CN101475050A - 半潜式平台动力定位模型试验推进装置 - Google Patents
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Abstract
一种半潜式平台动力定位模型试验推进装置，属于海洋工程领域。本发明包括：全回转实现机构、主传动机构，主传动机构的轴系设置在全回转实现机构的内部，第一轴承、第二轴承设置在内轴上，第一直齿轮设置在步进电机上，第一直齿轮与第二直齿轮啮合，第二直齿轮设置在外轴上端，外轴上设有吊舱和导管，外轴通过第一推力轴承和第二推力轴承连接在外轴套中，第三轴承设置在靠近螺旋桨端的吊舱的一端。本发明采用主传动机构、全回转机构，简化轴系，合理利用空间，保证设置的灵活性。在不影响主传动机构运作的基础上，本发明能够全方位回转，实现360°全方位推进，提高了动力定位推进系统的响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种海洋平台工程技术领域的推进装置，具体是一种半潜式平台动力定位模型试验推进装置。
背景技术
半潜式平台动力定位推进装置是深海动力定位推进系统的执行机构，接受控制系统发出的推力指令产生推力。深海动力定位推进系统一般采用全回转推进器，全回转推进器按传递轴系的不同，可分为Z型全回转推进器和L型全回转推进器，其主要特征是能够实现360°全方位推进。就目前而言，国内外有关半潜式平台动力定位模型试验还较少，究其原因，很大程度上是因为半潜式平台动力定位模型试验推进装置的轴系设计、电机布置和密封的实现方法上存在较大困难。具体可归纳为以下几点：
1、半潜式平台动力定位模型试验推进装置包括全回转实现机构和主传动机构，这两机构须整合在一起，且互不干扰；
2、模型尺寸较小，浮体内部空间有限，不利于系统的设置，必须合理的布置电机和简化传递轴系，以充分利用空间；
3、半潜式平台动力定位模型试验在深水池中进行，推进器设置在浮体底部，因此需要解决推进器转轴处的动态密封问题，防止进水，以免造成电机损坏、防止平台模型参数因为进水发生变化。
因此根据现有功能半潜式平台动力定位模型试验推进装置在结构上需要满足如下，其结构包括：全回转实现机构、主传动机构，主传动机构的轴系设置在全回转实现机构的内部。主传动机构包括：电机、锥齿轮、轴承、内轴、螺旋桨轴、螺旋桨等；全回转实现机构包括：电机、直齿轮、外轴、外轴套、吊舱、轴承、导管等。
该装置既要实现伺服电机与螺旋桨间的扭矩传递以及360°全回转实现机构，又要实现动力定位模型试验推进装置的动态密封，防止进水，保证电机安全，在设计设置和密封上都有严格的要求，半潜式平台动力定位模型试验推进装置的设计是半潜式平台动力定位模型试验中重要的环节。
经对现有技术文献检索发现，吴中强在《武汉交通职业学院学报》2005年3月第7卷第1期上发表的《全方位推进装置的优化和发展研究》中介绍了多种关于全方位推进装置的型式，推进装置型式上包括：对桨式、串桨式、导管式。工程应用中，全方位推进装置的设计复杂，特别是深水密封问题的处理、散热系统的设计等都涉及到材料制作工艺水平，在动力定位模型试验中，无法完全按工程应用上的思路来设计，只能根据模型试验的要求，做出一些合理的简化，在现有的试验技术条件下，尽可能的减低模型试验成本，提高试验效率及试验水平。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种半潜式平台动力定位模型试验推进装置，为更深层次的动力定位试验模型设计提供可能，为实现深海半潜式动力定位模型试验奠定基础。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：主传动机构、全回转实现机构。主传动机构的轴系设置在全回转实现机构的内部。
