側(cè)推與減搖裝置

側(cè)推與減搖裝置第一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六2、對側(cè)推器的要求：（1）裝置結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠、維護管理方便；（2）盡可能裝在船的端部，以便在同樣推力下獲得較大的轉(zhuǎn)船力矩；（3）有足夠的浸水深度以提高工作效率。側(cè)推器的螺旋槳軸線離水線距離不得小于它的槳葉直徑，以免空氣進入螺旋槳處影響其工作；（4）對船體造成的附加阻力要小，本身工作效率要高；（5）能根據(jù)需要迅速改變推力大小和方向。（6）在側(cè)推器旁及駕駛臺均能操作。在駕駛臺上操作，一般在中央與兩翼均可進行。3、側(cè)推器的類型1）按布置位置：首推、尾推和舷內(nèi)式、舷外式之分；2）按產(chǎn)生推力方法：螺旋槳式和噴水式；3）按原動機：電動、電液、柴油機驅(qū)動式；第二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六二、螺旋槳式首推裝置可采用定距槳或調(diào)距槳。定距槳式多采用液壓馬達驅(qū)動。調(diào)距槳式廣泛采用電動機驅(qū)動。1、定距槳式首推裝置液壓系統(tǒng)側(cè)推螺旋槳通過聯(lián)軸器與液壓馬達連接，液壓馬達的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速由雙向變量泵控制。雙向變量泵由輔泵和電磁閥，借助變量機構(gòu)控制。低壓回路將部分熱由泄回油箱，單向閥不斷將潔凈的低溫油液加以補充，以控制系統(tǒng)油溫。第三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六2、電動調(diào)距槳式首推系統(tǒng)：1）調(diào)距工況：操縱態(tài)發(fā)出指令使三位四通閥26右邊通電，26、25工作在右位。重力油柜油經(jīng)加壓后，使動力活塞左端進油，右端回油。動力活塞右移，驅(qū)動反饋鏈條，將槳葉動作指示并反饋，達到要求時26失電，25回中位。2）穩(wěn)距工況：靠鎖閉閥22實現(xiàn)靜態(tài)穩(wěn)距。第四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六三、側(cè)推器的管理1、操作時注意事項：（1）要有足夠的發(fā)電機臺數(shù)投入工作后方可使用側(cè)推器。側(cè)推器主電動機功率較大，使用前要確認電站的供電量能否滿足。一般設(shè)有發(fā)電機臺數(shù)聯(lián)鎖裝置，達不到規(guī)定工作臺數(shù)（有的規(guī)定為三臺）側(cè)推器起動不了。（2）船速在5Kn以下方可使用側(cè)推器。在操縱臺上有標識牌。（3）當轉(zhuǎn)換操作位置前，要確認主控制器和副控制器兩者控制桿位置和負荷一致后方可切換。（4）起動主電動機時要使螺距角在“0”位。（5）在最大推力工況下的連續(xù)使用時間不應(yīng)超過規(guī)定時間（一般為0.5h）。第五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六2、日常管理工作（1）使用符合要求的液壓油：所用液壓油應(yīng)能傳遞大的動力，能適應(yīng)不同季節(jié)、不同海域氣溫變化，有合適的粘度，有高的粘度指數(shù)，凝點低（-30℃以下）；（2）定期清洗濾器和檢查管系是否漏油；（3）定期檢查油位、油溫、油壓，注意觀察各部振動情況和運轉(zhuǎn)聲音，發(fā)現(xiàn)異常及時處理；（4）定期取樣化驗油質(zhì)，及時更換不合格滑油，換新油時要將系統(tǒng)舊油徹底放凈；（5）側(cè)推器間位置低，空氣潮濕，注意檢查電氣設(shè)備絕緣和供電加熱除濕。