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要防止受热、受潮或受 到剧烈震动;要保证控制

发布:admin05-12分类: 生化

  侧推与减摇装置_机械/仪表_工程科技_专业资料。第三节 船舶侧推器及减摇装置 一、侧推器的作用和要求 侧推器是产生船舶横向推力(侧推力)的特殊推进装置, 它装在船首或船尾水线下的横向导筒中,其推力大小和 方向均可根据需要改变。 船舶在离靠码头、过运

  第三节 船舶侧推器及减摇装置 一、侧推器的作用和要求 侧推器是产生船舶横向推力(侧推力)的特殊推进装置, 它装在船首或船尾水线下的横向导筒中,其推力大小和 方向均可根据需要改变。 船舶在离靠码头、过运河、进出水闸、穿过狭窄航道和拥 挤水域时,需慢速及改变航向。但船速越慢舵效越差, 特别是受风面积大的集装箱、滚装船、木材船,只靠舵 效改变航向往往不能满足要求,不得不用拖船帮助。 1、侧推装置的作用: (1)提高船舶操纵性能,特别是船速为零或很慢时; (2)缩短船舶靠离码头时间; (3)节省拖船费用; (4)提高船舶机动航行时安全性; (5)减少主机起动、换向次数,延长主机使用寿命。 2、对侧推器的要求: (1)装置结构简单,工作可靠、维护管理方便; (2)尽可能装在船的端部,以便在同样推力下获得较大 的转船力矩; (3)有足够的浸水深度以提高工作效率。侧推器的螺旋 桨轴线离水线距离不得小于它的桨叶直径,以免空气进 入螺旋桨处影响其工作; (4)对船体造成的附加阻力要小,本身工作效率要高; (5)能根据需要迅速改变推力大小和方向。 (6)在侧推器旁及驾驶台均能操作。在驾驶台上操作, 一般在中央与两翼均可进行。 3、侧推器的类型 1)按布置位置:首推、尾推和舷内式、舷外式之分; 2)按产生推力方法:螺旋桨式和喷水式; 3)按原动机:电动、电液、柴油机驱动式; 可采用定距桨或调距桨。定距 桨式多采用液压马达驱动。 调距桨式广泛采用电动机驱 动。 1、定距桨式首推装置液压系 统 侧推螺旋桨通过联轴器与液压 马达连接,液压马达的转向 和转速由双向变量泵控制。 双向变量泵由辅泵和电磁阀, 借助变量机构控制。低压回 路将部分热由泄回油箱,单 向阀不断将洁净的低温油液 加以补充,以控制系统油温。 二、螺旋桨式首推装置 2、电动调距桨式首推系统: 1)调距工况:操纵态发出指 令使三位四通阀26右边通电, 26、25工作在右位。重力油 柜油经加压后,使动力活塞 左端进油,右端回油。动力 活塞右移,驱动反馈链条, 将桨叶动作指示并反馈,达 到要求时26失电,25回中位。 2)稳距工况:靠锁闭阀22实 现静态稳距。 三、侧推器的管理 1、操作时注意事项: (1)要有足够的发电机台数投入工作后方可使用 侧推器。侧推器主电动机功率较大,使用前要确 认电站的供电量能否满足。一般设有发电机台数 联锁装置,达不到规定工作台数(有的规定为三 台)侧推器起动不了。 (2)船速在5Kn以下方可使用侧推器。在操纵台 上有标识牌。 (3)当转换操作位置前,要确认主控制器和副控 制器两者控制杆位置和负荷一致后方可切换。 (4)起动主电动机时要使螺距角在“0”位。 (5)在最大推力工况下的连续使用时间不应超过 规定时间(一般为0.5h)。 