船舶电力推进技术（第2版）课件 第8章船舶侧推装置

船舶电力推进技术

第八章船舶侧推装置

8.1船舶侧推装置简介8.1.1船舶侧推装置的工作原理图8-1(a)侧推器在所作横剖面上的位置图8-1(b)管道口3、4之俯视图

8.1.1船舶侧推装置的工作原理船舶侧推器的结构很简单，在船舶一端或两端的水下部分作横贯船体的管道，内装螺旋桨，如图8-1是位于侧推器处的船体横剖面示意图。从图中可以看出：当螺旋桨转动时，分别从管道口1、2吸入水流，从管道口3、4排出水流，形成向船侧的排出流。从管道口1、2对称吸入的吸入流，对船体无横向作用力，而从管道口3、4排出的水流，其排出流方向由半环形罩筒控制，如图8-2所示。图8-2(b)是管道口3、4的俯视图。由图8-2(b)的(A)可见：半环形罩筒口朝左，排出流从管道口3排出，管道口4中无水流排出，这是完全不对称排出，使船体获得最大的向右舷方向的推力；由图8-2(b)的(B)可见：半环形罩筒口朝右，排出流从管道口4排出，管道口3中无水流排出，这也是完全不对称排出，使船体获得最大的向左舷方向的推力；由图8-2(b)的(C)可见：半环形罩筒口朝前，排出流从管道口3、4对称排出，对船体无横向作用力；当半环形罩筒口朝非前、非左、非右的某一位置时，排出流分别从管道口3和管道口4不等量排出，这种不等量排出使船体获得向左右舷方向的推力差，推力差的大小和方向由半环形罩筒口的位置确定，控制半环形罩筒口的位置可任意获得所需的作用在船舶上的侧向力。

8.1.2船舶侧推装置的作用和要求船上设侧推器将会起到如下作用：（1）提高船舶的操纵性能，特别是船速为零或船速很慢时的操纵性能；（2）缩短船舶靠离码头的时间；（3）节省拖船费用；（4）提高船舶机动航行时的安全性；（5）可减少主机起动、换向次数，延长主机使用寿命。

8.1.2船舶侧推装置的作用和要求侧推器应满足如下要求：（1）装置结构简单，工作可靠，维护管理方便；（2）应尽可能设在船的端部，以便在同样推力下获得较大的转船力矩；（3）应有足够的浸水深度，以提高侧推器的工作效率。侧推器的螺旋桨轴线离水线距离不得小于它的桨叶直径，以免空气进入螺旋桨处，影响侧推器工作。（4）对船体所造成的附加阻力要小，侧推装置本身的工作效率要高；（5）能根据需要迅速改变推力大小和方向；（6）在侧推器旁及驾驶台均能进行操作。在驾驶台上操作，一般在中央与两翼均可进行。

8.2船舶侧推装置控制系统的组成和原理图8-2船舶侧推系统1：侧向推进器；2:桨角发信器；3:主电机（或柴油机）；4:CTC-P系列侧推起动柜；5:液压系统及油泵电机；6:重力油箱；7:主配电板；8:CTK侧推遥操控制装置；9:风机系统；10:上位机监控系统水泵（可选）；11:海水泵/冷却水泵（可选）。

8.2.1定距桨侧推装置定距桨侧推装置控制系统原理见图8-3：定距桨（1）经联轴器与液压马达（2）相连，液压马达的转向和转速由变量液压泵（3）产生的液压油的流向和流量来控制；而变量液压泵的进口方向和排出量受控于电磁换向阀（4）。系统工作时，变量液压泵的电动机带动泵运动，当伺服变量机构处在零位时，变量液压泵零功率输出。通过电磁换向阀的动作，改变液压变量泵伺服机构的位置来改变变量液压泵的进出口方向和压力油的排量，驱动液压马达正转或反转，提高或降低液压马达的转速，从而达到改变船舶侧向推力的方向和大小的目的。图8-3定距桨侧推装置控制系统原理图1－定距桨侧推器；2－液压马达；3－变量液压泵；4－电磁换向阀；

8.2.1定距桨侧推装置图8-4(B)是驱动马达与螺旋桨同轴线直接接合的型式，这种型式的侧推器结构比较简单，精度较低，工艺也不复杂，虽然存在水线下布油管等问题，但其突出的优点是价格低廉。(a)垂直式(b)直碰式

图8-5液压马达驱动螺旋桨的方式

8.2.2调距桨侧推装置1．调距桨式艏侧推装置系统1为重力油柜；2为浮子开关；3为伺服油泵；4为伺服油泵马达；5为滤器；6为手摇泵；7为球阀；8为导筒；9为桨叶；10为动力油缸；11为曲柄；12为动力活塞；13为密封装置；14为螺旋桨轴；15为活塞杆；16为反馈杆；17为锥齿轮；18为传动轴；19为齿轮箱；20为反馈链条；21为桨叶角发信器；22为锁闭阀；23为液压单元；24为控制阀单元；25为液控三位四通阀；26为电磁三位四通阀；27为放大器；28为操纵台；29为桨叶角指示器；30为操纵钮；31为止回阀；32为压力开关；33为安全阀图8-5调距桨式艏侧推装置系统图

