船用L型升降式舵桨推进器介绍
介绍南京东嘉船厂50m应急反应救助船上配套的L型升降式舵桨推进器，该推进器是一种新型船用舵桨推进器，同时拥有侧向推进器和舵桨推进器两种工作模式，可满足船舶在不同的作业模式下使用，极大提高了船舶操作性能。
标签：L型，舵桨推进器，升降式
1 升降式舵桨推进器介绍
1.1 概述
L型升降式舵桨推进器是一种新型推进器，因推进器输入端立式变频电机至输出端水平螺旋桨结构形式而命名为L型推进器。该推进器是集升降、推进和回转功能为一体的综合型推进器，其主要结构[1]包括：机械本体、液压系统及电控系统等部件。L型升降式舵桨推进器拥有侧向推进器和舵桨推进器两种工作模式，当船舶为靠岸或横向移动模式时，可驱动舵桨上升内缩至船艏内部形成侧推推进模式，该模式下舵桨是不允许360度旋转运行的，其中舵桨螺旋桨可与船艏隧道形成一体充当传统侧推推进器来使用，当船舶为DP模式或转弯模式时，可驱动舵桨
下降至船体底部形成舵桨推进模式，该模式允许舵桨360°自由转动运行，其中舵桨突出船体底部独自运行充当常规舵桨推进器来使用。目前该类型舵桨已少量配套国内外搜救船、LNG船、铺管船和大型海工运输船等多种船型。
1.2 推进器基本参数
1.3 机械本体结构
升降式舵桨通常安装在船体艏部，采用自上而下的井式安装型式。舵桨的井箱法兰通过螺栓拧紧在船体方型基座上，法兰与船体间需安装方形密封垫片，可有效防止海水进入机舱内部。其中舵桨机械本体包括上齿轮箱组件1、井箱基座组件2、中间立轴组件3、下齿轮箱组件4、桨叶5、安全挂钩组件6、升降转舵管组件7等。
上齿轮箱部件由上箱体、输入轴组件、舵桨反馈器组件、上支撑组件等零部件组成。其中输入轴组件中的输入轴配置有圆锥滚子轴承，输入轴上部端带平键槽，与电机输出端通过弹性联轴器连接，另一端与中间立轴组件花键配合连接，将扭矩及转速传递到下齿轮箱。输入轴上端均采用两对唇式密封圈及经氮化的衬套组成旋转密封，防止内部润滑油流向外部，上部
顶端安装有防尘圈，可有效地保证输入轴在运行过程中的防尘功能，其中输入轴内部为空心轴，顶部有螺塞堵死，轴在径向方向有多处油孔，主要对外部轴承起油浴润滑作用。
井箱组件是舵桨装置的支撑、升降与回转主体，由井箱基座、法兰盖板、升降密封、下支撑杆等组成。井箱上部和下部法兰通过螺栓将密封组件安装在舵桨基座内部，其中密封组件主要为防止海水在舵桨升降过程进入机舱内部及起到上升和下降运行导向作用。其中上部和下部支撑杆分别安装在舵桨井箱圆柱座内的上部法兰和井箱基座孔内，孔内均配置O型圈进行密封防止海水进入，支撑杆的主要作用是在升降过程中对上齿轮箱组件和下齿轮箱组件起到支撑和联动作用，保证舵桨升降的可靠性。
中间立轴组件由联接套、立轴等组成，联接套热套在立轴两端，与上齿轮箱输入轴及下齿轮箱输入锥齿轮轴花键配合，用于传递主电机转速及扭矩。
下齿轮箱部件由锥齿轮轴部件和桨轴部件组成，锥齿轮轴部件及桨轴部件上都配置有推力轴承和调心滚子轴承，下齿轮箱箱体由高质量铸件制造而成，其外形经水动力试验校核设计，在很大程度上减少了对水流的阻力，从而保证舵桨最佳性能。锥齿轮轴一端加工成锥齿轮，与安装在桨轴上伞齿轮构成一对减速传动机构。完成从输入轴到螺旋桨的动力传递与减速功
能。其中艉密封装置安装于桨轴后端，用于密封下齿轮箱内的润滑油，可有效防止海水的进入和润滑油的渗出。桨叶通过平键安装在下齿轮箱组件中的桨轴上，该桨叶主要通过立式变频电机驱动中间立轴组件并传递给下部齿轮箱内螺伞付来进行实现传动。安全挂钩组件主要包括安全挂钩基座、安全挂钩、位置传感器组件等。安全挂钩组件作用为保证舵桨升降至最高位置时的安全装置，保证在该状态时舵桨升降位置，防止液压缸突然失效导致舵桨掉入船底损坏的危险，安全挂钩通过止动上齿轮箱组件内的安全杆来起到安全作用。升降杆组件主要包括升降杆和转舵管组件，升降杆主要作用为连接上齿轮箱与下齿轮箱，使得舵桨整体沿井箱组件作升降作用。转舵管组件包括蜗轮和转舵管，其中蜗轮由上齿轮箱的蜗杆驱动起到转舵作用。
1.4 电控系统
