CN108298053A - 具有实时测力功能的全回转推进器及推进控制方法 - Google Patents

具有实时测力功能的全回转推进器及推进控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有实时测力功能的全回转推进器，它包括吊舱杆、旋转台、应力传感器、滑环、推进器壳体、与推进器壳体前端密封连接的推进器前盖、与推进器壳体后端密封连接的推进器后盖、固定在推进器壳体中的电机、通过轴承设置在推进器前盖内的桨轴、安装在桨轴一端的螺旋桨，其中，所述电机的转轴通过联轴器连接桨轴的另一端，吊舱杆的底端固定连接推进器壳体，吊舱杆的顶端固定连接应力传感器的应变片，应力传感器的基座与滑环旋转部和旋转台的旋转部固定连接，滑环的定位部和旋转台的定位部固定连接；该推进器能实时反馈推进器推力的大小和方向，提高了动力定位的精度。

Description

具有实时测力功能的全回转推进器及推进控制方法
技术领域
本发明涉及船舶推进器技术领域，具体涉及一种具有实时测力功能的全回转推进器及推进控制方法。
背景技术
随着人类对海洋资源的开发，传统的锚泊定位已不能满足人类对海洋资源的开发要求，更高要求的动力定位研究是人类亟待解决重要课题，其中全回转推进器是动力定位系统普遍采用的推进器。
动力定位在定位过程中，要根据外界环境力实时调整推进器的转速和方向，传统的全回转推进器没有测力功能，只能通过系泊实验估计出推力和转速之间的关系，而传统的全回转推进器推力跟转速的关系是在敞水条件下得到的近似值，与在船舶工作时船后得到的真实值之间会存在一定的偏差，这就对控制算法提出了较高的要求，并在一定程度上影响动力定位的精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有实时测力功能的全回转推进器及推进控制方法，该推进器能实时反馈推进器推力的大小和方向，提高了动力定位的精度。
为解决上述技术问题，本发明公开的一种具有实时测力功能的全回转推进器，其特征在于：它包括吊舱杆、旋转台、应力传感器、滑环、推进器壳体、与推进器壳体前端密封连接的推进器前盖、与推进器壳体后端密封连接的推进器后盖、固定在推进器壳体中的电机、通过轴承设置在推进器前盖内的桨轴、安装在桨轴一端的螺旋桨，其中，所述电机的转轴通过联轴器连接桨轴的另一端，吊舱杆的底端固定连接推进器壳体，吊舱杆的顶端固定连接应力传感器的应变片，应力传感器的基座与滑环旋转部和旋转台的旋转部固定连接，滑环的定位部和旋转台的定位部固定连接，应力传感器用于测量船舶水平方向的应力；
所述应力传感器的信号输出端通过滑环过渡连接远程控制单元的应力信号通信端，电机的转速反馈信号输出端通过滑环过渡连接远程控制单元的转速反馈信号通信端，远程控制单元的电机控制信号输出端通过滑环过渡连接电机的控制端。
一种上述推进器的推进控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：推进器工作时，远程控制单元控制电机工作，电机的旋转轴通过联轴器带动桨轴和螺旋桨转动，从而驱动船体前进；
步骤2：应力传感器实时感应吊舱杆受到的水平应力，该水平应力即为推进器的实际推力大小，并将该水平应力实时传输给远程控制单元，同时，电机实时将转速反馈给远程控制单元，远程控制单元根据船舶运动过程中需要的推力大小和推进器的实际推力大小对电机的转速进行调整，使螺旋桨产生的推力实时地跟船舶实际所需要的推力相匹配。
所述步骤2中，步进电机向远程控制控制单元反馈步进电机旋转位置信号，使远程控制单元获得当前时刻推进器的旋转角度，同时远程控制单元根据船舶实际所需要的推力方向通过步进电机控制旋转台的旋转部转动，达到船舶实际推力所需要的方向，使推进器发出的推力方向与船舶实际所需要的推力方向相匹配。
本发明的有益效果：
对于动力定位船舶而言，船舶需要在复杂的海况下根据外界环境力变化实时调整推进器的转速和方向。本发明提出了一种具有实时测力功能的全回转推进器，对螺旋桨推力实现实时监控，保证动力定位船舶能根据外界环境力的变化准确的发出相应推力，减少因推力估算不准确造成的能源损失，提高了船舶的定位精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的中推进器的结构示意图；
图3为本发明的电控部分原理框图；