第六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六3、塢內(nèi)檢查（1）放掉槳轂內(nèi)滑油，觀察是否有水進入油中；（2）槳軸也設(shè)有simplex密封裝置，凡密封圈唇口有裂紋、嚴重磨損、老化等現(xiàn)象均應(yīng)換新，注意檢查密封性能；（3）檢查槳葉、槳轂的固緊螺栓和螺栓防松裝置；（4）檢查槳葉根部密封圈（一般四年應(yīng)換新）；（5）螺旋槳軸軸承、傳動軸軸承都為滾動軸承，若發(fā)現(xiàn)銹蝕、剝蝕、護圈破裂、滾子嚴重磨損或轉(zhuǎn)動不靈活、轉(zhuǎn)動聲音過大時，應(yīng)予以換新。第七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六四、船舶減搖裝置的作用和效果1、船舶在波浪中的搖蕩船舶在波浪中的搖蕩運動共有6個自由度：縱搖、首搖、橫搖、升沉（垂蕩）、橫蕩、縱蕩。對于船舶設(shè)備、船員、旅客和貨物有不良影響的是縱搖、升沉和橫搖，而橫搖影響最大。在惡劣的海況下，船舶橫搖30~40o是常見的。海況越惡劣，波傾角越大，船舶搖擺也越激烈。設(shè)波高h，波長L，則：=180h/L當船舶遭遇到一個波長大大超過船寬、波傾角為的橫浪時，就會受到波浪給予的一個橫搖力矩，力圖使船舶中線與波面垂直，此力矩稱為橫傾力矩M，在數(shù)值上與船在靜水中傾斜時復(fù)原力矩相等。第八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六M=W·GM·sinNm=W·GM·/57.3W-船舶重力（排水量），N；G點-重心位置；M點-穩(wěn)心位置；GM-船舶穩(wěn)心高度，即重心至穩(wěn)心距離，m。當遭遇周期（即波浪作用于船舶的周期）與船舶固有的橫搖周期相等時，船舶就要產(chǎn)生共振現(xiàn)象，橫搖角度因船體阻尼不會無限增大，但卻明顯地比遭遇其他頻率波浪時為大。2、減搖裝置的效果船舶橫搖不良影響最大，減搖效果也最佳，因此船舶減搖裝置主要以減輕橫搖為目的。而縱搖和首搖程度較輕，減搖必要性不大，且搖擺力矩巨大，減搖的效果和經(jīng)濟性均較差，所以在船上沒有專門為其設(shè)置減搖裝置。第九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六減輕船舶橫搖的收益：1）在客船上減輕乘客暈船，提高客船舒適性；2）在滾裝船上防止汽車或裝載物的碰撞和翻倒；3）使船在惡劣海況下保持航行，保證航期和提高船舶營運率；4）減少船舶偏航，還能避免因激烈搖擺引起的航速下降，節(jié)約燃料；5）可減少或避免貨物和集裝箱的移位，減少貨損；6）可改善船員工作環(huán)境，保證船員工作效率。3、減搖裝置的能力為了平衡波傾角量為的波浪所作用于船舶的橫搖力矩，減搖裝置必須具有與該力矩相等的減搖力矩。實際上減搖裝置所具有的減搖力矩是有限，通常將其最大減搖力矩所能克服的波浪波傾角作為衡量減搖裝置能力的標志，并稱為減搖裝置的當量波傾角或減搖能力。第十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六=57.3M/W·GM減搖水艙的減搖能力一般為2~3o，減搖鰭能力較大,客船通常為5o，軍艦為7o，集裝箱船和貨船在5o以下。實際上，任何減搖裝置都不可能完全克服橫搖，總有一定剩余橫搖，并可用減搖率R表示：R=（1-s/us）x100%s-剩余橫搖角；us-未減搖時的橫搖角；從圖6-29可以看出，只有在共振周期時才具有較高的減搖率，而在其他情況下R值都較低。因此，在共振周期之外，減搖性能都用減搖效果的絕對值即剩余橫搖角來表示。一般剩余橫搖角為3o。五、減搖裝置的種類與比較減少船舶橫搖的途徑：一是增加船體橫搖阻尼；二是增加復(fù)原力矩或減少橫搖力矩。減搖裝置可根據(jù)是否為其提供動力而分為被動式和主動式兩類。第十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六1、舭龍骨最原始最經(jīng)濟的橫搖阻尼設(shè)備。