Подводное подруливающее устройство

представляет Подводное подруливающее устройство собой конфигурацию морских гребных винтов и гидравлического или электрического двигателя, встроенную или установленную на подводном роботе в качестве двигательного устройства. Они обеспечивают движение робота и маневренность, преодолевая сопротивление морской воды. Основное различие между подводными и морскими подруливающими устройствами заключается в способности работать под сильным давлением воды, иногда до полной глубины океана.

Типы подводных подруливающих устройств

Существует три основных типа тяговых устройств: боковое подруливающее устройство или туннельное подруливающее устройство, которое состоит из гребного винта, установленного в поперечном туннеле корабля; водометное подруливающее устройство, состоящее из насоса, всасывающего воду из киля и выгружающего жидкость в обе стороны; и азимутальное подруливающее устройство, которое можно вращать на 360°.

Подводные подруливающие устройства можно разделить на две основные группы: гидравлические подруливающие устройства и электрические подруливающие устройства. Ниже приведены некоторые плюсы и минусы каждого типа:


	Плюсы	Минусы
Гидравлические подруливающие устройства	Высокая мощность и эффективность Точный контроль Надежность	Сложный Утечка жидкости Тяжелый Дорогой
Электрические двигатели	Простой Чистая операция Низкий уровень шума Универсальность Доступны недорогие варианты ^[1]	Более низкая выходная мощность Снижение эффективности на глубине Ограниченный контроль

^[2]

Гидравлические подруливающие устройства

Гидравлические подруливающие устройства в основном используются на ROV большего рабочего класса, главным образом потому, что они занимают много места и веса из-за дополнительных компонентов, таких как клапаны и трубы. ^[3] Технология гидравлических подруливающих устройств старше электрических, они более прочные, а их соотношение веса и тяги выше, чем у электрических подруливающих устройств, но проблемы с обслуживанием и трубопроводами вызывают некоторое недовольство пользователей. ^{[ нужна ссылка ]} Соотношение массы и тяги у гидроподруливающих устройств выше, чем у электроподруливающих устройств, но с учетом необходимых гидравлических компонентов, включая клапаны, гидроагрегаты, соединения труб и т. д., системы гидроподруливающих устройств оказываются тяжелее электрических подруливающих устройств. ^{[ нужна ссылка ]}

Электрические двигатели

Электрические подруливающие устройства в основном используются в подводных роботах с батарейным питанием, таких как AUV , подводные лодки и электрические ROV . В электрических подруливающих устройствах обычно используются бесщеточные синхронные двигатели постоянного тока или постоянные магниты (СДСМ) . Эти двигатели могут быть герметизированы внутри полостей, заполненных воздухом или маслом, или использовать затопленную конструкцию, которая позволяет воде контактировать с двигателем, обеспечивая дополнительное охлаждение и смазку. ^[4]^[5]

Компоненты

Основными компонентами электродвигателя являются:

