19世纪螺旋桨作为一种非常常见推进器应用于船舶行业。现代人们开始以螺旋桨为中心开发吊舱推进器,导管桨,泵喷推进器,对转桨,同时也出现了替代螺旋桨的推进器如喷水推进器和超导磁流推进器等。螺旋桨可分为普通螺旋桨,导管螺旋桨,可调距螺旋桨,串联螺旋桨和对转螺旋桨。螺旋桨推进器结构简单,结构物在低速航行下推进效率较高,制造工艺比较简单,安装很方便,但其在推进过程中会存在相当多的能量损失[12]。(轴向诱导速度的损失等)79822

和螺旋桨相比,以轴流泵为主动力源的现代喷水推进器克服了之前推进器效率低的特点,而且展现出螺旋桨完全无法相比的优越性能[18]。直叶推进器又称竖轴推进器或平旋轮推进器,由若干垂直的叶片组成,叶片在圆盘上是等间距的,圆盘与船体底部平行。圆盘绕垂直轴旋转,各叶片以适当的角度与水流相遇,由此产生推力。

推进器通过100多年的快速发展[13],从最古老的风力、人力推进到螺旋桨然后再到水力、电力推进器。综合来看,电力推进系统具有更多的优越性,全电力推进系统可能在将来在民用远洋船舶的使用率从10%升至50%左右,全电力推进系统是船舶推进器的一项技术变革。相比以往旧式推进器,电力推进器需要更为复杂的推进器底座结构,它的水密性要求更高而且内部电路系统更加错综复杂。掌握这些核心的技术,可以在未来的船舶行业领先世界[13]。

2推进器底座

推进器底座是用于固定和装配推进器的结构,一般在船底部分,推进器的螺旋桨等部分置于水下,而上面部分包括电力操纵等构件在底座上面。目前的推进器底座依据不同的推进器结构来进行设计,它需要轮机方面提供推进器图纸然后再进行设计。因此推进器底座的设计总体来说依赖于推进器以及船体。它的结构由底板、底板上腹板、各种桁架、加固物和导向管等构成。最早的推进器室没有底座的,如风帆,它只需要固定帆即可,随着螺旋桨的出现,推进器底座开始出现,最早就是在船底上局部加强一定范围用于安装螺旋桨并承受其运转所带来的载荷[18]。之后随着喷水、电力螺旋桨的出现,使得推进器底座的结构更加复杂,加入了电力系统、矢量操纵系统等,推进器底座明显变大且加入很多电网,人孔等,随着电力系统的加入,底座的水密性要求更高;推进力的加大,要求底座需要承受更大的惯性力以及扭矩[11]。推进器重量也相应的增加,它的导向安装管必须能够承受更大的应力。其次推进器运转会有很大的噪音,推进器底座需要隔音技术,目前哈尔滨工程大学硕士王志伟对其进行了研究,采用了分离噪音技术[26]。综上所述,推进器底座的校核至关重要,需要对底板、围板进行相对较大的网格分析,而对于部分肘板上的节点和导向管则需要更加细化网格。校核的载荷涉及到推进器重量、自身重量、惯性载荷、静水和动水压力[3]、推进器运转所带来的扭矩等。据不同的推进器进而设计不同的推进器底座[20]。目前的推进器底座依据不同的推进器结构来进行设计,它需要轮机方面提供推进器图纸然后再进行设计。因此推进器底座的设计总体来说依赖于推进器以及船体。论文主要对全回转推进器底座进行有限元分析校核,这种推进器底座目前相对于其他底座整体来说需要在每个方位都能承受较大的载荷,应为全回转推进器操纵性好,相对而言它的每个方向都会受到集中的力和扭矩,但其效率较差,它的制造工艺比较简单,造价便宜且方便维修。论文网

3推进器底座有限元分析及强度校核

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