电控系统是一套独立的随动控制系统，可以通过安装在驾驶室控制面板上的操纵手柄进行舵桨装置360度转舵和高度位置升降以及主电机加减速等一系列的远程控制。该系统共有两个控制站点：驾控台和机旁，可任意进行切换，但两个控制站点不能同时有效，机旁优先于驾控台。电控系统电源采用双重冗余设计，由220V经开关电源模块生成24VDC和24V蓄电池并联供电，极大保证了整体的安全可靠性。（图3）
1.4.1 控制面板。驾驶室配置有控制面板，通过控制面板可以远程遥控舵桨推进器启动、停止、位置上升和下降及调整螺旋桨转速等功能。其中控制面板主要包括：舵角指示器、螺旋桨转速表、操纵机构、升降控制按钮、安全挂钩控制按钮、随动速度指示灯、随动操舵工作指示灯、重载问询指示灯、应急操舵按钮、报警监控报警灯等元器组件。
1.4.2 中央控制箱。中央控制箱通常安装在集控室或机舱，主要包括电源、PLC、放大板和继电器等。中央控制箱通过接受指令和相关反馈信号，通过内部放大板和PLC运算，输出相关信号来控制变频电机和液压系统单元运行。
1.4.3 原动机控制单元。原动机控制单元[3]包括电机控制箱、变频电机和变频柜等。该系统可实现的控制功能如下：（1）变频电机启/停控制：推进系统既可在驾驶室遥控操作，也可以在变频柜就地操作。（2）转速控制：可通过调整电机转速来控制螺旋桨转速达到并维持所设定数值。（3）工作状态指示；对整个系统的工作状态进行检测和显示，各类故障状态的显示和报警等。（4）联锁控制：变频器的启/停控制与舵桨的升降位置、机械锁轴装置位置及手柄位置等信号联锁，对错误的操作流程发出声光报警信号。（5）功率限制：在控制變频器升降速的过程中，与电站管理系统协调控制以保证电网供电的安全和可靠。（6）安
全保护功能：整体系统在驾控台、变频柜等地设置紧急停车按钮，出现危险时刻立刻强制停机；电气控制系统自动保护功能及系统电网断电保护功能等等。1.4.4 液压系统单元
液压系统单元包括转舵液压系统、升降液压系统和安全挂钩系统，其中三个系统相互独立运行，当运行其中某一种功能时，其余两种功能是无法运行的。液压系统单元电机采用三相交流异步电机，功率11kW、转速1460rpm、电制380V/50Hz，液压泵采用变量柱塞泵，排量28ml/r，该液压站系统单元还配置了备用手摇泵装置，在系统在完全故障极端情况下备用，具有极高的安全可靠性。（图4）
当液压站组件开启转舵功液压系统时，整体为一套随动的电液转向系统。液压站上油泵电机运转时，驱动液压油泵工作。当电控系统给出转舵指令后，液压系统电磁阀调节油路换向，变量泵抽取液压油至安装在上齿轮箱侧转舵液压马达，并最终驱动蜗轮蜗杆转动，通过蜗轮与蜗杆动力传递，将舵桨装置转动到设定的角度。该系统中配置有液位传感器、温度传感器和压力传感器，可实时监控整体系统的运行情况。当液压站组件开启升降液压系统时，整体系统为一套非随动的电液升降系统。液压站上油泵电机运转时，驱动液压油泵工作。当电控系统给出升降指令后，液压系统电磁阀调节油路换向，变量泵抽取液压油至安装在井箱上的
升降油缸，驱动油缸里的活塞作升降运动，将舵桨装置升降至设定的高度位置。该系统配置位置传感器，可监控舵桨实际升降高度位置。当液压站组件开启安全挂钩系统时，整体系统为一套非随动的电液升降系统。液压站上油泵电机运转时，驱动液压油泵工作。当电控系统给出安全止动指令后，液压系统电磁阀调节油路换向，变量泵抽取液压油至安装在挂钩组件上的油缸，并最终驱动挂钩上油缸内活塞前后运动，最终达到驱动挂钩至设定止动位置。该系统配置位置传感器，可监控安全挂钩的实际工作位置。
2 结束语
文章详细介绍了船用L型升降式舵桨推进器系统的组成及功能，目前该推进器已顺利通过现场试车和船级社船检，国内相关类似案例较少，有很大的参考价值。
参考文献
[1]中国船舶工业总公司.船舶设计使用手册[M].北京：国防工业出版社，2004.
[2]中国船级社.钢质海船入级规范及修改通报（2012）[Z].
[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，2006，1：93-95.
作者简介：杜鹏（1981，8-），男，南京人，2006年毕业于山西太原科技大學机械设计及自动化专业，研究生。现南京高精船用设备有限公司工作，工程师。
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