2、日常管理工作 (1)使用符合要求的液压油:所用液压油应能传 递大的动力,能适应不同季节、不同海域气温变 化,有合适的粘度,有高的粘度指数,凝点低 (-30℃以下); (2)定期清洗滤器和检查管系是否漏油; (3)定期检查油位、油温、油压,注意观察各部 振动情况和运转声音,发现异常及时处理; (4)定期取样化验油质,及时更换不合格滑油, 换新油时要将系统旧油彻底放净; (5)侧推器间位置低,空气潮湿,注意检查电气 设备绝缘和供电加热除湿。 3、坞内检查 (1)放掉桨毂内滑油,观察是否有水进入油中; (2)桨轴也设有simplex密封装置,凡密封圈唇口 有裂纹、严重磨损、老化等现象均应换新,注意 检查密封性能; (3)检查桨叶、桨毂的固紧螺栓和螺栓防松装置; (4)检查桨叶根部密封圈(一般四年应换新); (5)螺旋桨轴轴承、传动轴轴承都为滚动轴承, 若发现锈蚀、剥蚀、护圈破裂、滚子严重磨损或 转动不灵活、转动声音过大时,应予以换新。 四、船舶减摇装置的作用和效果 1、船舶在波浪中的摇荡 船舶在波浪中的摇荡运动共有6个自由度:纵摇、首摇、 横摇、升沉(垂荡)、横荡、纵荡。 对于船舶设备、船员、旅客和货物有不良影响的是纵摇、 升沉和横摇,而横摇影响最大。在恶劣的海况下,船舶 横摇30~40?是常见的。 海况越恶劣,波倾角θ越大,船舶摇摆也越激烈。 设波高h,波长L,则: θ=180h/L 当船舶遭遇到一个波长大大超过船宽、波倾角为θ的横浪 时,就会受到波浪给予的一个横摇力矩,力图使船舶中 线与波面垂直,此力矩称为横倾力矩M,在数值上与船 在静水中倾斜θ时复原力矩相等。 M=W·GM·sin θ Nm = W·GM·θ/57.3 W-船舶重力(排水量),N;G点-重心位置;M点-稳心 位置; GM-船舶稳心高度,即重心至稳心距离,m。 当遭遇周期(即波浪作用于船舶的周期)与船舶固有的横 摇周期相等时,船舶就要产生共振现象,横摇角度因船 体阻尼不会无限增大,但却明显地比遭遇其他频率波浪 时为大。 2、减摇装置的效果 船舶横摇不良影响最大,减摇效果也最佳,因此船舶减摇 装置主要以减轻横摇为目的。而纵摇和首摇程度较轻, 减摇必要性不大,且摇摆力矩巨大,减摇的效果和经济 性均较差,所以在船上没有专门为其设置减摇装置。 减轻船舶横摇的收益: 1)在客船上减轻乘客晕船,提高客船舒适性; 2)在滚装船上防止汽车或装载物的碰撞和翻倒; 3)使船在恶劣海况下保持航行,保证航期和提高船舶营 运率; 4)减少船舶偏航,还能避免因激烈摇摆引起的航速下降, 节约燃料; 5)可减少或避免货物和集装箱的移位,减少货损; 6)可改善船员工作环境,保证船员工作效率。 3、减摇装置的能力 为了平衡波倾角量为θ 的波浪所作用于船舶的横摇力矩, 减摇装置必须具有与该力矩相等的减摇力矩。实际上减 摇装置所具有的减摇力矩是有限,通常将其最大减摇力 矩所能克服的波浪波倾角θ 作为衡量减摇装置能力的标 志,并称为减摇装置的当量波倾角或减摇能力。 θ =57.3M/W·GM 减摇水舱的减摇能力一般为2~3?,减摇鳍能力较大,客船通 常为5?,军舰为7?,集装箱船和货船在5?以下。 实际上,任何减摇装置都不可能完全克服横摇,总有一定 剩余横摇,并可用减摇率R表示: R=(1 - ?s/?us)x100% ?s-剩余横摇角;?us-未减摇时的横摇角; 从图6-29可以看出,只有在共振周期时才具有较高的减摇 率,而在其他情况下R值都较低。因此,在共振周期之 外,减摇性能都用减摇效果的绝对值即剩余横摇角来表 示。一般剩余横摇角为3?。 五、减摇装置的种类与比较 减少船舶横摇的途径:一是增加船体横摇阻尼;二是增加 复原力矩或减少横摇力矩。减摇装置可根据是否为其提 供动力而分为被动式和主动式两类。 1、舭龙骨 最原始最经济的横摇阻尼设备。