Электродвигатель: Электродвигатель является основным компонентом электрических подруливающих устройств и приводит в движение гребной винт. В современных подводных подруливающих устройствах обычно используются бесщеточные синхронные двигатели с постоянными магнитами ( PMSM ). ^{[ нужна ссылка ]} В некоторых некачественных подруливающих устройствах используются бесщеточные двигатели постоянного тока. Выгода – более низкая цена, а наказание – более низкая эффективность. ^{[ нужна ссылка ]} В большинстве современных конструкций используются безрамные двигатели PMSM (в основном производства Kollmorgen ). ^{[ нужна ссылка ]} используются для уменьшения веса и повышения термического КПД. Это улучшает соотношение мощности к весу , но расплатой становится более высокая стоимость сборки. ^{[ нужна ссылка ]} Датская компания Copenhagen Subsea производит электрические кольцевые подруливающие устройства, в которых мощность подается по периметру, а компоненты двигателя интегрированы в воздуховод. ^[6]
Коробка передач: для согласования крутящего момента гребного винта с крутящим моментом двигателя некоторые производители используют коробку передач. В большинстве случаев для уменьшения веса и объема подруливающего устройства шестерни собираются непосредственно внутри корпуса подруливающего устройства, который используется в качестве корпуса коробки передач. ^{[ нужна ссылка ]} Таким образом, вес снижается, но ремонт становится затруднительным, поскольку запасные части невозможно найти на обычном рынке. ^{[ нужна ссылка ]}
Прямой привод: в некоторых современных конструкциях, в которых используются двигатели PMSM, отношение крутящего момента двигателя к его диаметру настолько велико, что двигатель может вращать гребной винт без редуктора. В подводных подруливающих устройствах с прямым приводом двигатели тяжелее, чем в редукторных, но это компенсируется отсутствием редуктора. Подруливающие устройства с прямым приводом имеют более высокую надежность, меньший шум и более высокий КПД, но цены выше, чем подруливающие устройства с редуктором. ^{[ нужна ссылка ]}
Драйвер двигателя и электроника: для коммутации бесщеточных двигателей требуется электроника. ^{[ нужны разъяснения ]} и контролировать их скорость. В ранних версиях приводы были ненадежными, что приводило к недовольству пользователей по сравнению с высоконадежными гидравлическими подруливающими устройствами. Совсем недавно разработки в области силовой электронной техники сделали привод двигателя более эффективным и надежным, дешевым и небольшим, который можно устанавливать непосредственно на конце двигателя. В современных конструкциях контроллеры двигателей способны не только управлять частотой вращения гребного винта, но и управлять силой тяги в приложениях, где требуется строгий контроль их позиционирования. ^{[ нужна ссылка ]}
Вал и уплотнение. Удержание гребного винта в нужном месте и обеспечение его надежности в случае столкновения с внешними предметами, такими как рыба или рыболовные сети, является одной из основных задач во всех типах подруливающих устройств. Сообщалось о многих сбоях из-за этой проблемы. ^{[ нужна ссылка ]} Некоторые производители пытаются решить эту проблему, используя магнитные муфты и полностью избегая ротационного уплотнения. Это повышает надежность уплотнения и вала, но они теряют в эффективности из-за ограниченной способности магнитной муфты передавать крутящий момент и решают эту проблему за счет использования высокоскоростного гребного винта с низким крутящим моментом. ^{[ нужна ссылка ]} В большинстве моделей КПД составляет всего 25%, что очень мало для подводных двигателей. ^{[ нужна ссылка ]} Магнитные подшипники ^{[ нужны разъяснения ]} требуют, чтобы гребной винт вращался на внешних поверхностях корпуса, используя слой воды в качестве смазки, что может значительно сократить срок службы подшипников в загрязненной воде. Некоторые другие производители используют конические подшипники и систему множественных уплотнений для резервирования. В этой конструкции основное уплотнение (обычно керамическое) ^{[ нужна ссылка ]}) выходит из строя, остальные уплотнения обеспечивают безопасность двигателя, и подруливающее устройство может продолжать работу. ^{[ нужна ссылка ]}
Пропеллер: Пропеллер — это компонент, который преобразует вращение в тягу. Выбор правильного гребного винта оказывает значительное влияние на производительность подруливающего устройства. Линия гидродинамической нагрузки каждого приложения требует согласованного гребного винта для максимальной эффективности, но на рынке отсутствует стандартный готовый вариант гребного винта, и поэтому невозможно заказать подруливающее устройство с гребным винтом с максимальной эффективностью. ^{[ нужна ссылка ]} Некоторые компании будут проектировать и разрабатывать пропеллеры по индивидуальному заказу, но их цены очень высоки. ^{[ нужна ссылка ]} Другие компании пытаются предложить множество пропеллеров в качестве опции и позволяют пользователю выбрать лучший из них, используя диаграммы производительности их двигателей.
вид в разобранном виде двигателя T200 - полностью затопленного подводного электродвигателя
Сопло : Сопла используются с тяжелыми низкоскоростными подруливающими устройствами. Большинство ROV имеют такой тип гидродинамических нагрузок. В высокоскоростных роботах с небольшой нагрузкой, таких как АНПА, НПА и подводные лодки, двигатели обычно не имеют сопла.
Защитные приспособления для пропеллеров : Гребные винты могут быть повреждены ударом рыбы или других предметов, но могут вибрировать, если поток к лопастям неравномерен. Конструкция защиты гребного винта может повлиять на поток, поступающий к гребному винту, и, следовательно, на его производительность. Некоторые производители оставляют разработку защиты гребного винта на усмотрение пользователя, но более эффективным решением является интеграция этой функции с опорными стойками сопла. ^{[ нужна ссылка ]}
Корпус : Корпуса подруливающих устройств обычно должны быть устойчивы к коррозии в морской воде. Существует две распространенные версии оболочек; твердый анодированный алюминий и нержавеющая сталь марки 316. ^{[ нужна ссылка ]} Сталь тяжелее, дороже и долговечнее. Алюминий легче и дешевле.
Электрический разъем: Электрические разъемы являются важным компонентом подводных подруливающих устройств. Существует широкий спектр надежных компонентов, доступных от сторонних поставщиков. ^[7]

