喷水推进装置推进泵空泡分析

喷水推进装置推进泵空泡分析 圜隘盛I Design&Development 喷水推进装置推进泵空泡分析 何秦珊 (广州船舶及海洋工程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 研究院广卅1510250) 摘要:本文介绍喷水推进应用,分析了喷水推进泵在船舶应用上进入空泡区的特性, 喷水推进的空泡 特点,空泡的危害性以及避免进入空泡区的措施. 关键词:喷水推进空泡措施 VacuoleAnalysisforPropulsionPumpofWaterjetPropulsionDevice HeQinshan (GuangzhouMarineEngineeringCorporationGuangzhou510250) Abstract:Thispaperintroducestheapplicationofwaterjetpropulsion,analyzesthecharacter sofpropulsionpump whichentersvacuolearea,thefeaturesofvacuoleinducedbywaterjetpropulsion,thehazardn essofvacuoleandputs forwardthemeasurestoavoidpropulsionpumpenteringvacuolearea. Keywords:WaterjetpropulsionVacuoleMeasures 1喷水推进的应用情况 喷水推进装置的工作原理是通过柴油机带动的水泵将 能量传递给水流,使水流以更高的速度从船舶的尾部喷射出 去,喷射出水流形成反作用力,并通过方向舵及倒航斗改变 水流方向来实现船舶的操纵.它具有机动性高,操纵性好, 抗空泡能力强,高速时推进效率高,船外附体少而阻力小, 振动与噪声低,浅水航行适应性强,工况多变的船舶能充分 利用主机功率延长主机寿命等优点,在世界各国的高速客渡 船及军用高性能船舶上有/,一泛的应用. 以往,喷水推进装置在我国一般只用在内河浅水船舶和 水陆两用战车上,随着新船型的开发以及船舶航速的提高, 国内喷水推进的应用越来越广泛.如珠j角地区到香港,大 连到烟台等的高速客轮,目前也开始在军用船舶上应用. 随着大功率,高性能喷水推进器的相继开发,喷水推 进装置在中大型水面舰船上应用逐渐增多.例如,南非海 作者简介:何秦珊(1966.9一)女.工程师. 收稿日期:2009年5月14日 军3500t级的MEKOA200型轻型护卫舰,采用了"柴燃联合 CODAG"+"喷水推进和调距桨混合推进WARP"方式的动力装 置,其喷水推进泵叶轮直径为2.8m,输入功率2万kW.这是 国际上首次在35O0吨级,航速接近30kn的水面战斗舰艇上 采用喷水推进.美国海军租用的HSV一2号双体穿浪船,船长 97.22m,船宽26.6m,吃水3.43m,满载排水量1800t,载 重680t;4套动力装置对称分布在2个片体内,每套动力装置 由1台功率为7200kW的Caterpillar3618柴油机驱动LJ120E型 喷水推进器,最高航速可达45kn. 2喷水推进的推进特性及空泡区域 喷水推进作为船舶的推进装置,其推进特性与常规螺 旋桨推进方式不同,螺旋桨推进的"船一桨一机"推进系 统中主要的限制因素是主机超负荷,而喷水推进的"船一 泵一机"推进系统中主要的限制因素是喷水推进泵工作限 制区.在船舶启航,加速,转弯,倒车,拖带和部分喷水推 进泵T作时,喷水推进泵很容易进入空泡工作区.喷水推进 泵在和船构成推进系统时其工作范围在其"船速一泵转速" 图中分为二个区域.第一个域是连续工作区,它山泡 和最大柴油机功率限制线组成.在这个区域喷水推进器工作 不受任何限制.第_1个区域是连续T作受限区,每年只允许 工作几百小时,用于像在航道中船体阻力增大时的情况.在 这个区域工作时,由于负荷较大,已产生有害性窄泡,其后 果,一是开始影响液力性能,如推力和效率有所下降等,二 是开始轻度剥蚀叶轮,导叶体和泵壳,因此,对此区域的工 作小时数有所限制.第三个区域是间歇使用区,每年只允 许工作几十小时,如于加速,减速和部分柴油机工作时等工 况.喷水推进器在这个区域_T作时已处在较为严重的空泡状 态,性能下降和气蚀更为严重,故在区域j对年工作小时数 有更为严格的限制. 以一艘四机四推进泵实船为例来说明推进泵的空泡区 域.图1为四机四泵加速过程喷泵转速与航速变化规律图, 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示喷水推进系统四机四泵工作时,柴油机从600r/miniM速 N2o53r/min(加速时间为30S),柴油机的负荷一直在允许 范围内(没超过MCR限制),没有出现超负荷的现象,而此 时喷泵的工作轨迹进入了限制运行区.