若舭龙骨的安装占船长的 30~35%以上,且具有足够的宽度,它就能提供适当的 阻尼。而且在包括零速在内的各种航速范围内都能有效 地增加船体的横摇阻尼,结构简单,对船体和航速影响 不大,因此被各种船舶普遍采用。 2、被动式减摇水舱 自由液面式减摇水舱的工作原理,是靠船舶横摇时造成水 在水舱中向左右舷作往返流动来减轻船舶横摇。水舱的 容积应足够大,以便工作时水舱的一边可容纳全部水流, 得到最佳减摇效果。要注意使水舱的装水量等于舱容的 一半,水量太多或太少都有不利影响。 不可控式U形管被动减摇水舱,由设在两舷的水舱和连通 管组成。其工作原理与自由液面式完全相同。差别只是 水舱在两舷离船舶中线较远,水可在水舱中聚集液面更 高,减摇效果更好些。 可控式被动减摇水舱,通常是封闭的U形管水舱。两水舱 间的水流和气流可通过控制系统调节,因此水流的流动 周期可调范围较大。自动调节两封闭水舱间空气连通管 上的阀门,通过控制连通管中的气流,从而控制舱中水 的流速,使水的流动周期在较大范围内与横摇周期趋向 一致,来改善水舱的响应特性。 图6-30为可控式被动减摇水舱简图。水舱中的水会使船舶 GM减少,为了保证船舶稳性,GM值的降低一般限制在 25%左右,即水舱水量是有限的,并靠位置差而流动。 所以被动式减摇水舱的减摇能力有限,很少大于2~3?, 仅适用于中等海况。 3、主动式减摇水舱 在U形被动式减摇水舱的基础上发展起来的,它通过水泵 或风机强迫水在水舱间流动,并能形成较高的水位差, 因此可在水量有限的条件下获得较大的减摇能力。 控制系统可对水泵(鼓风机)、调节阀进行控制,调节水 的流量,使装置在很宽的遭遇周期范围内具有良好的减 摇效果。但水泵或风机的功率很大,经济性差,所以使 用不多。 4、减摇-防倾联合水舱 这种新型装置兼有被动和主动水舱的优点。其水舱的固有 周期大致等于船舶的最短横摇周期。当船舶处于短横摇 周期时,可按被动式水舱方式工作;当横摇周期超出被 动水舱的响应范围时,则以主动水舱方式工作,因此能 在较大范围内有效地减摇。主动控制方式还可作为防止 船舶倾斜的手段,在船舶装卸向一舷倾斜时调整船舶。 5、减摇鳍:减摇鳍是使用最多、效果良好的减摇装置。 它是在船中舭部或舭部稍上方伸出舷外的一对或数对鳍 片。船舶在航行中,当两鳍向相反方向偏转而具有相反 的冲角时,水流就在两鳍片上产生一对反向升力,就会 形成一个减摇力矩,减摇力矩等于或大于波浪作用于船 的横摇力矩,就能有效地减轻船舶的横摇。 图6-31示出减摇鳍原理。减摇鳍的升力可用舵叶的升力公 式计算,即: L=1/2ρAv?CL N L-升力,N; ρ-水密度,kg/m?;A-单鳍面积,m?;v-作用 于鳍上的流速,m/s;CL-升力系数。 升力与航速的平方成正比。在低速时,升力很小,减摇作 用差。这是减摇鳍的主要弱点,因此只适合于航速高于 12kn的船舶。 鳍产生的减摇力矩: M=NaL M-减摇力矩,Nm;a-升力作用点到船舶质点的距离,m; N-鳍数;L-每一鳍片产生的升力,N; 鳍的减摇力矩与船舶固有周期无关,不受GM变化的影响, 并在整个遭遇周期范围内具有良好的响应特性。 与其他主动式减摇装置不同,减摇鳍装置的功率不直接用 来产生减摇力矩,而是用于控制鳍角,因此所需功率有 限,具有很好的运行经济性。 减摇鳍装置根据能否将鳍收入船内,有以下几种: 1)不可收式减摇鳍:伸出船外,在船内设有鳍轴、轴承 支架和液压转鳍装置,鳍由两个摆动油缸转动。