可伸缩式吊舱推进器升降系统对比分析

杜 鹏，舒永东

(南京高精船用设备有限公司，江苏 南京 211103)

0 引言

随着船舶行业的快速发展，人们对推进器的高效和环保方面的要求越来越高。吊舱推进器优化了船舶的水动力性能，节省了船内空间，增加了设计建造及使用的灵活性，具有高效、节能的特性，在船舶配套中的应用范围越来越广泛，如：应急救助船、深水铺缆船、大型远洋邮轮、海上平台等高附加值船舶均要求配备可升降式吊舱推进器。

目前，研究可伸缩式吊舱推进器系统的文献较少，而升降系统在设计、选型标准和整体系统配套等方面面临较多困难。为此，本文以可伸缩式吊舱推进器为研究对象，对多种升降系统的结构、工作原理及应用范围等进行研究。

1 可伸缩吊舱推进器升降系统特点和类型

1.1 特点

可伸缩吊舱推进器是将电机放置在吊舱壳体内直接驱动螺旋桨的一种新型特种推进器。在船舶航行期间，推进器在不工作时可伸缩至船体内部，以减少水流阻力，降低油耗并提高船体航速。

可伸缩吊舱推进器主要结构包括推进系统、转舵系统和升降系统。具体特点如下：

(1)推进系统主要包括滑环、水下壳体、永磁或励磁推进电机、螺旋桨轴、螺旋桨等。动力通过电缆从船上发电机连接到滑环，再经滑环为布置在水下壳体中的推进电机供电。

(2)转舵系统主要包括井箱、转舵电机/液压马达、行星减速箱、转舵齿轮、回转支撑等组件。通过转舵电机或液压马达驱动行星减速箱吊舱推进器的水下部分360°转舵，为船舶提供矢量推力。

1.2 类型

目前，可伸缩式吊舱推进器的升降系统可分为液压缸升降系统、丝杠杆升降系统和齿轮齿条升降系统，其应用范围见表1。

表1 3种吊舱推进器升降系统的应用范围

2 液压缸升降系统

液压缸升降系统通过液压缸将液压能转换为机械能进行直线往复运动，具有整体系统结构紧凑、占用空间小等优点。该系统通常安装在舯部或两翼，主要包括滑环、井箱、安全挂钩组件、升降基座、升降转舵管、船体基座、导柱、水下箱体、螺旋桨等组件，其布置见图1。系统工作时液压站通过液压油使液压缸驱动水下整体组件作上升或下降运动。

图1 液压缸升降系统吊舱推进器布置图

目前，液压缸升降系统有侧向推进器和全回转推进器2种。当船舶进行靠岸或横向移动时，将吊舱推进器收缩至船首内部实现侧推功能；当船舶为DP模式或转弯模式时，驱动吊舱推进器下降至船体底部切换为全回转推进模式。在船舶尾部主推进器全部失效的极端情况下，该升降系统可临时充当主推进器来使用，将船舶带回港口维修处理。

该系统由于升降的行程受限于液压缸的长度，故多配套在小功率吊舱推进器(2 MW以下)或升降高度较小的中、小型船舶上。

3 丝杠杆升降系统

丝杠杆升降系统中，丝杠杆通过螺纹将回转运动转化为直线运动，可将电机/液压马达的扭矩转换为轴向的双向作用力。与液压缸升降系统相比，丝杠杆升降系统在升降方面具有更优的自锁性和精度，整体系统结构紧凑、效率高。该系统主要由滑环、液压马达、同步链、升降基座、丝杆、升降转舵管、船体基座、导柱、水下箱体、螺旋桨组成，其布置见图2。导柱的上端固定在船体基座底部。底端与船体支撑连接，与吊舱本体之间滑动连接，在升降过程中为吊舱本体提供导向。丝杠的顶端固定在船舱顶部，丝杠的底端固定在船体基座上。当推进器升降时，液压站驱动2套液压马达带动丝杆旋转，2根丝杆之间通过同步链条连接，保证2根丝杆同步转动。螺纹衬套安装在升降基座上，丝杠旋转带动螺纹衬套继而带动升降基座、滑环及吊舱水下箱体等一同升降。

4 齿轮齿条升降系统

齿轮齿条升缩吊舱推进器主要应用在5 MW及以上的吊舱推进器、海洋工作平台、大型起重船、深水铺缆船等大型远海船舶上。相比于上述2种升降系统，齿轮齿条升降系统具有升降速度平稳、工作行程长、抗偏载能力强等优点，整体系统冗余度高、便于外部维护保养。

图2 丝杠杆升降系统吊舱推进器布置图

齿轮齿条升降系统可通过对齿条长度的非标设计来满足不同船型对升降行程的要求。通常根据升降机构的承载特性和经济性综合考虑，一般在升降筒体对角线处设置2处齿轮齿条装置并将齿条固定在船体上，通过升降机构内的液压马达驱动行星减速箱升降机构，驱动单元始终承受推进器的重量载荷。由于液压马达回路采用双向平衡、高冗余度和模块化的设计方案，当一个驱动单元模块出现破坏故障时，可以单独拆除维修，其余单元仍然正常工作。在筒体上布置有多处伸缩销。在推进器提升或下降至指定工位后，伸缩销插入船体的销孔内，用以承受推进器运行时产生的推力。

因大型船舶的高度高，在升降井内具有充足空间，可将吊舱推进器的配套件诸如转舵电机启动柜、推进电机启动柜、推进电机变频器和行星减速器等集成于升降筒体内部，以节省舱内空间。其布置图见图3。升降筒体外部需进行耐腐蚀处理，以满足长时间外部海况设计要求。

图3 齿轮齿条升降系统吊舱推进器布置图

5 结语

2017年亚洲巨型海上浮吊“华天

龙”号改造项目首次采用了齿轮齿条伸缩式吊舱推进器，实船运行情况良好，在甲板上即可对推进器进行维护且无需进入船坞即可拆卸，节省了维护时间和成本，降低了运营风险。目前可伸缩式吊舱推进器市场前景应用广泛。

本文详细介绍了吊舱推进器的3种升降系统的原理及应用范围，分析了3种升降系统的特点，对吊

舱推进器升降系统的设计、操作流程等具有一定的指导意义。