若舭龍骨的安裝占船長的30~35%以上，且具有足夠的寬度，它就能提供適當?shù)淖枘?。而且在包括零速在?nèi)的各種航速范圍內(nèi)都能有效地增加船體的橫搖阻尼，結(jié)構(gòu)簡單，對船體和航速影響不大，因此被各種船舶普遍采用。2、被動式減搖水艙自由液面式減搖水艙的工作原理，是靠船舶橫搖時造成水在水艙中向左右舷作往返流動來減輕船舶橫搖。水艙的容積應(yīng)足夠大，以便工作時水艙的一邊可容納全部水流，得到最佳減搖效果。要注意使水艙的裝水量等于艙容的一半，水量太多或太少都有不利影響。不可控式U形管被動減搖水艙，由設(shè)在兩舷的水艙和連通管組成。其工作原理與自由液面式完全相同。差別只是水艙在兩舷離船舶中線較遠，水可在水艙中聚集液面更高，減搖效果更好些。第十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六可控式被動減搖水艙，通常是封閉的U形管水艙。兩水艙間的水流和氣流可通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，因此水流的流動周期可調(diào)范圍較大。自動調(diào)節(jié)兩封閉水艙間空氣連通管上的閥門，通過控制連通管中的氣流，從而控制艙中水的流速，使水的流動周期在較大范圍內(nèi)與橫搖周期趨向一致，來改善水艙的響應(yīng)特性。圖6-30為可控式被動減搖水艙簡圖。水艙中的水會使船舶GM減少，為了保證船舶穩(wěn)性，GM值的降低一般限制在25%左右，即水艙水量是有限的，并靠位置差而流動。所以被動式減搖水艙的減搖能力有限，很少大于2~3o，僅適用于中等海況。3、主動式減搖水艙在U形被動式減搖水艙的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它通過水泵或風機強迫水在水艙間流動，并能形成較高的水位差，因此可在水量有限的條件下獲得較大的減搖能力。第十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六控制系統(tǒng)可對水泵（鼓風機）、調(diào)節(jié)閥進行控制，調(diào)節(jié)水的流量，使裝置在很寬的遭遇周期范圍內(nèi)具有良好的減搖效果。但水泵或風機的功率很大，經(jīng)濟性差，所以使用不多。4、減搖-防傾聯(lián)合水艙這種新型裝置兼有被動和主動水艙的優(yōu)點。其水艙的固有周期大致等于船舶的最短橫搖周期。當船舶處于短橫搖周期時，可按被動式水艙方式工作；當橫搖周期超出被動水艙的響應(yīng)范圍時，則以主動水艙方式工作，因此能在較大范圍內(nèi)有效地減搖。主動控制方式還可作為防止船舶傾斜的手段，在船舶裝卸向一舷傾斜時調(diào)整船舶。5、減搖鰭：減搖鰭是使用最多、效果良好的減搖裝置。它是在船中舭部或舭部稍上方伸出舷外的一對或數(shù)對鰭片。船舶在航行中，當兩鰭向相反方向偏轉(zhuǎn)而具有相反的沖角時，水流就在兩鰭片上產(chǎn)生一對反向升力，就會形成一個減搖力矩，減搖力矩等于或大于波浪作用于船的橫搖力矩，就能有效地減輕船舶的橫搖。第十四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六圖6-31示出減搖鰭原理。減搖鰭的升力可用舵葉的升力公式計算，即：L=1/2Av2CLNL-升力，N；-水密度，kg/m3；A-單鰭面積，m2；v-作用于鰭上的流速，m/s；CL-升力系數(shù)。升力與航速的平方成正比。在低速時，升力很小，減搖作用差。這是減搖鰭的主要弱點，因此只適合于航速高于12kn的船舶。鰭產(chǎn)生的減搖力矩：M=NaLM-減搖力矩，Nm；a-升力作用點到船舶質(zhì)點的距離，m；N-鰭數(shù)；L-每一鰭片產(chǎn)生的升力，N；鰭的減搖力矩與船舶固有周期無關(guān)，不受GM變化的影響，并在整個遭遇周期范圍內(nèi)具有良好的響應(yīng)特性。