其中，1—堵头、2—限位凸起、3—鱼线、4—后盖密封圈、5—电机、6—推进器壳体、7—电机固定螺栓、8—骨架油封、9—前盖密封圈、10—前盖固定螺栓、11—联轴器、12—轴承压盖固定螺栓、13—轴承压盖、14—圆螺母、15—桨罩固定螺栓、16—桨罩、17—桨轴、18—推进器前盖、19—轴承、20—机械密封、21—前端盖密封圈、22—前端盖、23—螺旋桨、24—防松螺母、25—吊舱杆、26—旋转台、27—应力传感器、28—滑环、28.1—滑环旋转部、28.2—滑环的定位部、29—步进电机、30—远程控制单元、31—推进器后盖。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明的具有实时测力功能的全回转推进器，如图1～3所示，它包括吊舱杆25、旋转台26、应力传感器27、滑环28、推进器壳体6、与推进器壳体6前端密封连接的推进器前盖18、与推进器壳体6后端密封连接的推进器后盖31、固定在推进器壳体6中的电机5(伺服电机)、通过轴承19设置在推进器前盖18内的桨轴17、安装在桨轴17一端的螺旋桨23，其中，所述电机5的转轴通过联轴器11连接桨轴17的另一端，吊舱杆25的底端固定连接推进器壳体6，吊舱杆25的顶端固定连接应力传感器27的应变片(测量部)，应力传感器27的基座(固定部)与滑环28旋转部28.1和旋转台26的旋转部固定连接，滑环28的定位部28.2和旋转台26的定位部固定连接，旋转台26的定位部(台架)用于与船体固定连接，保证整个吊舱推进器固定在甲板上，应力传感器27用于测量船舶水平方向的应力；
所述应力传感器27的信号输出端通过滑环28过渡连接远程控制单元30的应力信号通信端，电机5的转速反馈信号输出端通过滑环28过渡连接远程控制单元30的转速反馈信号通信端，远程控制单元30的电机控制信号输出端通过滑环28过渡连接电机5的控制端。
上述技术方案中，所述旋转台26的旋转部由步进电机29驱动旋转，旋转台26的旋转部上安装有旋转台转角监测装置31(光电管)，通过旋转台转角监测装置31对旋转台转角的监测，能实现旋转台转向的归零，归零之后旋转台转向的角度就是推力的方向。
上述技术方案中，所述步进电机29的旋转位置反馈信号输出端连接远程控制单元30的步进电机旋转位置信号通信端，远程控制单元30的步进电机控制信号输出端连接步进电机29的控制端。实现对旋转角度的实时反馈。
上述技术方案中，所述推进器壳体6后端与推进器后盖31之间通过后盖密封圈4和鱼线3密封连接。
上述技术方案中，所述推进器壳体6上设有气密性检测口，气密性检测口上设有堵头1。气密性检测口用于检测推进器的气密性，保证推进器壳体6内不漏水，检测完成后通过堵头1密封。
上述技术方案中，所述电机5通过电机固定螺栓7固定在推进器壳体6上，电机5的转轴通过骨架油封8与推进器前盖18之间实现密封，推进器前盖18通过前盖固定螺栓10与推进器壳体6固定连接，推进器前盖18与推进器壳体6之间通过前盖密封圈9密封连接。
上述技术方案中，所述推进器前盖18的桨轴安装孔一端部设有前端盖22，前端盖22与桨轴17之间设有机械密封20，前端盖22与推进器前盖18的桨轴安装孔之间设有前端盖密封圈21，推进器前盖18的桨轴安装孔另一端通过轴承压盖固定螺栓12固定有轴承压盖13，轴承压盖13和桨轴安装孔上的限位凸起2对轴承19进行轴向限位，桨轴17上设置有与轴承19轴向限位的圆螺母14。
上述技术方案中，所述推进器前盖18通过桨罩固定螺栓15安装有桨罩16，螺旋桨23通过防松螺母24固定在桨轴17一端。
上述技术方案中，在距离滑环底部一定距离的吊舱杆上开一钻孔，将滑环与应力传感器连接的电源线和信号线从此孔穿出，并通过防水盒与应力传感器的电源线和信号线相连接，防止在恶劣环境下工作时造成滑环和应力传感器线路短路。吊舱杆在钻孔截断，并在下半部分打胶密封，防止在恶劣水面上航行时水通过钻孔流入毂包，造成电机和应力传感器线路短路。
一种上述推进器的推进控制方法，它包括如下步骤：
步骤1：推进器工作时，远程控制单元30控制电机5工作，电机5的旋转轴通过联轴器11带动桨轴17和螺旋桨23转动，从而驱动船体前进；
步骤2：应力传感器27实时感应吊舱杆25受到的水平应力，该水平应力即为推进器的实际推力大小，并将该水平应力实时传输给远程控制单元30，电机5实时将电机的转速反馈给远程控制单元30，远程控制单元30根据船舶运动过程中需要的推力大小和推进器的实际推力大小对电机5的转速进行调整，使螺旋桨23产生的推力实时地跟船舶实际所需要的推力相匹配。
