Подводное подруливающее устройство - Underwater thruster

An подводный двигатель представляет собой конфигурацию морского пропеллеры и гидравлический или электрический двигатель, встроенный в подводного робота или установленный на нем в качестве движителя. Это придает роботу подвижность и маневренность в условиях сопротивления морской воде. Основное различие между подводными подруливающими устройствами и морскими подруливающими устройствами - это способность работать под сильным давлением воды, иногда на всей глубине океана.

Типы подводных подруливающих устройств

Подводные подруливающие устройства можно разделить на две основные группы: гидравлические подруливающие устройства и электрические подруливающие устройства. Электрические подруливающие устройства в основном используются на подводных роботах с батарейным питанием, таких как АПА, подводные лодки и электрические ТПА. Гидравлические подруливающие устройства в основном используются на гидравлических ROV рабочего класса. Технология гидравлических подруливающих устройств старше, чем электрические, они более прочные, а их отношение массы к тяге выше, чем у электрических подруливающих устройств, но проблемы с обслуживанием и трубопроводом вызывают некоторое недовольство пользователей.[нужна цитата ] Благодаря развитию PMSM электродвигатели (ошибочно зная бесщеточный двигатель постоянного тока на рынке),[требуется разъяснение ] электрические подруливающие устройства становятся все более популярными в новых разработках. Отношение массы к тяге для гидравлических подруливающих устройств выше, чем для электрических подруливающих устройств, но с учетом необходимых гидравлических компонентов, включая клапаны, гидроагрегаты, соединения трубопроводов и т. Д., Гидравлические подруливающие устройства становятся тяжелее электрических подруливающих устройств.[нужна цитата ] Ранние модели электрических двигателей имели некоторые проблемы с надежностью электронных контроллеров, но развитие силовой электроники сделало их более прочными, и на рынке можно найти некоторые модели со сроком службы более десяти лет и многолетней гарантией.[нужна цитата ]

Электрические подводные подруливающие устройства

Основными компонентами электрического подруливающего устройства являются:

Электрический подводный двигатель
Подводное электрическое подруливающее устройство Copenhagen Subsea 10-15 кВт
Электрический подводный двигатель
Электрический двигатель A Lian Innovations
  1. Электродвигатель: Электродвигатель является основным компонентом электрических двигателей и приводит в движение гребной винт. В современных подводных двигателях обычно используются бесщеточные синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM ).[нужна цитата ] В некоторых некачественных подруливающих устройствах используются бесщеточные двигатели постоянного тока. Выигрыш - более низкая цена, а штраф - более низкая эффективность.[нужна цитата ] В большинстве современных конструкций бескаркасные двигатели PMSM (в основном производимые Kollmorgen )[нужна цитата ] используются для уменьшения веса и повышения теплового КПД. Это улучшает отношение мощности к весу, но наказанием является более высокая стоимость сборки.[нужна цитата ] Датская компания Copenhagen Subsea производит электрические кольцевые подруливающие устройства, в которых мощность подается по периметру, а компоненты двигателя объединены с воздуховодом.[1]
  2. Коробка передач: для согласования крутящего момента винта с крутящим моментом двигателя некоторые производители используют редуктор. В большинстве случаев для уменьшения веса и объема двигателя шестерни собираются непосредственно внутри корпуса двигателя, который используется в качестве корпуса редуктора.[нужна цитата ] Таким образом уменьшается вес, но ремонт становится затруднительным, так как запасные части нельзя найти на обычном рынке.[нужна цитата ]
  3. Прямой привод: в некоторых современных конструкциях, в которых используются двигатели PMSM, отношение крутящего момента двигателя к его диаметру настолько велико, что двигатель может вращать винт без коробки передач. В подводных подруливающих устройствах с прямым приводом двигатели тяжелее, чем в редукторных подруливающих устройствах, но отсутствие коробки передач компенсирует это. Подруливающие устройства с прямым приводом имеют более высокую надежность, более низкий уровень шума и более высокую эффективность, но цены выше, чем подруливающие устройства с редуктором.[нужна цитата ]
  4. Драйвер двигателя и электроника: для бесщеточных двигателей требуется некоторая электроника для коммутации[требуется разъяснение ] и контролировать их скорость. В ранних версиях приводы были ненадежными, и это приводило к неудовлетворенности пользователей по сравнению с высоконадежными гидравлическими подруливающими устройствами. Недавние разработки в области силовой электроники сделали привод двигателя более эффективным и надежным, дешевым и компактным, чтобы его можно было устанавливать непосредственно на конце двигателя. В современных конструкциях контроллеры двигателей могут не только управлять частотой вращения гребного винта, но и управлять силой тяги в приложениях, где требуется тщательный контроль их позиционирования.[нужна цитата ]
  5. Вал и уплотнение: удержание гребного винта в нужном месте и обеспечение его надежности в случае столкновения с внешними предметами, такими как рыба или рыболовные сети, является одной из основных задач для всех типов подруливающих устройств. Сообщалось о многих сбоях из-за этой проблемы.[нужна цитата ] Некоторые производители пытаются решить эту проблему, используя магнитные муфты и полностью избегая вращающихся уплотнений. Это повышает надежность уплотнения и вала, но они теряют эффективность из-за ограниченной способности магнитной муфты передавать крутящий момент, и они решают эту проблему за счет использования высокоскоростного пропеллера с низким крутящим моментом.[нужна цитата ] В большинстве моделей КПД составляет всего 25%, что очень мало для подводных двигателей.[нужна цитата ] Магнитные подшипники[требуется разъяснение ] требуют, чтобы гребной винт вращался на внешних поверхностях корпуса с использованием слоя воды в качестве смазки, что может значительно сократить срок службы подшипников в загрязненной воде. Некоторые другие производители используют конические подшипники и систему множественных уплотнений для резервирования. В этой конструкции, если основное уплотнение (обычно керамическое уплотнение[нужна цитата ]) выходит из строя, остальные уплотнения обеспечивают безопасность двигателя, и подруливающее устройство может продолжать работу.[нужна цитата ]
  6. Пропеллер: Винт - это компонент, который преобразует вращение в тягу. Выбор подходящего гребного винта в значительной степени влияет на характеристики подруливающего устройства. Для каждой гидродинамической нагрузки требуется соответствующий гребной винт для максимальной эффективности, но на рынке отсутствуют стандартные готовые варианты гребного винта, и поэтому невозможно заказать подруливающий двигатель с гребным винтом с максимальной эффективностью.[нужна цитата ] Некоторые компании будут проектировать и разрабатывать винты на заказ, но их цены действительно высоки.[нужна цитата ] Другие компании стараются предлагать множество пропеллеров в качестве опций и позволяют пользователю выбрать лучший из них, используя графики характеристик своих двигателей.
  7. Сопло: Форсунки используются с большими нагрузками, тихоходными подруливающими устройствами. Большинство ТПА имеют этот тип гидродинамических нагрузок. В высокоскоростных роботах с небольшой нагрузкой, таких как АНПА, НПА и подводные лодки, двигатели обычно не имеют сопла.
  8. Защита гребного винта: гребные винты могут быть повреждены при ударе рыбы или других предметов, но могут вибрировать, если поток к лопастям неравномерен. Конструкция ограждения гребного винта может влиять на поток, поступающий в гребной винт, и, следовательно, на производительность. Некоторые производители оставляют конструкцию защиты пропеллера на усмотрение пользователя, но более эффективным решением является интеграция этой функции с опорными стойками сопла.[нужна цитата ]
  9. Корпус: Корпуса подруливающих устройств обычно должны быть устойчивы к коррозии в морской воде. Есть две распространенные версии оболочек; твердый анодированный алюминий и нержавеющая сталь марки 316.[нужна цитата ] Сталь тяжелее, дороже и прочнее. Алюминий легче и дешевле.
  10. Электрический разъем: электрические разъемы являются важным компонентом подводных двигателей. У сторонних поставщиков имеется широкий спектр надежных компонентов.[2]