第十五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六與其他主動式減搖裝置不同，減搖鰭裝置的功率不直接用來產(chǎn)生減搖力矩，而是用于控制鰭角，因此所需功率有限，具有很好的運行經(jīng)濟性。減搖鰭裝置根據(jù)能否將鰭收入船內(nèi)，有以下幾種：1）不可收式減搖鰭：伸出船外，在船內(nèi)設(shè)有鰭軸、軸承支架和液壓轉(zhuǎn)鰭裝置，鰭由兩個擺動油缸轉(zhuǎn)動。鰭外端不超出船體邊垂線的龍骨線，因此展弦較小，限制了減搖能力；在海況平靜時，它的阻力就將影響航速。2）伸縮式減搖鰭：中空的鰭軸作為鰭的伸縮油缸，油缸內(nèi)裝有雙作用活塞，活塞桿的內(nèi)端固定于船體。鰭的轉(zhuǎn)動由類似于轉(zhuǎn)舵機構(gòu)的液壓油缸，通過轉(zhuǎn)鰭軸和滑桿來完成。不工作時，鰭可收入鰭箱內(nèi)，避免被碰撞和增加阻力。因此可有很大的展弦比，減搖能力大，但在船內(nèi)占有的空間大。第十六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六3）折疊式減搖鰭：采用將鰭向船首或船尾旋轉(zhuǎn)90o的方法把鰭納入位于兩舷的鰭箱，可以減少所占空間。轉(zhuǎn)鰭動力大多采用轉(zhuǎn)葉油缸。油缸位于鰭箱內(nèi)，浸泡在海水之中，必須完全水密并有良好防腐蝕性能，保養(yǎng)維修只能在進塢時進行。新型折疊式減搖鰭將轉(zhuǎn)鰭油缸從鰭箱移入船內(nèi)，避免上述缺點。6、舵減搖利用舵力所產(chǎn)生的橫搖力矩來減搖也是可行的。一般船舶對橫搖力矩的響應(yīng)周期是8~12s，而對首搖（轉(zhuǎn)向）力矩的響應(yīng)周期是30~35s。這種巨大差別允許將轉(zhuǎn)向和減搖控制信號同時施加給舵，而不致產(chǎn)生不良的相互響應(yīng)，因此可利用操舵來減少船舶橫搖。舵減搖的最大優(yōu)點：取消昂貴的減搖鰭裝置，有很好的經(jīng)濟性。只要對舵機加裝減搖控制環(huán)節(jié)，就可使某些現(xiàn)有船舶具備減搖能力。但現(xiàn)有舵機用作減搖后，以最大轉(zhuǎn)舵速度工作的頻率增加，會加速機構(gòu)的磨損。第十七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六7、減搖裝置的綜合比較（見表6-1）減搖裝置的工作性能指標：1）減搖倍數(shù)：減搖鰭對于減少船舶橫向搖擺的實際效果如何，是用減搖倍數(shù)來衡量的。最常用的是平均減搖倍數(shù)為指標：減搖鰭不工作時的平均橫搖角=——————————————

減搖鰭投入工作時的平均橫搖角平均減搖倍數(shù)數(shù)值越大，效果越好。一般=4~5左右，性能好的減搖鰭的平均減搖倍數(shù)可以更高。2）升搖能力在風平浪靜的海面上，人為地向減搖鰭控制系統(tǒng)輸入一個周期相當于船的共振周期的正弦信號。這樣一來，即使沒有風浪，船舶也會產(chǎn)生左右搖擺，它的最大橫搖角度表征減搖鰭的升搖能力。第十八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六升搖能力有如下作用：（1）試驗減搖鰭的工作性能。需要在平靜的海面上進行，利用升搖能力使船舶產(chǎn)生左右搖擺，然后轉(zhuǎn)入減搖狀態(tài)，確定其減搖能力。一般要求在減搖鰭轉(zhuǎn)入減搖狀態(tài)后的一個周期內(nèi)船舶就能夠穩(wěn)定下來。（2）在日常使用時，用來檢查減搖鰭的工作，以及進行維護、保養(yǎng)；（3）在軍艦上，可以利用升搖能力訓(xùn)練戰(zhàn)士，提高使用武器瞄準射擊的能力。3）對航速的影響：一般來說，在平靜的海面上航行，減搖鰭可能增加船舶的航行阻力，但是影響很小。而在風浪中航行，減搖鰭使船舶平穩(wěn)前進，相對于不裝減搖鰭的船舶來說，反而能增加航速。