上述技术方案的步骤2中，步进电机29向远程控制控制单元30反馈步进电机旋转位置信号，使远程控制单元30获得当前时刻推进器的旋转角度(即推力的方向)，同时远程控制单元30根据船舶实际所需要的推力方向通过步进电机29控制旋转台26的旋转部转动，达到船舶实际推力所需要的方向，使推进器发出的推力方向与船舶实际所需要的推力方向相匹配。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种具有实时测力功能的全回转推进器，其特征在于：它包括吊舱杆(25)、旋转台(26)、应力传感器(27)、滑环(28)、推进器壳体(6)、与推进器壳体(6)前端密封连接的推进器前盖(18)、与推进器壳体(6)后端密封连接的推进器后盖(31)、固定在推进器壳体(6)中的电机(5)、通过轴承(19)设置在推进器前盖(18)内的桨轴(17)、安装在桨轴(17)一端的螺旋桨(23)，其中，所述电机(5)的转轴通过联轴器(11)连接桨轴(17)的另一端，吊舱杆(25)的底端固定连接推进器壳体(6)，吊舱杆(25)的顶端固定连接应力传感器(27)的应变片，应力传感器(27)的基座与滑环(28)旋转部(28.1)和旋转台(26)的旋转部固定连接，滑环(28)的定位部(28.2)和旋转台(26)的定位部固定连接，应力传感器(27)用于测量船舶水平方向的应力；
所述应力传感器(27)的信号输出端通过滑环(28)过渡连接远程控制单元(30)的应力信号通信端，电机(5)的转速反馈信号输出端通过滑环(28)过渡连接远程控制单元(30)的转速反馈信号通信端，远程控制单元(30)的电机控制信号输出端通过滑环(28)过渡连接电机(5)的控制端。
2.根据权利要求1所述的具有实时测力功能的全回转推进器，其特征在于：所述旋转台(26)的旋转部由步进电机(29)驱动旋转，旋转台(26)的旋转部上安装有旋转台转角监测装置(31)。
3.根据权利要求2所述的具有实时测力功能的全回转推进器，其特征在于：所述步进电机(29)的旋转位置反馈信号输出端连接远程控制单元(30)的步进电机旋转位置信号通信端，远程控制单元(30)的步进电机控制信号输出端连接步进电机(29)的控制端。
4.根据权利要求1所述的具有实时测力功能的全回转推进器，其特征在于：所述推进器壳体(6)后端与推进器后盖(31)之间通过后盖密封圈(4)和鱼线(3)密封连接。
5.根据权利要求1所述的具有实时测力功能的全回转推进器，其特征在于：所述推进器壳体(6)上设有气密性检测口，气密性检测口上设有堵头(1)。
6.根据权利要求1所述的具有实时测力功能的全回转推进器，其特征在于：所述电机(5)通过电机固定螺栓(7)固定在推进器壳体(6)上，电机(5)的转轴通过骨架油封(8)与推进器前盖(18)之间实现密封，推进器前盖(18)通过前盖固定螺栓(10)与推进器壳体(6)固定连接，推进器前盖(18)与推进器壳体(6)之间通过前盖密封圈(9)密封连接。
7.根据权利要求1所述的具有实时测力功能的全回转推进器，其特征在于：所述推进器前盖(18)的桨轴安装孔一端部设有前端盖(22)，前端盖(22)与桨轴(17)之间设有机械密封(20)，前端盖(22)与推进器前盖(18)的桨轴安装孔之间设有前端盖密封圈(21)，推进器前盖(18)的桨轴安装孔另一端通过轴承压盖固定螺栓(12)固定有轴承压盖(13)，轴承压盖(13)和桨轴安装孔上的限位凸起(2)对轴承(19)进行轴向限位，桨轴(17)上设置有与轴承(19)轴向限位的圆螺母(14)。
8.根据权利要求1所述的具有实时测力功能的全回转推进器，其特征在于：所述推进器前盖(18)通过桨罩固定螺栓(15)安装有桨罩(16)，螺旋桨(23)通过防松螺母(24)固定在桨轴(17)一端。
9.一种权利要求1所述推进器的推进控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：推进器工作时，远程控制单元(30)控制电机(5)工作，电机(5)的旋转轴通过联轴器(11)带动桨轴(17)和螺旋桨(23)转动，从而驱动船体前进；
步骤2：应力传感器(27)实时感应吊舱杆(25)受到的水平应力，该水平应力即为推进器的实际推力大小，并将该水平应力实时传输给远程控制单元(30)，同时，电机(5)实时将转速反馈给远程控制单元(30)，远程控制单元(30)根据船舶运动过程中需要的推力大小和推进器的实际推力大小对电机(5)的转速进行调整，使螺旋桨(23)产生的推力实时地跟船舶实际所需要的推力相匹配。
10.根据权利要求9所述推进控制方法，其特征在于：所述步骤2中，步进电机(29)向远程控制控制单元(30)反馈步进电机旋转位置信号，使远程控制单元(30)获得当前时刻推进器的旋转角度，同时远程控制单元(30)根据船舶实际所需要的推力方向通过步进电机(29)控制旋转台(26)的旋转部转动，达到船舶实际推力所需要的方向，使推进器发出的推力方向与船舶实际所需要的推力方向相匹配。
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