船用L型升降式舵槳推進器介紹

摘 要：介紹南京東嘉船廠50m應急反應救助船上配套的L型升降式舵槳推進器，該推進器是一種新型船用舵槳推進器，同時擁有側向推進器和舵槳推進器兩種工作模式，可滿足船舶在不同的作業模式下使用，極大提高了船舶操作性能。

關鍵詞：L型，舵槳推進器，升降式

1 升降式舵槳推進器介紹

1.1 概述

L型升降式舵槳推進器是一種新型推進器，因推進器輸入端立式變頻電機至輸出端水平螺旋槳結構形式而命名為L型推進器。該推進器是集升降、推進和回轉功能為一體的綜合型推進器，其主要結構[1]包括：機械本體、液壓系統及電控系統等部件。L型升降式舵槳推進器擁有側向推進器和舵槳推進器兩種工作模式，當船舶為靠岸或橫向移動模式時，可驅動舵槳上升內縮至船艏內部形成側推推進模式，該模式下舵槳是不允許360度旋轉運行的，其中舵槳螺旋槳可與船艏隧道形成一體充當傳統側推推進器來使用，當船舶為DP模式或轉彎模式時，可驅動舵槳下降至船體底部形成舵槳推進模式，該模式允許舵槳360°自由轉動運行，其中舵槳突出船體底部獨自運行充當常規舵槳推進器來使用。目前該類型舵槳已少量配套國內外搜救船、LNG船、鋪管船和大型海工運輸船等多種船型。

1.2 推進器基本參數

1.3 機械本體結構

升降式舵槳通常安裝在船體艏部，采用自上而下的井式安裝型式。舵槳的井箱法蘭通過螺栓擰緊在船體方型基座上，法蘭與船體間需安裝方形密封墊片，可有效防止海水進入機艙內部。其中舵槳機械本體包括上齒輪箱組件1、井箱基座組件2、中間立軸組件3、下齒輪箱組件4、槳葉5、安全掛鉤組件6、升降轉舵管組件7等。

上齒輪箱部件由上箱體、輸入軸組件、舵槳反饋器組件、上支撐組件等零部件組成。其中輸入軸組件中的輸入軸配置有圓錐滾子軸承，輸入軸上部端帶平鍵槽，與電機輸出端通過彈性聯軸器連接，另一端與中間立軸組件花鍵配合連接，將扭矩及轉速傳遞到下齒輪箱。輸入軸上端均采用兩對唇式密封圈及經氮化的襯套組成旋轉密封，防止內部潤滑油流向外部，上部頂端安裝有防塵圈，可有效地保證輸入軸在運行過程中的防塵功能，其中輸入軸內部為空心軸，頂部有螺塞堵死，軸在徑向方向有多處油孔，主要對外部軸承起油浴潤滑作用。

井箱組件是舵槳裝置的支撐、升降與回轉主體，由井箱基座、法蘭蓋板、升降密封、下支撐桿等組成。井箱上部和下部法蘭通過螺栓將密封組件安裝在舵槳基座內部，其中密封組件主要為防止海水在舵槳升降過程進入機艙內部及起到上升和下降運行導向作用。其中上部和下部支撐桿分別安裝在舵槳井箱圓柱座內的上部法蘭和井箱基座孔內，孔內均配置O型圈進行密封防止海水進入，支撐桿的主要作用是在升降過程中對上齒輪箱組件和下齒輪箱組件起到支撐和聯動作用，保證舵槳升降的可靠性。

中間立軸組件由聯接套、立軸等組成，聯接套熱套在立軸兩端，與上齒輪箱輸入軸及下齒輪箱輸入錐齒輪軸花鍵配合，用于傳遞主電機轉速及扭矩。

下齒輪箱部件由錐齒輪軸部件和槳軸部件組成，錐齒輪軸部件及槳軸部件上都配置有推力軸承和調心滾子軸承，下齒輪箱箱體由高質量鑄件制造而成，其外形經水動力試驗校核設計，在很大程度上減少了對水流的阻力，從而保證舵槳最佳性能。錐齒輪軸一端加工成錐齒輪，與安裝在槳軸上傘齒輪構成一對減速傳動機構。完成從輸入軸到螺旋槳的動力傳遞與減速功能。其中艉密封裝置安裝于槳軸后端，用于密封下齒輪箱內的潤滑油，可有效防止海水的進入和潤滑油的滲出。槳葉通過平鍵安裝在下齒輪箱組件中的槳軸上，該槳葉主要通過立式變頻電機驅動中間立軸組件并傳遞給下部齒輪箱內螺傘付來進行實現傳動。安全掛鉤組件主要包括安全掛鉤基座、安全掛鉤、位置傳感器組件等。安全掛鉤組件作用為保證舵槳升降至最高位置時的安全裝置，保證在該狀態時舵槳升降位置，防止液壓缸突然失效導致舵槳掉入船底損壞的危險，安全掛鉤通過止動上齒輪箱組件內的安全桿來起到安全作用。升降桿組件主要包括升降桿和轉舵管組件，升降桿主要作用為連接上齒輪箱與下齒輪箱，使得舵槳整體沿井箱組件作升降作用。轉舵管組件包括蝸輪和轉舵管，其中蝸輪由上齒輪箱的蝸桿驅動起到轉舵作用。

