吊舱推进器温升试验方法设计研究
发布时间：2021-03-28 22:01
介绍了吊舱推进器功率密度高、节省舱室空间的优势,指出了推进电机温升水平直接决定了吊舱推进器性能优劣。推进电机温升主要来自绕组线圈发热、推力轴承摩擦发热和支承轴承摩擦发热,并且受试验环境影响。如何求解绕组温升、推力轴承温升、支承轴承温升与试验环境关系,关系吊舱推进器试验设计成功与否。文章从推进电机发热与试验环境热交换的耦合关系建立温升数学模型,得到推进电机和试验环境的稳定温度,为合理、科学的试验环境设计提供理论依据。同时,通过2 MW吊舱推进器动态加载试验对分析模型进行验证。
【文章来源】：船舶工程. 2020,42(S1)北大核心CSCD
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
循环水理论温升曲线2.2轴承冷却能力计算
吊舱推进器温升试验方法设计研究—190—图1吊舱推进器示意图1推进电机热损耗计算1.1轴承热损耗计算根据SKF轴承摩擦力矩计算模型，轴承因摩擦造成的损耗功率为4bP1.0510Mn（1）式中：Pb为损耗功率，W；M为轴承总摩擦力矩，N·mm；n为转速，r/min。轴承总摩擦力矩M的计算模型为rrslsealdragMMMMM（2）式中：Mrr为滚动摩擦力矩；Msl为滑动摩擦力矩；Mseal为密封件摩擦力矩；Mdrag为由于拖曳损失、搅动和飞溅等导致的摩擦力矩。根据吊舱推进器轴承技术参数，可解得推力轴承热损耗功率为Pb1=800W，支承轴承热损耗功率为Pb2=250W。1.2绕组线圈热损耗计算推进电机有效功率η为96%，总功率P为2500kW，故其损耗功率为mPP1（3）计算得到：Pm=100kW。2试验冷却能力计算2.1循环水冷却能力计算从热损耗计算可知，吊舱发热量主要来自推进电机绕组线圈，轴承热损耗不足其1%，故试验冷却能力设计时以绕组热损耗功率为计算依据。试验时，吊舱推进器浸没于循环水中进行冷却，循环水进口温度为32℃，稳定温度要求低于38℃。任意时刻，循环水温度计算公式（忽略循环水与外界自然热交换）[7]为w0t0w()CmTTTTTCM（4）式中：T为实时温度；T0为初始温度，即循环水进水温度，设为32℃；ΔTt为推进电机发热与时间t的关系，ΔTt=(Pmt)/(CwM)；w0w()CmTTCM为冷却水进来后，整体下降的温度；Cw为水
吊舱推进器温升试验方法设计研究—191—图3推力轴承与支承轴承理论温升曲线3试验分析2MW吊舱推进器满负荷动态连续加载试验数据显示，循环水稳定温度低于35℃，推力轴承稳定温度低于70℃，支承轴承稳定温度低于65℃，均符合试验温升要求，如图4和图5所示。其中，循环水与推力轴承稳定温度与理论分析较为符合，支承轴承稳定温度低于理论分析温度。主要原因在于支承轴承靠近螺旋桨轴处，试验时螺旋桨（试验专用）搅动水流，使其散热能力大幅提高，故温升偏低。图4循环水试验温升曲线图5推力轴承与支承轴承试验温升曲线4结论本文分析了吊舱推进器热损耗主要发生在推进电机绕组线圈、推力轴承和支承轴承，通过轴承摩擦热损耗计算模型和推进电机工作效率，得到热损耗功率。以热交换和热传递原理，分别建立了循环水冷却计算模型和轴承冷却计算模型。根据试验环境设计参数，完成循环水、推力轴承和支承轴承理论温升曲线分析。通过与2MW吊舱推进器满负荷动态连续加载试验数据分析，验证了本文温升计算模型的可行性。该理论计算模型，将为更大功率吊舱试验冷却能力的设计与建设提供参考。参考文献：[1]马聘.舰船吊舱推进器水动力学[M].北京:国防工业出版社,2009.[2]盛振邦,刘应中.船舶原理（下）[M].上海:上海交通大学出版社,2004.[3]刘洪梅,许文兵,陈雄.吊舱推进器与传统推进船舶操纵性能对比分析[J].船舶力学,2011,15(5):463-467.[4]张庆文.吊舱电力推进装置及其螺旋桨设计研究[D].辽宁大连:大连理工大学,2005.[5]曾志威.船用吊舱推进器结构强度的研究[D].江苏:江苏科技大学,2015.[6]马聘,杨晨俊,钱正芳.POD推进器推进性能预报理论研究[J].