所述的主传动机构包括：伺服电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一轴承、第二轴承、内轴、第三锥齿轮、第四锥齿轮、螺旋桨轴、螺旋桨。内轴两端分别设置第二锥齿轮和第三锥齿轮，第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合，第一锥齿轮设置在伺服电机上，第三锥齿轮与第四锥齿轮啮合，第四锥齿轮设置在螺旋桨轴上，螺旋桨设置在螺旋桨轴上，第一轴承、第二轴承设置在内轴上。
所述的全回转实现机构包括：步进电机、第一直齿轮、第二直齿轮、第一推力轴承、外轴、外轴套、第二推力轴承、吊舱、第三轴承、导管。第一直齿轮设置在步进电机上，第一直齿轮与第二直齿轮啮合，第二直齿轮设置在外轴上端，外轴上设有吊舱和导管，外轴通过第一推力轴承和第二推力轴承连接在外轴套中，第三轴承设置在吊舱的前端。
所述的内轴通过第一轴承、第二轴承设置在外轴内部。内轴上设有O型密封槽、卡簧槽，内轴通过O型密封圈、卡簧与外轴相连。所述的外轴上设有O型密封槽、卡簧槽，外轴通过O型密封圈、卡簧与外轴套相连。
所述的外轴、外轴套之间采用间隙配合。
所述的吊舱为流线型。
所述的导管与螺旋桨轴的倾斜角为4°～8°。
本发明设计的动力定位模型试验装置能实现360°全方位推进。本发明的主传动机构和全回转实现机构整合在一起，可以同时运转，彼此之间互不干扰；主传动机构和全回转实现机构可同时改变螺旋桨的运行状态，从而提高推进效率，减少推进系统的响应时间。主传动机构通过换向传递轴系带动螺旋桨绕桨轴旋转产生推力；而全回转实现机构由步进电机驱动，全回转实现机构不影响主传动机构轴系力矩和力的传递，全回转实现机构仅对主传动机构中螺旋桨的方位角造成影响，步进电机带动推进装置全方位回转，从而改变螺旋桨的方位角，使推进装置能够在360°任意方向上产生推力。
本发明采用主传动机构、全回转机构，简化轴系，合理利用空间，保证设置的灵活性。主传动机构的使用，合理的简化了推进系统的轴系，提高了推进效率；同时在不影响主传动机构运作的基础上，本发明能够全方位回转，实现360°全方位推进，提高了动力定位推进系统的响应速度。本发明基于动力定位模型试验，为深海动力定位模型试验奠定了基础。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：主传动机构、全回转实现机构。主传动机构的轴系设置在全回转实现机构的内部。
所述的主传动机构包括：伺服电机1、第一锥齿轮2、第二锥齿轮3、第一轴承4、第二轴承5、内轴6、第三锥齿轮7、第四锥齿轮8、螺旋桨轴9、螺旋桨10。内轴6两端分别设置第二锥齿轮3和第三锥齿轮7，第二锥齿轮3与第一锥齿轮2啮合，第一锥齿轮2设置在伺服电机1上，第三锥齿轮7与第四锥齿轮8啮合，第四锥齿轮8设置在螺旋桨轴9上，螺旋桨10设置在螺旋桨轴9上，第一轴承4、第二轴承5设置在内轴6上。
所述的全回转实现机构包括：步进电机11、第一直齿轮12、第二直齿轮13、第一推力轴承14、外轴15、外轴套16、第二推力轴承17、吊舱18、第三轴承19、导管20。第一直齿轮12设置在步进电机11上，第一直齿轮12与第二直齿轮13啮合，第二直齿轮13设置在外轴15上端，外轴15上设有吊舱18和导管20，外轴15通过第一推力轴承14和第二推力轴承17连接在外轴套16中，第三轴承19设置在吊舱18的前端。
所述的内轴6通过第一轴承4、第二轴承5设置在外轴15内部。内轴6上设有O型密封槽、卡簧槽，内轴6通过O型密封圈、卡簧与外轴15相连。
所述的外轴15上设有O型密封槽、卡簧槽，外轴15通过O型密封圈、卡簧与外轴套16相连。
所述的外轴15、外轴套16之间采用间隙配合。
所述的吊舱18为流线型。
所述的导管20与螺旋桨轴9的倾斜角为4°～8°。
内轴6根据浮体的厚度设计，内轴6通过第一轴承4、第二轴承5设置在外轴15内部，螺旋桨轴9通过第三轴承19设置在吊舱18内部，内轴6上设置有规格合适的O型密封圈和卡簧，作用是保证半潜式平台动力定位模型试验推进装置的密封和限制内轴6的上下运动。
