CN111024364A

CN111024364A - 一种多工况的冰区航行船舶推进轴系试验台架

Info

Publication number: CN111024364A
Application number: CN201911228250.XA
Authority: CN
Inventors: 肖能齐; 万李雪飘; 王昊
Original assignee: China Three Gorges University CTGU
Current assignee: China Three Gorges University CTGU
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2020-04-17

Abstract

一种多工况的冰区航行船舶推进轴系试验台架，包括齿轮箱和水箱，所述的水箱一侧侧壁上穿设有螺旋桨轴，螺旋桨轴位于水箱内的一端上设有螺旋桨，螺旋桨轴位于外的一端与齿轮箱的输出轴连接；水箱上方设有制冰箱；齿轮箱包括两个输入端，两个输入端上分别连接有柴油机和电动机。通过采用上述结构，其能够模拟多种动力系统推进形式在冰区航行时的轴系振动机理，为振动理论研究提供试验验证条件。

Description

一种多工况的冰区航行船舶推进轴系试验台架

技术领域

本发明涉及船舶推进系统试验装置领域，具体的是一种多工况的冰区航行船舶推进轴系试验台架。

背景技术

由于全球气候的变暖，世界各国已经开始了对北极地区丰富的资源进行科学考察和开采；同时更重要的是对具有战略意义的航道进行争夺。为了对该地区的资源进行勘探或为缩短国际贸易的航程，降低货物运行成本等，各国投入大量人力和财力研发和建造冰区船舶，如：日本的“富士”号科考船、美国的“极海”号破冰船、俄罗斯的破冰LNG船和7万吨级油船以及瑞典的“斯特纳·钻探机之最”号钻井船等。

目前传统的柴油机推进系统、混合动力推进系统和纯电力推进系统被广泛用于冰区航行船舶中，由于船舶低速航行和主机出现故障工况、与柴油机联合驱动的高速航行工况分别需要运用到混合动力推进系统的PTI电力推进模式和PTI辅助推进模式。

为了冰区航行船舶电动机模式的轴系安全性，各国船级社对冰区航行船舶轴系扭转振动提出了相应的要求。目前存在的主要问题是在冰区航行的各种类型的船舶推进轴系系统，在船舶动力系统设计阶段主要是采用理想的轴系振动理论模型进行计算与分析，而对于船舶轴系的实际振动特性需要进行实船测试且实船测试费用较为昂贵，同时导致了船舶动力推进系统出现振动较难解决，因此需要一种可以用于模拟传统的柴油机推进系统、混合动力推进系统和纯电力推进系统等多种推进形式的船舶动力推进系统，便于了解冰区航行船舶推进轴系的振动特性，为合理的船舶推进轴系系统设计奠定理论与试验基础。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多工况的冰区航行船舶推进轴系试验台架，其能够模拟多种动力系统推进形式在冰区航行时的轴系振动机理，为振动理论研究提供试验验证条件。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多工况的冰区航行船舶推进轴系试验台架，包括齿轮箱和水箱，所述的水箱一侧侧壁上穿设有螺旋桨轴，螺旋桨轴位于水箱内的一端上设有螺旋桨，螺旋桨轴位于外的一端与齿轮箱的输出轴连接；

所述的水箱上方设有制冰箱；

所述的齿轮箱包括两个输入端，两个输入端上分别连接有柴油机和电动机。

优选的方案中，所述的输出轴与螺旋桨轴之间通过法兰连接，在输出轴上套设有第一轴承，第一轴承通过第一轴承支座支撑固定，在螺旋桨轴上套设有第二轴承，第二轴承通过第二轴承支座支撑固定。

优选的方案中，所述的水箱在螺旋桨轴在穿过位置上设有密封圈，螺旋桨轴穿过密封圈设置。

优选的方案中，所述的水箱其中一个侧壁上设有第一进水管和出水管，第一进水管设置在水箱侧壁靠近顶部的位置上，出水管设置在水箱侧壁靠近底部的位置上；

所述的第一进水管上设有第二流量计和第二电磁阀；

所述的出水管上设有第三流量计和第三电磁阀。

优选的方案中，所述的第一进水管所在高度高于螺旋桨轴所在高度，所述的出水管所在高度低于螺旋桨轴所在高度。

优选的方案中，所述的制冰箱设置在支撑架一端上开设的缺口中，制冰箱两端端面中心点位置通过旋转轴设置在缺口两侧上，支撑架的侧壁上设有步进电机，制冰箱其中一端的旋转轴与步进电机连接。

