Подводное подруливающее устройство

Подводное подруливающее устройство представляет собой конфигурацию морских гребных винтов и гидравлического или электрического двигателя. в подводном роботе или установлен на нем в качестве движителя. Это придает роботу подвижность и маневренность в условиях сопротивления морской воде. Основное различие между подводными подруливающими устройствами и морскими подруливающими устройствами - это способность работать под сильным давлением воды, иногда на всей глубине океана.

• 1 Типы подводных двигателей
• 2 Подводные электрические двигатели
• 3 Характеристики
• 4 См. Также
• 5 Ссылки
• 6 Внешние ссылки

Подводные двигатели можно разделить на две основные группы: гидравлические и электрические. Электрические подруливающие устройства в основном используются на подводных роботах с батарейным питанием, таких как АПА, подводные лодки и электрические ROV. Гидравлические подруливающие устройства в основном используются на гидравлических ROV рабочего класса. Технология гидравлических подруливающих устройств старше, чем электрические, они более прочные, а их отношение массы к тяге выше, чем у электрических подруливающих устройств, но проблемы с обслуживанием и трубопроводом вызывают некоторое недовольство пользователей. Благодаря развитию электродвигателей (ошибочно зная бесщеточный двигатель постоянного тока на рынке) электрические подруливающие устройства становятся все более популярными в новых разработках. Отношение массы к тяге для гидравлических подруливающих устройств выше, чем для электрических подруливающих устройств, но с учетом необходимых гидравлических компонентов, включая клапаны, гидроагрегаты, соединения трубопроводов и т. Д., Гидравлические подруливающие устройства становятся тяжелее электрических подруливающих устройств. Ранние модели электрических двигателей имели некоторые проблемы с надежностью электронных контроллеров, но развитие силовой электроники сделало их более прочными, и на рынке можно найти некоторые модели со сроком службы более 10 лет и многолетней гарантией.

Основными компонентами электрического подруливающего устройства являются:

Подводное электрическое подруливающее устройство Copenhagen Subsea 10-15 кВт Электрическое подруливающее устройство Lian Innovations

