的引航操纵

基于全旋回推进器船舶的操纵特性,比较分析该类型船舶与传统船舶在车舵控制和车舵显示两个系统方面的不同,阐述该类型船舶引航信息交流的内容及其重要性。结合引航实践工作,借鉴国外船舶操纵资料,提出全旋回推进器船舶在独立机动模式和航行模式下不同引航操纵指令的特点,强调引航员应加强与船舶驾驶人员的信息交流,提高自身引航技术,以适应全旋回推进器船舶。     

轮缘驱动无轴推进器冷却方案设计与多物理场耦合计算

针对轮缘驱动无轴推进器中集成化永磁电机的散热问题,设计了自然循环的海水冷方案,即在无轴推进器桨叶的前、后端开槽,并与电机定、转子间的气隙连通,形成闭合的、与推进器进出流方向相反的自然水循环通道,冷却通道的流量由推进器桨叶前后截面的压力差、气隙的高度等参数决定。文章基于有限元方法计算了永磁推进电机的电磁性能,并采用有限体积法对轮缘驱动式集成化永磁电机推进器的冷却方案进行了电磁场、温度场与流场的耦合计算,校验了集成化永磁推进电机冷却方案的有效性。     

船舶艉轴管镗孔装置数字化改造方案

针对大型船舶艉轴管镗孔过程中存在的工作环境差、加工精度低、加工效率低、加工过程不可视等一系列问题,对现用船舶艉轴管镗孔装置提出改造方案,实现镗孔装置自动化进退刀、中间支撑和镗刀实时调整、在线测量等功能,保证加工精度和效率,改善现场工作人员的工作环境,满足大型船舶艉轴管的全自动精密镗孔需求.     

中修船舶无动力系水鼓防台风方案

文章通过案例介绍了船舶中修期间无动力系水鼓防台风的方案,方案采用强度较好、且能与船舶原有系泊系统匹配的R5级系泊锚链,并以此对艏部结构进行了加强,订制了相应的停泊掣链器,计算了不同吃水下锚链及船本身能承受的风速,制定了防台风措施。从而实现了在船厂防台风设施有限的情况下,中修无动力船舶在各施工阶段系水鼓应对不同级别台风的目标,能够有效地保证船舶安全,具备一定的参考价值。     

船舶电气设备高效冷却方案研究与应用

针对船舶电气设备体积大、功耗高、散热差、噪音高等问题,将气液交换器、液冷板、热管等应用到船舶电气设备高效冷却系统中。对该系统的工作流程进行分析,建立电气设备本体、高效冷却系统和监控与保护装置之间的关系,提出了船舶电气设备高效冷却方案。在联调试验和船舶电气设备上对该高效冷却方案进行了实际应用,研究结果表明:该系统提高船舶电气设备的功率密度、稳定性、冷却效率、噪音水平,保证了船舶电气设备的体积、功耗、散热、噪音优越性。