【参考文献】：
期刊论文
[1]吊舱推进与传统推进船舶操纵性能对比分析[J]. 刘洪梅,许文兵,陈雄,肖龙,钟文军,韩阳. 船舶力学. 2011(05)
[2]POD推进器推进性能预报理论研究[J]. 马骋,杨晨俊,钱正芳,张旭. 华中科技大学学报(自然科学版). 2004(03)
硕士论文
[1]船用吊舱推进器结构强度的研究[D]. 曾志威.江苏科技大学 2015
[2]吊舱电力推进装置及其螺旋桨设计研究[D]. 张庆文.大连理工大学 2006
本文编号：3106315
【文章来源】：船舶工程. 2020,42(S1)北大核心CSCD
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
循环水理论温升曲线2.2轴承冷却能力计算
吊舱推进器温升试验方法设计研究—190—图1吊舱推进器示意图1推进电机热损耗计算1.1轴承热损耗计算根据SKF轴承摩擦力矩计算模型，轴承因摩擦造成的损耗功率为4bP1.0510Mn（1）式中：Pb为损耗功率，W；M为轴承总摩擦力矩，N·mm；n为转速，r/min。轴承总摩擦力矩M的计算模型为rrslsealdragMMMMM（2）式中：Mrr为滚动摩擦力矩；Msl为滑动摩擦力矩；Mseal为密封件摩擦力矩；Mdrag为由于拖曳损失、搅动和飞溅等导致的摩擦力矩。根据吊舱推进器轴承技术参数，可解得推力轴承热损耗功率为Pb1=800W，支承轴承热损耗功率为Pb2=250W。1.2绕组线圈热损耗计算推进电机有效功率η为96%，总功率P为2500kW，故其损耗功率为mPP1（3）计算得到：Pm=100kW。2试验冷却能力计算2.1循环水冷却能力计算从热损耗计算可知，吊舱发热量主要来自推进电机绕组线圈，轴承热损耗不足其1%，故试验冷却能力设计时以绕组热损耗功率为计算依据。试验时，吊舱推进器浸没于循环水中进行冷却，循环水进口温度为32℃，稳定温度要求低于38℃。任意时刻，循环水温度计算公式（忽略循环水与外界自然热交换）[7]为w0t0w()CmTTTTTCM（4）式中：T为实时温度；T0为初始温度，即循环水进水温度，设为32℃；ΔTt为推进电机发热与时间t的关系，ΔTt=(Pmt)/(CwM)；w0w()CmTTCM为冷却水进来后，整体下降的温度；Cw为水
吊舱推进器温升试验方法设计研究—191—图3推力轴承与支承轴承理论温升曲线3试验分析2MW吊舱推进器满负荷动态连续加载试验数据显示，循环水稳定温度低于35℃，推力轴承稳定温度低于70℃，支承轴承稳定温度低于65℃，均符合试验温升要求，如图4和图5所示。其中，循环水与推力轴承稳定温度与理论分析较为符合，支承轴承稳定温度低于理论分析温度。主要原因在于支承轴承靠近螺旋桨轴处，试验时螺旋桨（试验专用）搅动水流，使其散热能力大幅提高，故温升偏低。图4循环水试验温升曲线图5推力轴承与支承轴承试验温升曲线4结论本文分析了吊舱推进器热损耗主要发生在推进电机绕组线圈、推力轴承和支承轴承，通过轴承摩擦热损耗计算模型和推进电机工作效率，得到热损耗功率。以热交换和热传递原理，分别建立了循环水冷却计算模型和轴承冷却计算模型。根据试验环境设计参数，完成循环水、推力轴承和支承轴承理论温升曲线分析。通过与2MW吊舱推进器满负荷动态连续加载试验数据分析，验证了本文温升计算模型的可行性。该理论计算模型，将为更大功率吊舱试验冷却能力的设计与建设提供参考。参考文献：[1]马聘.舰船吊舱推进器水动力学[M].北京:国防工业出版社,2009.[2]盛振邦,刘应中.船舶原理（下）[M].上海:上海交通大学出版社,2004.[3]刘洪梅,许文兵,陈雄.吊舱推进器与传统推进船舶操纵性能对比分析[J].船舶力学,2011,15(5):463-467.[4]张庆文.吊舱电力推进装置及其螺旋桨设计研究[D].辽宁大连:大连理工大学,2005.[5]曾志威.船用吊舱推进器结构强度的研究[D].江苏:江苏科技大学,2015.[6]马聘,杨晨俊,钱正芳.POD推进器推进性能预报理论研究[J].
【参考文献】：
期刊论文
[1]吊舱推进与传统推进船舶操纵性能对比分析[J]. 刘洪梅,许文兵,陈雄,肖龙,钟文军,韩阳. 船舶力学. 2011(05)
[2]POD推进器推进性能预报理论研究[J]. 马骋,杨晨俊,钱正芳,张旭. 华中科技大学学报(自然科学版). 2004(03)
硕士论文
[1]船用吊舱推进器结构强度的研究[D]. 曾志威.江苏科技大学 2015
[2]吊舱电力推进装置及其螺旋桨设计研究[D]. 张庆文.大连理工大学 2006
本文编号：3106315
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