优选的方案中，所述的制冰箱其中一个侧面上设有第二进水管，第二进水管设置在制冰箱侧壁靠近顶面的位置上，第二进水管上设有第一流量计和第一电磁阀。

本发明所提供的一种多工况的冰区航行船舶推进轴系试验台架，通过采用上述结构,具有以下有益效果：

（1）通过船舶航行推进机构，实现对不同动力系统的船舶航行在冰区情况的模拟，从而使装置可以进行多种推进形式的试验验证；

（2）制冰箱采用可翻转式结构，可以人为设定数值，快速制备出目标模拟情况下特定的冰块来完成，该机构具有制备速度快、操作简单和结构明了等特点；

（3）通过水箱进出水管以及安装在进出水管上的流量计和电磁阀，能够实现水箱内水位的控制，使螺旋桨在每次测试开始前都正好被水浸没，以提供最佳的测试条件。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明另一视角下的整体结构示意图。

图中：柴油机1，电动机2，齿轮箱3，输出轴4，第一轴承5，第一轴承支座6，第二轴承7，第二轴承支座8，螺旋桨轴9，螺旋桨10，水箱11，第一进水管111，出水管112，第一流量计12，第二流量计13，第三流量计14，第一电磁阀15，第二电磁阀16，第三电磁阀17，制冰箱18，第二进水管181，步进电机19，支撑架20，缺口2001，密封圈21。

具体实施方式

实施例1：

如图1-2中，一种多工况的冰区航行船舶推进轴系试验台架，包括齿轮箱3和水箱11，所述的水箱11一侧侧壁上穿设有螺旋桨轴9，螺旋桨轴9位于水箱11内的一端上设有螺旋桨10，螺旋桨轴9位于外的一端与齿轮箱3的输出轴4连接；

所述的水箱11上方设有制冰箱18；

所述的齿轮箱3包括两个输入端，两个输入端上分别连接有柴油机1和电动机2。

优选的方案，所述的输出轴4与螺旋桨轴9之间通过法兰连接，在输出轴4上套设有第一轴承5，第一轴承5通过第一轴承支座6支撑固定，在螺旋桨轴9上套设有第二轴承7，第二轴承7通过第二轴承支座8支撑固定。

优选的方案，所述的水箱11在螺旋桨轴9在穿过位置上设有密封圈21，螺旋桨轴9穿过密封圈21设置。

优选的方案，所述的水箱11其中一个侧壁上设有第一进水管111和出水管112，第一进水管111设置在水箱11侧壁靠近顶部的位置上，出水管112设置在水箱11侧壁靠近底部的位置上；

所述的第一进水管111上设有第二流量计13和第二电磁阀16；

所述的出水管112上设有第三流量计14和第三电磁阀17。

优选的方案，所述的第一进水管111所在高度高于螺旋桨轴9所在高度，所述的出水管112所在高度低于螺旋桨轴9所在高度。

优选的方案，所述的制冰箱18设置在支撑架20一端上开设的缺口2001中，制冰箱18两端端面中心点位置通过旋转轴设置在缺口2001两侧上，支撑架20的侧壁上设有步进电机19，制冰箱18其中一端的旋转轴与步进电机19连接。

优选的方案，所述的制冰箱18其中一个侧面上设有第二进水管181，第二进水管181设置在制冰箱18侧壁靠近顶面的位置上，第二进水管181上设有第一流量计12和第一电磁阀15。

实施例2：

在实施例1的基础上，采用以下步骤进行试验：

1）通过第一进水管111向水箱11注水，此时第二流量计13开始工作，直至水位达到一定高度时（液面刚好漫过螺旋桨10），第二电磁阀16关闭。与此同时，制冰箱18的第二进水管181开始注入设定的水量（根据预先设定第一电磁阀15的启闭时间进行控制）；

2）制冰箱18开始制冰工作；

3）当工作人员观测到制冰箱18中的水已经完全凝固成冰块时，由模拟的实际情况选择船舶航行推进系统三种模式中的一种，螺旋桨10开始转动，制冰箱18停止工作，同时步进电机19启动并转动一定圈数，使将制冰箱18进行180°翻转，并使得冰块落入到水箱11中；

4）完成上述步骤之后，借助相应的检测设备仪器，对船舶推进轴系振动与螺旋桨应力变化测试工作；

5）完成检测工作之后，船舶航行推进系统停止工作，制冰箱18再次翻转恢复到原来的状态，水箱11的出水管112开始排水，第三流量计14开始工作，直至水箱11中的水正好没过螺旋桨10时，第三电磁阀17关闭停止排水，再重复步骤1）、步骤2）和步骤3），完成下一次模拟实验。

