吊艙推進器溫升試驗方法設計研究
發(fā)布時間：2021-03-28 22:01
介紹了吊艙推進器功率密度高、節(jié)省艙室空間的優(yōu)勢,指出了推進電機溫升水平直接決定了吊艙推進器性能優(yōu)劣。推進電機溫升主要來自繞組線圈發(fā)熱、推力軸承摩擦發(fā)熱和支承軸承摩擦發(fā)熱,并且受試驗環(huán)境影響。如何求解繞組溫升、推力軸承溫升、支承軸承溫升與試驗環(huán)境關系,關系吊艙推進器試驗設計成功與否。文章從推進電機發(fā)熱與試驗環(huán)境熱交換的耦合關系建立溫升數(shù)學模型,得到推進電機和試驗環(huán)境的穩(wěn)定溫度,為合理、科學的試驗環(huán)境設計提供理論依據(jù)。同時,通過2 MW吊艙推進器動態(tài)加載試驗對分析模型進行驗證。
【文章來源】：船舶工程. 2020,42(S1)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：3 頁
【部分圖文】：
循環(huán)水理論溫升曲線2.2軸承冷卻能力計算
吊艙推進器溫升試驗方法設計研究—190—圖1吊艙推進器示意圖1推進電機熱損耗計算1.1軸承熱損耗計算根據(jù)SKF軸承摩擦力矩計算模型，軸承因摩擦造成的損耗功率為4bP1.0510Mn（1）式中：Pb為損耗功率，W；M為軸承總摩擦力矩，N·mm；n為轉速，r/min。軸承總摩擦力矩M的計算模型為rrslsealdragMMMMM（2）式中：Mrr為滾動摩擦力矩；Msl為滑動摩擦力矩；Mseal為密封件摩擦力矩；Mdrag為由于拖曳損失、攪動和飛濺等導致的摩擦力矩。根據(jù)吊艙推進器軸承技術參數(shù)，可解得推力軸承熱損耗功率為Pb1=800W，支承軸承熱損耗功率為Pb2=250W。1.2繞組線圈熱損耗計算推進電機有效功率η為96%，總功率P為2500kW，故其損耗功率為mPP1（3）計算得到：Pm=100kW。2試驗冷卻能力計算2.1循環(huán)水冷卻能力計算從熱損耗計算可知，吊艙發(fā)熱量主要來自推進電機繞組線圈，軸承熱損耗不足其1%，故試驗冷卻能力設計時以繞組熱損耗功率為計算依據(jù)。試驗時，吊艙推進器浸沒于循環(huán)水中進行冷卻，循環(huán)水進口溫度為32℃，穩(wěn)定溫度要求低于38℃。任意時刻，循環(huán)水溫度計算公式（忽略循環(huán)水與外界自然熱交換）[7]為w0t0w()CmTTTTTCM（4）式中：T為實時溫度；T0為初始溫度，即循環(huán)水進水溫度，設為32℃；ΔTt為推進電機發(fā)熱與時間t的關系，ΔTt=(Pmt)/(CwM)；w0w()CmTTCM為冷卻水進來后，整體下降的溫度；Cw為水
吊艙推進器溫升試驗方法設計研究—191—圖3推力軸承與支承軸承理論溫升曲線3試驗分析2MW吊艙推進器滿負荷動態(tài)連續(xù)加載試驗數(shù)據(jù)顯示，循環(huán)水穩(wěn)定溫度低于35℃，推力軸承穩(wěn)定溫度低于70℃，支承軸承穩(wěn)定溫度低于65℃，均符合試驗溫升要求，如圖4和圖5所示。其中，循環(huán)水與推力軸承穩(wěn)定溫度與理論分析較為符合，支承軸承穩(wěn)定溫度低于理論分析溫度。主要原因在于支承軸承靠近螺旋槳軸處，試驗時螺旋槳（試驗專用）攪動水流，使其散熱能力大幅提高，故溫升偏低。圖4循環(huán)水試驗溫升曲線圖5推力軸承與支承軸承試驗溫升曲線4結論本文分析了吊艙推進器熱損耗主要發(fā)生在推進電機繞組線圈、推力軸承和支承軸承，通過軸承摩擦熱損耗計算模型和推進電機工作效率，得到熱損耗功率。以熱交換和熱傳遞原理，分別建立了循環(huán)水冷卻計算模型和軸承冷卻計算模型。根據(jù)試驗環(huán)境設計參數(shù)，完成循環(huán)水、推力軸承和支承軸承理論溫升曲線分析。通過與2MW吊艙推進器滿負荷動態(tài)連續(xù)加載試驗數(shù)據(jù)分析，驗證了本文溫升計算模型的可行性。該理論計算模型，將為更大功率吊艙試驗冷卻能力的設計與建設提供參考。參考文獻：[1]馬聘.艦船吊艙推進器水動力學[M].北京:國防工業(yè)出版社,2009.[2]盛振邦,劉應中.船舶原理（下）[M].上海:上海交通大學出版社,2004.[3]劉洪梅,許文兵,陳雄.吊艙推進器與傳統(tǒng)推進船舶操縱性能對比分析[J].船舶力學,2011,15(5):463-467.[4]張慶文.吊艙電力推進裝置及其螺旋槳設計研究[D].遼寧大連:大連理工大學,2005.[5]曾志威.船用吊艙推進器結構強度的研究[D].江蘇:江蘇科技大學,2015.[6]馬聘,楊晨俊,錢正芳.POD推進器推進性能預報理論研究[J].