8.2.2调距桨侧推装置2．调距推进装置系统组成（1）调距桨侧推器1）可调距桨（含导管）2）艏侧推电机3）驱动电机起动器4）电动液压模块（2）操控系统1）艏侧推各组成部分需要实现的接口2）系统操纵模式3）操控系统功能

8.2.2调距桨侧推装置操控系统功能艏侧推操控系统主要实现起动、调距、负载限制及保护功能，图8-6为艏侧推控制系统框图。图8-6艏侧推控制系统框图

8.2.2调距桨侧推装置如图8-7所示的变螺距侧推装置控制系统主要是由可变螺距桨、驱动电动机、电磁分配阀、指示控制单元、液压动力站以及螺距角发送器等组成。当控制指示单元(4)发出操作指令后，电磁分配阀(3)打开，液压动力油经电磁分配阀加载于可变螺距侧推装置的伺服油缸，伺服油缸活塞带动桨叶的转动。当螺距角为零时，推力为零；当桨叶转动，螺距角为正时，推力方向朝左，则船首向右回转；当螺距角改变为负时，推力方向朝右，则船首向左回转。只要改变螺距角的方向及大小就可达到改变船舶侧向推力的大小和方向的目的，侧推器的控制操作灵活简便。控制系统工作原理1－变螺距桨；2－驱动电动机；3－电磁分配阀；4－控制指示单元图8-7变螺距侧推装置控制系统原理图

8.3船舶侧推装置的选用要点及其应用8.3.1船舶侧推装置的选用要点选用船舶侧推装置的各个组成构件，要考虑以下六个因素：（1）船型：侧推器安装在船的舷部，在选择侧推器大小时，除了考虑推力的大小外，首先要注意的是该船的艏部线型，要能够安装。其次还要考虑船的肋骨间距，对于中、小型船舶，应尽量不伤及肋骨；（2）航区：选用的侧推器的容量应能解决船舶定位问题，其推力应能克服风、浪和水流的作用；（3）侧推器容量：根据船舶在水线以上和以下的侧面积估算推力，取其大者作为设计推力，但在船型受限制的情况下，应以最大安装限度为标准设计侧推器的容量；（4）功率选择：根据计算出的推力值选定原动机的功率，经验数据是1马力原动机功率可产生约11公斤的推力；（5）类型选择：定距桨结构简单，制造方便，使用可靠，但其操纵性能差；调距桨操纵性能好，但结构复杂，制造困难，成本高；（6）原动机选择：侧推器的原动机形式有电动机、柴油机和液压马达三种。电动机初期投资省、使用方便、体积小、噪音小，但船上需配置较大容量的电站；柴油机体积大、噪音较大、设备较复杂，但独立性强；液压马达通常用在小船上，液压元件造价较高，维修工作量大。

8.4船舶侧推装置设计举例侧推器分为可调螺距和固定螺距侧向推进器，原动机常用电动机，也可采用柴油机和液压马达驱动。侧推功率从小到大，最大可以做到1500kW。图8-8侧推器内部结构示意图图8-9安装于船舶上的侧推器

8.4船舶侧推装置设计举例以琼洲海峡某21车渡轮为例，介绍安装侧推力器的设计方案。（1）21车渡轮的主要尺度满载排水量△=1191.915吨航速V=10节肋骨间距S=0.55米轻载艏吃水dF=1.48米水上受风面积A上侧=385.6米2水下侧面积A下侧=153.1米2

8.4船舶侧推装置设计举例（2）总体设计方案该船属于营运中的船舶，在设计时，首先考虑船型、电机功率、经济性等条件的限制。该船舷部线型尖瘦，在距舷垂线6.05米往后为水舱，侧推力器只能安装在距舷垂线4~5米的三个肋位之间，肋骨间距为550毫米，为保证船体强度孔道直径不能过大。选择电动机带动，但功率不宜过大，以避免改动主配电板。总体设计如下：在距舷垂线4~5米的地方，分别开两条左、右舷贯穿的孔道，其中一条孔道在左舷侧安装螺旋桨，另一条在右舷侧安装螺旋桨。螺旋桨用伞齿轮和轴与电动机联接，轴上套水密环，以防止水渗入船舱内，电动机安装在高于轻载吃水的一个平台上，并用线路与主配电板连接，可以在驾驶室操纵。

8.4船舶侧推装置设计举例（3）侧推力的计算参考《船舶科技简明手册》可知，渡轮水上侧面积风推力的风压取P风＝4.5公斤/米2，水下受水推力的水压取P水=12.5公斤/米2。因此可得，水上侧推力T上侧=A上侧×P风=385.6×4.5＝1735.2公斤，水下侧推力T下侧＝A下侧×P水=153.1×12.5=1913.75公斤。设计取较大者，船舶所受的侧推力T=1913.75公斤。（4）螺旋桨设计轻载舷吃水为1.48米，螺旋桨轴线距水面一般应为1.5倍螺旋桨直径，肋骨间距为550毫米，从安装上考虑，确定螺旋桨轴线距基线高为800毫米，选用直径为380毫米的无侧斜的4叶桨，转速为400r/min。

8.4船舶侧推装置设计举例（5）电动机选择该船