鳍外端 不超出船体边垂线的龙骨线,因此展弦较小,限制了减 摇能力;在海况平静时,它的阻力就将影响航速。 2)伸缩式减摇鳍:中空的鳍轴作为鳍的伸缩油缸,油缸 内装有双作用活塞,活塞杆的内端固定于船体。鳍的转 动由类似于转舵机构的液压油缸,通过转鳍轴和滑杆来 完成。不工作时,鳍可收入鳍箱内,避免被碰撞和增加 阻力。因此可有很大的展弦比,减摇能力大,但在船内 占有的空间大。 3)折叠式减摇鳍:采用将鳍向船首或船尾旋转90?的方法 把鳍纳入位于两舷的鳍箱,可以减少所占空间。转鳍动 力大多采用转叶油缸。油缸位于鳍箱内,浸泡在海水之 中,必须完全水密并有良好防腐蚀性能,保养维修只能 在进坞时进行。新型折叠式减摇鳍将转鳍油缸从鳍箱移 入船内,避免上述缺点。 6、舵减摇 利用舵力所产生的横摇力矩来减摇也是可行的。一般船舶 对横摇力矩的响应周期是8~12s,而对首摇(转向)力 矩的响应周期是30~35s。这种巨大差别允许将转向和减 摇控制信号同时施加给舵,而不致产生不良的相互响应, 因此可利用操舵来减少船舶横摇。 舵减摇的最大优点:取消昂贵的减摇鳍装置,有很好的经 济性。只要对舵机加装减摇控制环节,就可使某些现有 船舶具备减摇能力。但现有舵机用作减摇后,以最大转 舵速度工作的频率增加,会加速机构的磨损。 7、减摇装置的综合比较(见表6-1) 减摇装置的工作性能指标: 1)减摇倍数:减摇鳍对于减少船舶横向摇摆的实际效果 如何,是用减摇倍数来衡量的。最常用的是平均减摇倍 数λ为指标: 减摇鳍不工作时的平均横摇角 λ= —————————————— 减摇鳍投入工作时的平均横摇角 平均减摇倍数λ数值越大,效果越好。一般λ=4~5左右, 性能好的减摇鳍的平均减摇倍数可以更高。 2)升摇能力 在风平浪静的海面上,人为地向减摇鳍控制系统输入一个 周期相当于船的共振周期的正弦信号。这样一来,即使 没有风浪,船舶也会产生左右摇摆,它的最大横摇角度 表征减摇鳍的升摇能力。 升摇能力有如下作用: (1)试验减摇鳍的工作性能。需要在平静的海面上进行, 利用升摇能力使船舶产生左右摇摆,然后转入减摇状态, 确定其减摇能力。一般要求在减摇鳍转入减摇状态后的 一个周期内船舶就能够稳定下来。 (2)在日常使用时,用来检查减摇鳍的工作,以及进行 维护、保养; (3)在军舰上,可以利用升摇能力训练战士,提高使用 武器瞄准射击的能力。 3)对航速的影响:一般来说,在平静的海面上航行,减 摇鳍可能增加船舶的航行阻力,但是影响很小。而在风 浪中航行,减摇鳍使船舶平稳前进,相对于不装减摇鳍 的船舶来说,反而能增加航速。并且安装减摇鳍的船舶 在高速航行时能作大舵角的转向。 4)工作的灵敏性、准确性与稳定性 减摇鳍装置是一套完整的电气、液压随动系统,因此工作 上要满足灵敏性、准确性与稳定性的要求。工作时减摇 鳍片的动作是非常迅速的,鳍片的最大转动角度30~40? 而所需时间一般为1.5s,并要求能在5s左右的时间内重 复循环一次。转动鳍片所需要的转动力矩相当大。因此 不仅要有充分灵敏和准确的电气控制系统,同时还需要 具有足够功率和流量的液压系统。 对于整个随动系统来说,保持系统工作的稳定性是十分重 要的,也就是说,在外界干扰的影响下,它始终具有使 系统恢复到所要求状态的能力,而不产生突然地瞬变或 离开所要求状态越来越远。否则将会给在恶劣海况下行 驶的船舶带来倾覆的危险性。 随动系统调整过程的质量对于减摇过程尽快地衰减,而不 产生严重振荡具有重大意义。 5)减摇装置应具有充裕动力、紧凑结构和可靠地工作; 6)使用、维修和保养应尽可能简便。 