【參考文獻】：
期刊論文
[1]吊艙推進與傳統(tǒng)推進船舶操縱性能對比分析[J]. 劉洪梅,許文兵,陳雄,肖龍,鐘文軍,韓陽. 船舶力學. 2011(05)
[2]POD推進器推進性能預報理論研究[J]. 馬騁,楊晨俊,錢正芳,張旭. 華中科技大學學報(自然科學版). 2004(03)
碩士論文
[1]船用吊艙推進器結構強度的研究[D]. 曾志威.江蘇科技大學 2015
[2]吊艙電力推進裝置及其螺旋槳設計研究[D]. 張慶文.大連理工大學 2006
本文編號：3106315
【文章來源】：船舶工程. 2020,42(S1)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：3 頁
【部分圖文】：
循環(huán)水理論溫升曲線2.2軸承冷卻能力計算
吊艙推進器溫升試驗方法設計研究—190—圖1吊艙推進器示意圖1推進電機熱損耗計算1.1軸承熱損耗計算根據(jù)SKF軸承摩擦力矩計算模型，軸承因摩擦造成的損耗功率為4bP1.0510Mn（1）式中：Pb為損耗功率，W；M為軸承總摩擦力矩，N·mm；n為轉速，r/min。軸承總摩擦力矩M的計算模型為rrslsealdragMMMMM（2）式中：Mrr為滾動摩擦力矩；Msl為滑動摩擦力矩；Mseal為密封件摩擦力矩；Mdrag為由于拖曳損失、攪動和飛濺等導致的摩擦力矩。根據(jù)吊艙推進器軸承技術參數(shù)，可解得推力軸承熱損耗功率為Pb1=800W，支承軸承熱損耗功率為Pb2=250W。1.2繞組線圈熱損耗計算推進電機有效功率η為96%，總功率P為2500kW，故其損耗功率為mPP1（3）計算得到：Pm=100kW。2試驗冷卻能力計算2.1循環(huán)水冷卻能力計算從熱損耗計算可知，吊艙發(fā)熱量主要來自推進電機繞組線圈，軸承熱損耗不足其1%，故試驗冷卻能力設計時以繞組熱損耗功率為計算依據(jù)。試驗時，吊艙推進器浸沒于循環(huán)水中進行冷卻，循環(huán)水進口溫度為32℃，穩(wěn)定溫度要求低于38℃。任意時刻，循環(huán)水溫度計算公式（忽略循環(huán)水與外界自然熱交換）[7]為w0t0w()CmTTTTTCM（4）式中：T為實時溫度；T0為初始溫度，即循環(huán)水進水溫度，設為32℃；ΔTt為推進電機發(fā)熱與時間t的關系，ΔTt=(Pmt)/(CwM)；w0w()CmTTCM為冷卻水進來后，整體下降的溫度；Cw為水
吊艙推進器溫升試驗方法設計研究—191—圖3推力軸承與支承軸承理論溫升曲線3試驗分析2MW吊艙推進器滿負荷動態(tài)連續(xù)加載試驗數(shù)據(jù)顯示，循環(huán)水穩(wěn)定溫度低于35℃，推力軸承穩(wěn)定溫度低于70℃，支承軸承穩(wěn)定溫度低于65℃，均符合試驗溫升要求，如圖4和圖5所示。其中，循環(huán)水與推力軸承穩(wěn)定溫度與理論分析較為符合，支承軸承穩(wěn)定溫度低于理論分析溫度。主要原因在于支承軸承靠近螺旋槳軸處，試驗時螺旋槳（試驗專用）攪動水流，使其散熱能力大幅提高，故溫升偏低。圖4循環(huán)水試驗溫升曲線圖5推力軸承與支承軸承試驗溫升曲線4結論本文分析了吊艙推進器熱損耗主要發(fā)生在推進電機繞組線圈、推力軸承和支承軸承，通過軸承摩擦熱損耗計算模型和推進電機工作效率，得到熱損耗功率。以熱交換和熱傳遞原理，分別建立了循環(huán)水冷卻計算模型和軸承冷卻計算模型。根據(jù)試驗環(huán)境設計參數(shù)，完成循環(huán)水、推力軸承和支承軸承理論溫升曲線分析。通過與2MW吊艙推進器滿負荷動態(tài)連續(xù)加載試驗數(shù)據(jù)分析，驗證了本文溫升計算模型的可行性。該理論計算模型，將為更大功率吊艙試驗冷卻能力的設計與建設提供參考。參考文獻：[1]馬聘.艦船吊艙推進器水動力學[M].北京:國防工業(yè)出版社,2009.[2]盛振邦,劉應中.船舶原理（下）[M].上海:上海交通大學出版社,2004.[3]劉洪梅,許文兵,陳雄.吊艙推進器與傳統(tǒng)推進船舶操縱性能對比分析[J].船舶力學,2011,15(5):463-467.[4]張慶文.吊艙電力推進裝置及其螺旋槳設計研究[D].遼寧大連:大連理工大學,2005.[5]曾志威.船用吊艙推進器結構強度的研究[D].江蘇:江蘇科技大學,2015.[6]馬聘,楊晨俊,錢正芳.POD推進器推進性能預報理論研究[J].
【參考文獻】：
期刊論文
[1]吊艙推進與傳統(tǒng)推進船舶操縱性能對比分析[J]. 劉洪梅,許文兵,陳雄,肖龍,鐘文軍,韓陽. 船舶力學. 2011(05)
[2]POD推進器推進性能預報理論研究[J]. 馬騁,楊晨俊,錢正芳,張旭. 華中科技大學學報(自然科學版). 2004(03)
碩士論文
[1]船用吊艙推進器結構強度的研究[D]. 曾志威.江蘇科技大學 2015
[2]吊艙電力推進裝置及其螺旋槳設計研究[D]. 張慶文.大連理工大學 2006
本文編號：3106315
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