所述的制冰箱18可选用现有的HZB-16A制冰机。

所述的齿轮箱3可选用现有的T2-T25双输入T型齿轮箱。

所述的第一流量计12、第二流量计13、第三流量计14、第一电磁阀15、第二电磁阀16、第三电磁阀17可与现有的控制设备进行连接配合现有的管理软件，实现整个操作步骤的自动化进行。

所述的步骤3中所提到的三种模式分别是：1、纯电动机带螺旋桨的推进形式；2、柴油带带螺旋桨的推进形式；3、柴电联合带螺旋桨的推进形式；

三种模式之间的切换利用齿轮箱中离合器的脱排和合排即可实现。

所述的步骤5）中，出水管112排水量与1）中的制冰箱18加水量相同即可。

本发明利用齿轮箱中离合器的脱排和合排，实现纯电动机带螺旋桨的推进形式、柴油带带螺旋桨的推进形式和柴电联合带螺旋桨的推进形式的推进工况模拟，通过水箱进水口对应的流量计和电磁阀使水箱中的水正好浸没螺旋桨，同时制冰箱制备出工作人员所设定的冰块后，步进电机将制冰箱进行翻转，使冰块落入水箱中，再利用检测振动情况的装置监测记录下实验数据，从而完成此种冰块厚度情况下，冰区船舶航行推进装置的振动测试。本装置具有控制方便、结构简单和运行可靠等特点。

Claims

1.一种多工况的冰区航行船舶推进轴系试验台架，包括齿轮箱（3）和水箱（11），其特征是：所述的水箱（11）一侧侧壁上穿设有螺旋桨轴（9），螺旋桨轴（9）位于水箱（11）内的一端上设有螺旋桨（10），螺旋桨轴（9）位于外的一端与齿轮箱（3）的输出轴（4）连接；

所述的水箱（11）上方设有制冰箱（18）；

所述的齿轮箱（3）包括两个输入端，两个输入端上分别连接有柴油机（1）和电动机（2）。

2.根据权利要求1所述的一种多工况的冰区航行船舶推进轴系试验台架，其特征在于：所述的输出轴（4）与螺旋桨轴（9）之间通过法兰连接，在输出轴（4）上套设有第一轴承（5），第一轴承（5）通过第一轴承支座（6）支撑固定，在螺旋桨轴（9）上套设有第二轴承（7），第二轴承（7）通过第二轴承支座（8）支撑固定。

3.根据权利要求1所述的一种多工况的冰区航行船舶推进轴系试验台架，其特征在于：所述的水箱（11）在螺旋桨轴（9）在穿过位置上设有密封圈（21），螺旋桨轴（9）穿过密封圈（21）设置。

4.根据权利要求1所述的一种多工况的冰区航行船舶推进轴系试验台架，其特征在于：所述的水箱（11）其中一个侧壁上设有第一进水管（111）和出水管（112），第一进水管（111）设置在水箱（11）侧壁靠近顶部的位置上，出水管（112）设置在水箱（11）侧壁靠近底部的位置上；

所述的第一进水管（111）上设有第二流量计（13）和第二电磁阀（16）；

所述的出水管（112）上设有第三流量计（14）和第三电磁阀（17）。

5.根据权利要求4所述的一种多工况的冰区航行船舶推进轴系试验台架，其特征在于：所述的第一进水管（111）所在高度高于螺旋桨轴（9）所在高度，所述的出水管（112）所在高度低于螺旋桨轴（9）所在高度。

6.根据权利要求1所述的一种多工况的冰区航行船舶推进轴系试验台架，其特征在于：所述的制冰箱（18）设置在支撑架（20）一端上开设的缺口（2001）中，制冰箱（18）两端端面中心点位置通过旋转轴设置在缺口（2001）两侧上，支撑架（20）的侧壁上设有步进电机（19），制冰箱（18）其中一端的旋转轴与步进电机（19）连接。

7.根据权利要求6所述的一种多工况的冰区航行船舶推进轴系试验台架，其特征在于：所述的制冰箱（18）其中一个侧面上设有第二进水管（181），第二进水管（181）设置在制冰箱（18）侧壁靠近顶面的位置上，第二进水管（181）上设有第一流量计（12）和第一电磁阀（15）。