六、减摇装置的操作管理 1、减摇装置控制原理 被动式减摇装置由船舶的横摇提供动力。主动式减摇装置 的动力系统有电气式、液压式和电液式三种。电液式在 各种主动式减摇装置,特别是在减摇鳍装置中普遍使用。 船舶→敏感元件+→ O控制机构→ 动力元件→ 减摇机构→ 船舶 反馈元件 敏感元件感受的船舶摇摆信号有横摇角度、横摇速度、横摇加速度、 船舶自由倾斜角等,控制机构将这些信号放大并用来控制动力元 件的伺服机构,使动力元件输出必要的功率以推动减摇机械(如 鳍、水泵、风机或阀等)动作,产生减摇力矩。减摇机构的动作 信号反馈回控制机构,与敏感元件的信号相减,最后停止动力元 件的输出。 2、减摇装置的操作 不同的减摇装置,操作管理方法不同,下面以减摇 鳍装置为例。 可收式减摇鳍一定要在船舶进入宽敞水域后才能放 出,并在进入窄水道、浅水道前将鳍收回,以免 碰伤鳍片。 当船舶的横摇角不大时,例如3~5?,应停止使用减 摇鳍,以免无谓地增大船舶航行阻力。 装置的起动、停止等操作步骤,一定要按照说明书 规定进行。只许在鳍角为零时进行鳍的收放,只 有在鳍片完全放出就位后,才能转动减摇鳍。尽 管装置的传动机构、液压系统或控制系统中一般 都设有联锁装置,但在操作时还需注意核查鳍的 状况,以免联锁装置失误造成鳍的损坏。 1)起动 (1)起动伺服油泵; (2)经检查转鳍机构和鳍角均处于零位后,接通放鳍液 压回路将鳍放出。 (3)确认鳍已完全放出,且转鳍机构与传动机构已正确 啮合; (4)接通控制系统电源,起动主油泵; (5)将控制转换开关转到手动位置,向两个方向转鳍数 次,注意检查偏转方向和角度是否正确; (6)如一切正常,将控制开关转动自动位置,装置即投 入正常工作; 2)停止 (1)利用手动控制将鳍转到零位;(2)检查鳍片确在零 位后,接通收鳍液压回路,将鳍收入鳍箱;(3)停止 主泵和伺服油泵,切断控制系统电源。 3、减摇鳍的管理 1)对转鳍和收放鳍机构中的各摩擦部位,如各销轴和轴 承、油缸活塞杆表面、伸缩活塞杆和六角转鳍轴表面, 以及鳍伸缩导轨和滑块表面等,要进行可靠润滑。尤其 是鳍伸缩导轨和滑块,都直接露置于海水中,一定要定 期加注润滑脂。 2)伸缩式装置的鳍轴出轴处和折叠式装置的转鳍油缸耳 轴处,均设有海水密封,要保证其密封性能,防止海水 漏入船内。暴露在海水中的鳍也要保证完好的水密,严 防海水进入鳍内腐蚀鳍内的传动机构。折叠式鳍的转鳍 油缸一般都浸在海水中,油缸的漏泄不易发现,因此它 的密封更应可靠。3)坞修时,应对鳍片和鳍箱内的机 构进行检查。注意鳍片有无腐蚀或碰撞变形,必要时予 以修复;注意检查滑块和导轨的腐蚀及磨损情况,如间 隙过大,应进行修复,以免鳍轴或鳍轴密封受到过大的 径向力,避免鳍在水流作用下产生机械撞击或震动;检 查各轴封或密封的水密情况,必要时进行修复。 4)对减摇鳍的控制设备,要防止受热、受潮或受 到剧烈震动;要保证控制和反馈信号的发送、传 递和接收机构在机械连接和电气连接上的正确、 可靠;起动鳍装置时,应注意鳍的动作与鳍角指 令的一致性,否则应对鳍角反馈等环节进行调整。 5)减摇鳍液压系统与舵机液压系统相似。故可参 照舵机液压系统的管理,但因减摇鳍装置的响应 速度较高,如有空气进入液压系统,除产生较大 的振动和噪音外,还会大大影响减摇效果。因此 一定要保证油箱的油位和系统的严密性,杜绝空 气进入系统;每次启用减摇鳍时,都要检查油箱 的油位,并放出系统内的空气。

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