1.4 電控系統

電控系統是一套獨立的隨動控制系統，可以通過安裝在駕駛室控制面板上的操縱手柄進行舵槳裝置360度轉舵和高度位置升降以及主電機加減速等一系列的遠程控制。該系統共有兩個控制站點：駕控臺和機旁，可任意進行切換，但兩個控制站點不能同時有效，機旁優先于駕控臺。電控系統電源采用雙重冗余設計，由220V經開關電源模塊生成24VDC和24V蓄電池并聯供電，極大保證了整體的安全可靠性。（圖3）

1.4.1 控制面板。駕駛室配置有控制面板，通過控制面板可以遠程遙控舵槳推進器啟動、停止、位置上升和下降及調整螺旋槳轉速等功能。其中控制面板主要包括：舵角指示器、螺旋槳轉速表、操縱機構、升降控制按鈕、安全掛鉤控制按鈕、隨動速度指示燈、隨動操舵工作指示燈、重載問詢指示燈、應急操舵按鈕、報警監控報警燈等元器組件。

1.4.2 中央控制箱。中央控制箱通常安裝在集控室或機艙，主要包括電源、PLC、放大板和繼電器等。中央控制箱通過接受指令和相關反饋信號，通過內部放大板和PLC運算，輸出相關信號來控制變頻電機和液壓系統單元運行。

1.4.3 原動機控制單元。原動機控制單元[3]包括電機控制箱、變頻電機和變頻柜等。該系統可實現的控制功能如下：（1）變頻電機啟/停控制：推進系統既可在駕駛室遙控操作，也可以在變頻柜就地操作。（2）轉速控制：可通過調整電機轉速來控制螺旋槳轉速達到并維持所設定數值。（3）工作狀態指示；對整個系統的工作狀態進行檢測和顯示，各類故障狀態的顯示和報警等。（4）聯鎖控制：變頻器的啟/停控制與舵槳的升降位置、機械鎖軸裝置位置及手柄位置等信號聯鎖，對錯誤的操作流程發出聲光報警信號。（5）功率限制：在控制變頻器升降速的過程中，與電站管理系統協調控制以保證電網供電的安全和可靠。（6）安全保護功能：整體系統在駕控臺、變頻柜等地設置緊急停車按鈕，出現危險時刻立刻強制停機；電氣控制系統自動保護功能及系統電網斷電保護功能等等。

1.4.4 液壓系統單元

液壓系統單元包括轉舵液壓系統、升降液壓系統和安全掛鉤系統，其中三個系統相互獨立運行，當運行其中某一種功能時，其余兩種功能是無法運行的。液壓系統單元電機采用三相交流異步電機，功率11kW、轉速1460rpm、電制380V/50Hz，液壓泵采用變量柱塞泵，排量28ml/r，該液壓站系統單元還配置了備用手搖泵裝置，在系統在完全故障極端情況下備用，具有極高的安全可靠性。（圖4）

當液壓站組件開啟轉舵功液壓系統時，整體為一套隨動的電液轉向系統。液壓站上油泵電機運轉時，驅動液壓油泵工作。當電控系統給出轉舵指令后，液壓系統電磁閥調節油路換向，變量泵抽取液壓油至安裝在上齒輪箱側轉舵液壓馬達，并最終驅動蝸輪蝸桿轉動，通過蝸輪與蝸桿動力傳遞，將舵槳裝置轉動到設定的角度。該系統中配置有液位傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，可實時監控整體系統的運行情況。當液壓站組件開啟升降液壓系統時，整體系統為一套非隨動的電液升降系統。液壓站上油泵電機運轉時，驅動液壓油泵工作。當電控系統給出升降指令后，液壓系統電磁閥調節油路換向，變量泵抽取液壓油至安裝在井箱上的升降油缸，驅動油缸里的活塞作升降運動，將舵槳裝置升降至設定的高度位置。該系統配置位置傳感器，可監控舵槳實際升降高度位置。當液壓站組件開啟安全掛鉤系統時，整體系統為一套非隨動的電液升降系統。液壓站上油泵電機運轉時，驅動液壓油泵工作。當電控系統給出安全止動指令后，液壓系統電磁閥調節油路換向，變量泵抽取液壓油至安裝在掛鉤組件上的油缸，并最終驅動掛鉤上油缸內活塞前后運動，最終達到驅動掛鉤至設定止動位置。該系統配置位置傳感器，可監控安全掛鉤的實際工作位置。

2 結束語

文章詳細介紹了船用L型升降式舵槳推進器系統的組成及功能，目前該推進器已順利通過現場試車和船級社船檢，國內相關類似案例較少，有很大的參考價值。

參考文獻

[1]中國船舶工業總公司.船舶設計使用手冊[M].北京：國防工業出版社，2004.

[2]中國船級社.鋼質海船入級規范及修改通報（2012）[Z].

[3]鄭元璋，馮寧，李海量.全電力推進船舶推進控制技術研究[J].中國航海，2006，1：93-95.

作者簡介：杜鵬（1981，8-），男，南京人，2006年畢業于山西太原科技大學機械設計及自動化專業，研究生。現南京高精船用設備有限公司工作，工程師。