Производительность

Многие параметры существенно влияют на подводные двигатели. Под водой энергия становится более ценной, поскольку ее трудно передавать (ROV) или хранить (AUV, UUV, подводные лодки). Тогда очень важно иметь максимальную эффективность. Привод двигателя, электродвигатель, вал, уплотнение, внешняя геометрия и поверхность пропеллера, сопла и подруливающего устройства - все это влияет на эффективность.

Согласование нагрузки гребного винта с крутящим моментом двигателя. Одной из наиболее сложных проблем проектирования подводных подруливающих устройств является согласование линии нагрузки гребного винта с линией мощности двигателя. Если этого не произойдет, общий КПД двигателя упадет значительно ниже максимального или будет использоваться лишь небольшой процент мощности двигателя. ^{[ нужна ссылка ]}
Использование подходящего гребного винта: диаметр, передаточное число и тип гребного винта. ^{[ нужны разъяснения ]} очень важно иметь максимальную производительность. Прежде чем сделать окончательный заказ двигателя, необходимо провести множество исследований и разработок, чтобы сделать правильный выбор.
Использование двигателя и драйвера с низким общим гармоническим искажением (THD): у двигателей с постоянными магнитами (PMSM) есть некоторые проблемы с эффективностью из-за THD. Двигатели и драйверы с низким коэффициентом нелинейных искажений доступны на рынке ( Kolmorgen ), но их цены значительно выше, чем у двигателей с более низким КПД. Только высокотехнологичные двигатели на рынке используют этот тип двигателя и привода ( Lian Innovative ). ^{[ нужна ссылка ]}
Обтекаемый корпус подруливающего устройства. Изготовление обтекаемого корпуса и рукоятки существенно влияет на эффективность, а изготовление кривых с такой геометрией обходится дорого. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Подруливающее устройство с ободом

Ссылки

^ «Т200 Трастер» . Голубая робототехника . Проверено 11 января 2024 г.
^ seaMarn3 (04.12.2023). «Гидравлические и электрические подруливающие устройства для подводных аппаратов» . ООО "СИМОР Марин " Проверено 11 января 2024 г. {{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ «Морские двигательные установки» .
^ «Морские двигательные установки» .
^ «Что такое трастер?» . Синяя робототехника . Проверено 11 января 2024 г.
^ Персонал. «Надежность прежде всего» . Домашняя страница . Копенгаген Субси А/С . Проверено 20 декабря 2016 г.
^ Персонал. «Подводные соединители и системные решения» . Домашняя страница . Секон . Проверено 29 декабря 2016 г.

Внешние ссылки

Усовершенствованное электрическое подводное подруливающее устройство . Компания Lian Innovation является производителем ряда подводных подруливающих устройств.
Общество подводных технологий (SUT) — это организация людей, интересующихся подводными технологиями.
Innerspace Thrusters Компания Innerspace разрабатывает и производит подводные подруливающие устройства и двигатели.

[1] «Т200 Трастер» . Голубая робототехника . Проверено 11 января 2024 г.

[2] seaMarn3 (04.12.2023). «Гидравлические и электрические подруливающие устройства для подводных аппаратов» . ООО "СИМОР Марин " Проверено 11 января 2024 г. {{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[3] «Морские двигательные установки» .

[4] «Морские двигательные установки» .

[5] «Что такое трастер?» . Синяя робототехника . Проверено 11 января 2024 г.

[Copenhagensubsea-6] Персонал. «Надежность прежде всего» . Домашняя страница . Копенгаген Субси А/С . Проверено 20 декабря 2016 г.

[Seacon-7] Персонал. «Подводные соединители и системные решения» . Домашняя страница . Секон . Проверено 29 декабря 2016 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]