1. Электродвигатель: Электродвигатель - это основной компонент электрических подруливающих устройств и привод гребного винта. В современных подводных подруливающих устройствах обычно используются бесщеточные синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM ). В некоторых некачественных подруливающих устройствах используются бесщеточные двигатели постоянного тока. Выигрыш - более низкая цена, а штраф - более низкая эффективность. В большинстве современных конструкций используются бескаркасные двигатели PMSM (в основном производства компании) для уменьшения веса и повышения теплового КПД. Это улучшает отношение мощности к весу, но наказывается более высокой стоимостью сборки. Датская компания Copenhagen Subsea производит электрические кольцевые подруливающие устройства, мощность которых подается по периметру, а компоненты двигателя объединены с воздуховодом.
2. Коробка передач: для согласования крутящего момента гребного винта с крутящим моментом двигателя некоторые производители используют редуктор. В большинстве случаев, чтобы уменьшить вес и объем подруливающего устройства, шестерни собираются непосредственно внутри корпуса подруливающего устройства, который используется в качестве корпуса редуктора. Таким образом, вес снижается, но ремонт становится затруднительным, поскольку запасные части нельзя найти на обычном рынке.
3. Прямой привод: в некоторых современных конструкциях, в которых используются двигатели PMSM, отношение крутящего момента двигателя к его диаметр настолько велик, что мотор может вращать гребной винт без редуктора. В подводных подруливающих устройствах с прямым приводом двигатели тяжелее, чем в редукторных подруливающих устройствах, но отсутствие коробки передач компенсирует это. Подруливающие устройства с прямым приводом имеют более высокую надежность, низкий уровень шума и более высокую эффективность, но цены выше, чем подруливающие устройства с редуктором.
4. Драйвер двигателя и электроника: бесщеточные двигатели нуждаются в некоторой электронике, чтобы коммутировать и контролировать их скорость. В ранних версиях приводы были ненадежными, и это приводило к неудовлетворенности пользователей по сравнению с высоконадежными гидравлическими подруливающими устройствами. Недавние разработки в области силовой электроники сделали привод двигателя более эффективным и надежным, дешевым и компактным, чтобы его можно было устанавливать непосредственно на конце двигателя. В современных конструкциях контроллеры двигателей могут не только управлять частотой вращения гребного винта, но и управлять силой тяги в тех случаях, когда требуется тщательный контроль их позиционирования.
5. 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 для всех типов подруливающих устройств. Сообщалось о многих сбоях из-за этой проблемы. Некоторые производители пытаются решить эту проблему, используя магнитные муфты и полностью избегая вращающихся уплотнений. Это повышает надежность уплотнения и вала, но они теряют эффективность из-за ограниченной способности магнитной муфты передавать крутящий момент, и они решают эту проблему за счет использования высокоскоростного пропеллера с низким крутящим моментом. В большинстве моделей КПД составляет всего 25%, что очень мало для подводных двигателей. Магнитные подшипники требуют, чтобы гребной винт вращался на внешних поверхностях корпуса с использованием слоя 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, если основное уплотнение (обычно керамическое уплотнение ) выходит из строя, другие уплотнения обеспечивают безопасность двигателя, и подруливающее устройство может продолжать работу.
6. Пропеллер : Пропеллер - это компонент, который преобразует вращение на тягу. Выбор подходящего гребного винта в значительной степени влияет на характеристики подруливающего устройства. Для каждой гидродинамической нагрузки требуется соответствующий гребной винт для максимальной эффективности, но на рынке отсутствуют стандартные готовые вариации гребного винта, и поэтому невозможно заказать подруливающий двигатель с гребным винтом с максимальной эффективностью. Некоторые компании будут проектировать и разрабатывать винты на заказ, но их цены действительно высоки. Другие компании стараются предложить множество гребных винтов в качестве опций и позволить пользователю выбрать лучший из них, используя диаграммы производительности их двигателей.
7. Сопло : Сопла используются с низкоскоростными двигателями с большой нагрузкой. Большинство ТПА имеют этот тип гидродинамических нагрузок. В высокоскоростных роботах с малой нагрузкой, таких как АНПА, НПА и подводные лодки, двигатели обычно не имеют сопла.
8. Защита гребного винта: гребные винты могут быть повреждены ударом рыбы или других предметов, но могут быть повреждены. вибрировать, если поток к лопастям неоднороден. Конструкция ограждения гребного винта может влиять на поток, поступающий в гребной винт, и, следовательно, на производительность. Некоторые производители оставляют конструкцию защиты гребного винта на усмотрение пользователя, но более эффективным решением является интеграция этой функции с опорными стойками сопла.
9. Корпус: Корпуса подруливающих устройств обычно должны быть устойчивы к коррозии в морской воде. Есть две распространенные версии оболочек; твердый анодированный алюминий и нержавеющая сталь марки 316. Сталь тяжелее, дороже и эластичнее. Алюминий легче и дешевле.
10. Электрический разъем: электрические разъемы являются важным компонентом подводных двигателей. У сторонних поставщиков имеется широкий спектр надежных компонентов.

Существует множество параметров, которые существенно влияют на подводные двигатели. Под водой энергия становится более ценной, поскольку ее трудно передавать (ТПА) или хранить (АНПА, НПА, подводная лодка). Тогда очень важно иметь максимальную эффективность. Привод двигателя, электродвигатель, вал, уплотнение, внешняя геометрия и поверхность гребного винта, сопла и подруливающего устройства - все это влияет на эффективность.

1. Согласование нагрузки гребного винта с крутящим моментом двигателя: Одна из наиболее сложных конструктивных проблем подводных подруливающих устройств - согласование линии нагрузки гребного винта с линией питания двигателя. Если этого не произойдет, общий КПД подруливающего устройства упадет значительно ниже максимального значения или будет использоваться лишь небольшой процент мощности двигателя.
2. Использование правильного гребного винта: диаметр гребного винта, передаточное отношение и тип очень важны для иметь максимальную производительность. Чтобы сделать правильный выбор, необходимо провести много исследований и инженерных разработок.
3. Использование двигателя и драйвера с низким полным гармоническим искажением (THD): двигатели PMSM имеют некоторые проблемы с эффективностью с THD. Двигатели и драйверы с низким THD доступны на рынке (Kolmorgen ), но их цены значительно выше, чем у двигателей с более низким КПД. Только высокотехнологичные подруливающие устройства на рынке, использующие этот тип двигателя и привода (Lian Innovative ).
4. Оптимизированная оболочка подруливающего устройства: изготовление обтекаемого корпуса и рукоятки существенно влияет на эффективность, а изготовление изгибов этого типа геометрии дорого.

Подруливающее устройство с ободным приводом.

• Усовершенствованное электрическое подводное подруливающее устройство, Lian Innovation является производителем ряда подводных подруливающих устройств.
• Общество подводных технологий, SUT - это организация, объединяющая людей, заинтересованных в подводных технологиях
• Innerspace Thrusters, Innerspace разрабатывает и производит подводные двигатели и двигатели.