可伸縮式吊艙推進器升降系統對比分析

杜 鵬，舒永東

(南京高精船用設備有限公司，江蘇 南京 211103)

0 引言

隨著船舶行業的快速發展，人們對推進器的高效和環保方面的要求越來越高。吊艙推進器優化了船舶的水動力性能，節省了船內空間，增加了設計建造及使用的靈活性，具有高效、節能的特性，在船舶配套中的應用范圍越來越廣泛，如：應急救助船、深水鋪纜船、大型遠洋郵輪、海上平臺等高附加值船舶均要求配備可升降式吊艙推進器。

目前，研究可伸縮式吊艙推進器系統的文獻較少，而升降系統在設計、選型標準和整體系統配套等方面面臨較多困難。為此，本文以可伸縮式吊艙推進器為研究對象，對多種升降系統的結構、工作原理及應用范圍等進行研究。

1 可伸縮吊艙推進器升降系統特點和類型

1.1 特點

可伸縮吊艙推進器是將電機放置在吊艙殼體內直接驅動螺旋槳的一種新型特種推進器。在船舶航行期間，推進器在不工作時可伸縮至船體內部，以減少水流阻力，降低油耗并提高船體航速。

可伸縮吊艙推進器主要結構包括推進系統、轉舵系統和升降系統。具體特點如下：

(1)推進系統主要包括滑環、水下殼體、永磁或勵磁推進電機、螺旋槳軸、螺旋槳等。動力通過電纜從船上發電機連接到滑環，再經滑環為布置在水下殼體中的推進電機供電。

(2)轉舵系統主要包括井箱、轉舵電機/液壓馬達、行星減速箱、轉舵齒輪、回轉支撐等組件。通過轉舵電機或液壓馬達驅動行星減速箱吊艙推進器的水下部分360°轉舵，為船舶提供矢量推力。

1.2 類型

目前，可伸縮式吊艙推進器的升降系統可分為液壓缸升降系統、絲杠桿升降系統和齒輪齒條升降系統，其應用范圍見表1。

表1 3種吊艙推進器升降系統的應用范圍

2 液壓缸升降系統

液壓缸升降系統通過液壓缸將液壓能轉換為機械能進行直線往復運動，具有整體系統結構緊湊、占用空間小等優點。該系統通常安裝在舯部或兩翼，主要包括滑環、井箱、安全掛鉤組件、升降基座、升降轉舵管、船體基座、導柱、水下箱體、螺旋槳等組件，其布置見圖1。系統工作時液壓站通過液壓油使液壓缸驅動水下整體組件作上升或下降運動。

圖1 液壓缸升降系統吊艙推進器布置圖

目前，液壓缸升降系統有側向推進器和全回轉推進器2種。當船舶進行靠岸或橫向移動時，將吊艙推進器收縮至船首內部實現側推功能；當船舶為DP模式或轉彎模式時，驅動吊艙推進器下降至船體底部切換為全回轉推進模式。在船舶尾部主推進器全部失效的極端情況下，該升降系統可臨時充當主推進器來使用，將船舶帶回港口維修處理。

該系統由于升降的行程受限于液壓缸的長度，故多配套在小功率吊艙推進器(2 MW以下)或升降高度較小的中、小型船舶上。

3 絲杠桿升降系統

絲杠桿升降系統中，絲杠桿通過螺紋將回轉運動轉化為直線運動，可將電機/液壓馬達的扭矩轉換為軸向的雙向作用力。與液壓缸升降系統相比，絲杠桿升降系統在升降方面具有更優的自鎖性和精度，整體系統結構緊湊、效率高。該系統主要由滑環、液壓馬達、同步鏈、升降基座、絲桿、升降轉舵管、船體基座、導柱、水下箱體、螺旋槳組成，其布置見圖2。導柱的上端固定在船體基座底部。底端與船體支撐連接，與吊艙本體之間滑動連接，在升降過程中為吊艙本體提供導向。絲杠的頂端固定在船艙頂部，絲杠的底端固定在船體基座上。當推進器升降時，液壓站驅動2套液壓馬達帶動絲桿旋轉，2根絲桿之間通過同步鏈條連接，保證2根絲桿同步轉動。螺紋襯套安裝在升降基座上，絲杠旋轉帶動螺紋襯套繼而帶動升降基座、滑環及吊艙水下箱體等一同升降。

4 齒輪齒條升降系統

齒輪齒條升縮吊艙推進器主要應用在5 MW及以上的吊艙推進器、海洋工作平臺、大型起重船、深水鋪纜船等大型遠海船舶上。相比于上述2種升降系統，齒輪齒條升降系統具有升降速度平穩、工作行程長、抗偏載能力強等優點，整體系統冗余度高、便于外部維護保養。

圖2 絲杠桿升降系統吊艙推進器布置圖

齒輪齒條升降系統可通過對齒條長度的非標設計來滿足不同船型對升降行程的要求。通常根據升降機構的承載特性和經濟性綜合考慮，一般在升降筒體對角線處設置2處齒輪齒條裝置并將齒條固定在船體上，通過升降機構內的液壓馬達驅動行星減速箱升降機構，驅動單元始終承受推進器的重量載荷。由于液壓馬達回路采用雙向平衡、高冗余度和模塊化的設計方案，當一個驅動單元模塊出現破壞故障時，可以單獨拆除維修，其余單元仍然正常工作。在筒體上布置有多處伸縮銷。在推進器提升或下降至指定工位后，伸縮銷插入船體的銷孔內，用以承受推進器運行時產生的推力。

因大型船舶的高度高，在升降井內具有充足空間，可將吊艙推進器的配套件諸如轉舵電機啟動柜、推進電機啟動柜、推進電機變頻器和行星減速器等集成于升降筒體內部，以節省艙內空間。其布置圖見圖3。升降筒體外部需進行耐腐蝕處理，以滿足長時間外部海況設計要求。

圖3 齒輪齒條升降系統吊艙推進器布置圖

5 結語

2017年亞洲巨型海上浮吊“華天

龍”號改造項目首次采用了齒輪齒條伸縮式吊艙推進器，實船運行情況良好，在甲板上即可對推進器進行維護且無需進入船塢即可拆卸，節省了維護時間和成本，降低了運營風險。目前可伸縮式吊艙推進器市場前景應用廣泛。

本文詳細介紹了吊艙推進器的3種升降系統的原理及應用范圍，分析了3種升降系統的特點，對吊

艙推進器升降系統的設計、操作流程等具有一定的指導意義。