吊舱18设计成流线型，目的是提高推进系统的水动力性能；导管20相对于螺旋桨轴倾斜4°～8°设置，目的是减少推进装置与浮体之间的水动力干扰，减少推进装置之间的水动力干扰；外轴10与外轴套11之间为间隙配合，外轴10上设置有O型密封圈和卡簧，作用是保证推进装置在此处的动态密封和限制外轴15的上下运动。
当半潜式平台动力定位模型试验推进装置前进时(即主传动机构工作)，伺服电机1带动第一锥齿轮2旋转，第一锥齿轮2与第二锥齿轮3啮合带动内轴6旋转，内轴6下端设置的第三锥齿轮7与第四锥齿轮8啮合，带动螺旋桨轴9旋转，从而带动螺旋桨10旋转。
当半潜式平台动力定位模型试验推进装置回转时(即全回转实现机构工作)，步进电机11带动第一直齿轮12转动，第一直齿轮12与第二直齿轮13啮合带动外轴15转动，外轴15与吊舱18、导管20固定设置成一个整体，即改变半潜式平台动力定位模型试验推进装置的方位角，使得推进装置能在360°范围内产生推力，实现全回转。
当半潜式平台动力定位模型试验推进装置前进回转时(即主传动机构、全回转实现机构工作)，伺服电机1运转，带动第一锥齿轮2旋转，第一锥齿轮2与第二锥齿轮3啮合带动内轴6旋转，内轴6带动第一轴承4、第二轴承5内圈运动，而第一轴承4、第二轴承5外圈不动，不对全回转实现机构产生影响。内轴6下端设置的第三锥齿轮7与第四锥齿轮8啮合，带动螺旋桨轴9旋转，从而带动螺旋桨10旋转，推动前进。同时，步进电机11运转，带动第一直齿轮12转动，第一直齿轮12与第二直齿轮13啮合带动外轴15转动，外轴15带动第一推力轴承14和第二推力轴承17内圈运动，第一推力轴承14和第二推力轴承17外圈不动，外轴套16不动，外轴15与吊舱18、导管20固定设置成一个整体，即改变半潜式平台动力定位模型试验推进装置的方位角，使得推进装置能在360°范围内产生推力，实现全回转。
Claims (6)
1、一种半潜式平台动力定位模型试验推进装置，包括：全回转实现机构、主传动机构，所述的主传动机构包括：伺服电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一轴承、第二轴承、内轴、第三锥齿轮、第四锥齿轮、螺旋桨轴、螺旋桨，所述的全回转实现机构包括：步进电机、第一直齿轮、第二直齿轮、第一推力轴承、外轴、外轴套、第二推力轴承、吊舱、第三轴承、导管，其特征在于，主传动机构的轴系设置在全回转实现机构的内部，内轴两端分别设置第二锥齿轮和第三锥齿轮，第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合，第一锥齿轮设置在伺服电机上，第三锥齿轮与第四锥齿轮啮合，第四锥齿轮设置在螺旋桨轴上，螺旋桨设置在螺旋桨轴上，第一轴承、第二轴承设置在内轴上，第一直齿轮设置在步进电机上，第一直齿轮与第二直齿轮啮合，第二直齿轮设置在外轴上端，外轴上设有吊舱和导管，外轴通过第一推力轴承和第二推力轴承连接在外轴套中，第三轴承设置在靠近螺旋桨端的吊舱的一端。
2、根据权利要求1所述的半潜式平台动力定位模型试验推进装置，其特征是，所述的内轴通过第一轴承、第二轴承设置在外轴内部，内轴上设有O型密封槽、卡簧槽，内轴通过O型密封圈、卡簧与外轴相连。
3、根据权利要求1所述的半潜式平台动力定位模型试验推进装置，其特征是，所述的外轴上设有O型密封槽、卡簧槽，外轴通过O型密封圈、卡簧与外轴套相连。
4、根据权利要求1或3所述的半潜式平台动力定位模型试验推进装置，其特征是，所述的外轴、外轴套之间为间隙配合。
5、根据权利要求1所述的半潜式平台动力定位模型试验推进装置，其特征是，所述的吊舱为流线型。
6、根据权利要求1所述的半潜式平台动力定位模型试验推进装置，其特征是，所述的导管与螺旋桨轴的倾斜角为4°～8°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20090708 |