并且安裝減搖鰭的船舶在高速航行時能作大舵角的轉(zhuǎn)向。第十九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六4）工作的靈敏性、準確性與穩(wěn)定性減搖鰭裝置是一套完整的電氣、液壓隨動系統(tǒng)，因此工作上要滿足靈敏性、準確性與穩(wěn)定性的要求。工作時減搖鰭片的動作是非常迅速的，鰭片的最大轉(zhuǎn)動角度30~40o而所需時間一般為1.5s，并要求能在5s左右的時間內(nèi)重復(fù)循環(huán)一次。轉(zhuǎn)動鰭片所需要的轉(zhuǎn)動力矩相當大。因此不僅要有充分靈敏和準確的電氣控制系統(tǒng)，同時還需要具有足夠功率和流量的液壓系統(tǒng)。對于整個隨動系統(tǒng)來說，保持系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性是十分重要的，也就是說，在外界干擾的影響下，它始終具有使系統(tǒng)恢復(fù)到所要求狀態(tài)的能力，而不產(chǎn)生突然地瞬變或離開所要求狀態(tài)越來越遠。否則將會給在惡劣海況下行駛的船舶帶來傾覆的危險性。隨動系統(tǒng)調(diào)整過程的質(zhì)量對于減搖過程盡快地衰減，而不產(chǎn)生嚴重振蕩具有重大意義。第二十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六5）減搖裝置應(yīng)具有充裕動力、緊湊結(jié)構(gòu)和可靠地工作；6）使用、維修和保養(yǎng)應(yīng)盡可能簡便。六、減搖裝置的操作管理1、減搖裝置控制原理被動式減搖裝置由船舶的橫搖提供動力。主動式減搖裝置的動力系統(tǒng)有電氣式、液壓式和電液式三種。電液式在各種主動式減搖裝置，特別是在減搖鰭裝置中普遍使用。船舶敏感元件+O控制機構(gòu)動力元件減搖機構(gòu)船舶反饋元件敏感元件感受的船舶搖擺信號有橫搖角度、橫搖速度、橫搖加速度、船舶自由傾斜角等，控制機構(gòu)將這些信號放大并用來控制動力元件的伺服機構(gòu)，使動力元件輸出必要的功率以推動減搖機械（如鰭、水泵、風機或閥等）動作，產(chǎn)生減搖力矩。減搖機構(gòu)的動作信號反饋回控制機構(gòu)，與敏感元件的信號相減，最后停止動力元件的輸出。第二十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六2、減搖裝置的操作不同的減搖裝置，操作管理方法不同，下面以減搖鰭裝置為例。可收式減搖鰭一定要在船舶進入寬敞水域后才能放出，并在進入窄水道、淺水道前將鰭收回，以免碰傷鰭片。當船舶的橫搖角不大時，例如3~5o，應(yīng)停止使用減搖鰭，以免無謂地增大船舶航行阻力。裝置的起動、停止等操作步驟，一定要按照說明書規(guī)定進行。只許在鰭角為零時進行鰭的收放，只有在鰭片完全放出就位后，才能轉(zhuǎn)動減搖鰭。盡管裝置的傳動機構(gòu)、液壓系統(tǒng)或控制系統(tǒng)中一般都設(shè)有聯(lián)鎖裝置，但在操作時還需注意核查鰭的狀況，以免聯(lián)鎖裝置失誤造成鰭的損壞。第二十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六1）起動（1）起動伺服油泵；（2）經(jīng)檢查轉(zhuǎn)鰭機構(gòu)和鰭角均處于零位后，接通放鰭液壓回路將鰭放出。（3）確認鰭已完全放出，且轉(zhuǎn)鰭機構(gòu)與傳動機構(gòu)已正確嚙合；（4）接通控制系統(tǒng)電源，起動主油泵；（5）將控制轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到手動位置，向兩個方向轉(zhuǎn)鰭數(shù)次，注意檢查偏轉(zhuǎn)方向和角度是否正確；（6）如一切正常，將控制開關(guān)轉(zhuǎn)動自動位置，裝置即投入正常工作；2）停止（1）利用手