Спектакль

Многие параметры существенно влияют на подводные двигатели. Под водой энергия становится более ценной, поскольку ее трудно передавать (ТПА) или хранить (АНПА, НПА, подводная лодка). Тогда очень важно иметь максимальную эффективность. Привод двигателя, электродвигатель, вал, уплотнение, внешняя геометрия и поверхность гребного винта, сопла и подруливающего устройства - все это влияет на эффективность.

  1. Согласование нагрузки гребного винта с крутящим моментом двигателя: Одна из наиболее сложных конструктивных проблем подводных подруливающих устройств - согласование линии нагрузки гребного винта с линией питания двигателя. Если этого не произойдет, общий КПД подруливающего устройства упадет значительно ниже максимального значения или будет использоваться лишь небольшой процент мощности двигателя.[нужна цитата ]
  2. Использование подходящего гребного винта: диаметр гребного винта, шаг и тип гребного винта.[требуется разъяснение ] очень важны для максимальной производительности. Перед окончательным заказом подруливающего устройства необходимо провести много исследований и инженерных разработок, чтобы сделать правильный выбор.
  3. Использование двигателя и драйвера с низким полным гармоническим искажением (THD): двигатели PMSM имеют некоторые проблемы с эффективностью, связанные с THD. Двигатели и драйверы с низким THD доступны на рынке (Кольморген ), но их цена значительно выше, чем у двигателей с более низким КПД. Только высокотехнологичные подруливающие устройства на рынке, использующие этот тип двигателя и привода (Lian Innovative ).[нужна цитата ]
  4. Обтекаемый корпус подруливающего устройства: изготовление обтекаемого корпуса и рукоятки значительно влияет на эффективность, а изготовление изгибов с такой геометрией стоит дорого.[нужна цитата ]

Смотрите также

Подруливающее устройство с ободным приводом.

Рекомендации

  1. ^ Сотрудники. «Надежность прежде всего». Домашняя страница. Copenhagen Subsea A / S. Получено 20 декабря 2016.
  2. ^ Сотрудники. «Подводные соединители и системные решения». Домашняя страница. Seacon. Получено 29 декабря 2016.

внешняя ссылка