第３８卷 第２期江苏船舶Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．２ ２０２１年４月ＪＩＡＮＧＳＵＳＨＩＰＡｐｒ．２０２１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）
摘 要：针对近年来国内外可伸缩式吊舱推进器关键核心配套升降系统的选型配套问题，以液压缸升降系统、丝杠杆升降系统和齿轮齿条升降系统为研究对象，通过对升降系统的设计方案及升降运行机理的分析研究，归纳了可伸缩式吊舱推进器在不同工况和适用范围情况下系统的选型设计方法，对今后可伸缩式对吊舱推进器的升降系统设计、操作流程等具有一定的指导借鉴意义。
关键词：升降系统；可伸缩式吊舱推进器；选型中图分类号：Ｕ６６４．３文献标志码：ＡＤＯＩ：１０．１９６４６／ｊ．ｃｎｋｉ．３２ １２３０．２０２１．０２．０１
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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［１］。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［２］。
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［３］。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
喷墨打印机墨水收稿日期：２０２０ ０８ ０５
基金项目：江苏省工业和信息产业转型升级专项资金项目（苏工信创新［２０１９］５８０号）
作者简介：杜鹏（１９８１—），男，硕士，高级工程师，从事船舶推进器研发工作。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
升降
系统类型
适用的吊舱推
进器功率／ＭＷ
升降载荷／
ｋＮ
适用范围
液压缸
升降系统
≤２≤２７０
吃水较浅，舯部或
两翼布置丝杠杆
升降系统
＞２～５≤６００
吃水较浅，舯部或
两翼布置齿轮齿条
卷纸架
升降系统
＞５以上≤３０００船舷外侧布置
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（２ＭＷ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５ＭＷ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（下转第４０页）
表２ ＣＪ８６／ＳＣ３×１６ｍｍ２电缆结构对比
结构导体＋绝缘
＋成缆＋铠装
＋护套
导体＋绝缘
＋成缆＋绕包
内衬＋铠装
＋护套
导体＋绝缘万能接收器
＋成缆＋挤包
内衬＋铠装
＋护套
导体标称外
网络监测系统
径／ｍｍ
５５５
绝缘标称厚
度／ｍｍ
０．７０．７０．７
标称外
径／ｍｍ
６．４６．４６．４
成缆外径
成缆
系数
２．１５４２．１５４２．１５４
标称外
径／ｍｍ金属波纹膨胀节
１３．８１３．８１３．８
成缆包带厚度／
ｍｍ
０．０５０．０５０．０５
标称外
径／ｍｍ
１３．９１３．９１３．９
内衬包带厚度／
ｍｍ
００．１０
标称外
径／ｍｍ
１３．９１４．２１３．９
挤包内衬层标称厚
度／ｍｍ
００１
标称外
径／ｍｍ
１３．９１４．２１５．９
编织铠装单丝直
径／ｍｍ
０．３０．３０．３
标称外
径／ｍｍ
１５．１１５．４１７．１
外护套标称厚
度／ｍｍ
１．４１．４１．４cagaa
标称外
径／ｍｍ
１７．９１８．２１９．９
比对／％１００．００１０１．６８１１１．１７
３．３ 分析及总结
经过上述的计算和比对，结合电缆设置内衬层结构的必要性，对于电压等级０．６／１ｋＶ、型号ＣＪ８６／ＳＣ、规格３×１６ｍｍ２的船用电缆，如果电缆设置的绕包结构的内衬层，外径和重量比不设置内衬层的电缆增加非常的微小，而且在电缆的各项性能方面也有所加强和保障。而设置挤包内衬结构的电缆，虽然性能达到了最优，但是外径和重量增加了许多，直接占用了船舶的设备空间和空船重量，减小了船舶的载货量和载货空间，间接降低了船舶的经济性。
４ 结论
型号为ＣＪ８６／ＳＣ的船用电缆是否设置内衬层、内衬层的结构和材料的选择对于成品电缆的外径、重量有着非常大的影响，仅以电缆型号来判定电缆是否符合设计要求是不合理的。电缆的选择可以遵循以下原则：
（１）如果电缆路过存在机械损伤风险的区域，应选择有挤包内衬层结构的电缆。
（２）如果电缆敷设在一般区域，权衡电缆性能和经济性，应选择有绕包内衬层结构的电缆。
（３）如果船型结构紧凑、电缆敷设空间有限、空船重量要求极其严格，无内衬结构的电缆是最合理的选择。
最终选择何种结构的电缆，要依据电缆的敷设路径、空间、现场施工作业的规范性等因素，结合船舶的经济性、适航性等方面综合考虑，以确定最优的方案。
参考文献：
［１］ 高作阁．绕包型内护层船用电缆的特性研究［Ｊ］．江苏船舶，２００７，２４（３）：
檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰
３３ ３４．
（上接第３０页）
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。
参考文献：
［１］ 中国船舶工业集团公司，中国船舶重工集团公司，中国造船工程学会．船舶设计实用手册［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２０１３．［２］ 中国船级社．钢质海船入级规范及修改通报（２０１２）［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２０１２．
［３］ 郑元璋，冯宁，李海量．全电力推进船舶推进控制技术研究［Ｊ］．中国航海，２００７（４）：９３ ９５．
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