因此,对采用喷水推 进的船舶,影响加速速率的主要因素不是推进主机在加速过 程中出现超负荷现象,而是唢泵的运行轨迹会进入限制运行 . 暑 {, 蛑 螫 航速《ln1 图1四机四泵加速过程喷泵转速与航速变化规律 对螺旋桨推进的船舶而言,船舶在回转lT况,推进系统 将承受很大的负荷;而采用喷水推进,在船舶回转时,呈现 出与螺旋桨推进船舶不同的动态特性.图2四机泵全速回 转过程喷泵转速与航速变化规律图,表示喷水推进系统四机 四泵全速全偏角回转(喷管偏角30.)时,四台柴油机的负 荷上升,这一点与螺旋桨推进船舶的回转特性类似.与螺旋 桨推进船舶不同的是,采喷水推进的船舶在回转时,柴油 机的负荷虽有所上升,但负荷增加的幅度十分有限.在整个 回转过程中,柴油机的负荷始终在允许范围内.船舶在高速 回转时,航速会很快下降并稳定下来(幅度约为30%).而 蹑嘣疆量 Design&DeVeIopment 喷泵的转速没有大变化,这导致喷泵很快进入限制工作区. 言 葫 样 聪 罄 航速fkJ'1 图2四机四泵全速回转过程喷泵转速与航速变化规律 当喷泵进入空泡区域后,不仅喷水推进泵的推力减小, 效率下降,噪声增大,而且会导致喷水推进泵的叶轮,导 叶体和流道的表面金属剥蚀.高速船平常频繁进行加速,转 弯,倒车和部分喷水推进泵工作等航行机动,因而喷水推进 泵会频繁进入空泡区,这会引起剥蚀加速,振动加剧和喷水 推进泵性能进一步下降.如叶轮,导叶体和流道的表面发生 明显剥蚀时,必需停航修理或部件更换,这既降低船的航 速,又造成修理费用的增加.喷水推进泵性能的显着降低又 会明显影响船舶操纵性,机动性和快速性的正常发挥. 3喷水推进泵的空泡特点 1)螺旋桨和喷水推进泵的工作原理不同.螺旋桨推进 是螺旋桨转动时,桨叶拨水向后,而自身受到水流的反作用 力,其推力通过桨轴和推力轴承传递至船体上;喷水推进是 将水流从船底吸入,经过推进泵增速后通过喷口向船后高速 喷出,利用喷出水流的反作用力来推动船舶航行. 2)螺旋桨推进和喷水推进产生的宁泡环境空间不.一样. 螺旋桨是外部流中产生的空泡;喷水推进是内部流中产生的 空泡. 3)喷水推进与螺旋桨推进的空泡形成不同.螺旋桨在水 中工作时,桨叶的叶背压力降低形成吸力面,如某处的压力 降至临界值以下时,导致爆发式的汽化,水汽通过界面,进 入气核并使之膨胀,产生空泡.喷水推进泵是流道水流冲压 值产生空泡,航速越高,喷水推进器来流的冲压值越大,叶 轮的空泡裕度越大,解决了高速时的空泡汽蚀问题,使推进 器可以在较高的转速下工作,从而使推进器尺寸减小以减轻 重量,还可减小齿轮箱的减速比而采取体积更小重量更轻的 齿轮箱. 4)不少研究结果表明,螺旋桨的空泡现象是噪声的主 要原因.喷水推进对于抑制空泡,降低船舶的声学信号具有 很好的效果,喷泵高速空泡现象下小会有船体颤动,扭矩影 响,水下低噪音.有关测试数据表明,在高速航速时,喷水 推进的噪声要比传统的螺旋桨推进低1OdB左右. (下转第37页) 表1负荷计算结果 题同蜀秘 Design&Development 由表1可见,码头,堆场装卸机械用电负荷占扩建港区用电负荷的比重将近84%. 根据计算结果,选用二台1000kVA 10/0.69kV和一台400kVA—lO/O.4kV变压器,基本可满足使用 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 . 为便于比较660v,~H38oV供电的优缺点,现将两种电压在相同配电条件下的电缆 选择计算结果列于表2. 表2两种电压在相同配电条件下的电缆选择计算结果 (注:电缆采用VV22—1kV铜芯电缆,Aua为A/km电压损失百分比,?Ua为低压线 路电压损失百分比.) 由于低压电压等级的提高,线路电流减少,在相同配电条件并满足线路压降要求的情况下,配电电缆可减少一半,线路 损耗也相应减少.再由于660V配电电压仍属于1kV以下电压范围,现有的低压配电设备,元器件和材料等基本可直接采用, 或由生产厂家略加改进即可满足应用要求.可见,选择660V供电可大大节省配电电缆的投资,与10kV供电相比也大大降低 了安全防护和维护管理的难度. 但是,由于照明和其它动力设备还是需要380V供电,因此码头变电所需要设置660viu38oV两套低压配电系统,变电所 投资会相应提高一些. 综上所述,当港口配置的大型电动装卸机械数量较多,单台机械装机容量较大,或配电距离较远时,采用660v供电是一 个符合现实条件的可行的较好解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,也是符合建设节约型社会的要求的.圜藿鄹 (上接第35页) 5)与螺旋桨系统不同,喷水推进装置由单一全套组件替 代了舵,桨轴,螺旋桨,轴支架和密封装置等.此外,螺旋 桨和喷水推进泵安装位置(船外和船内)差异较大,这对喷 水推进泵空泡分析思路的确定和实用而有效的预防空泡措施 均有影响. 4喷水推进泵空泡的应对措施 对于螺旋桨推进系统,在经常性的船舶航行机动中,一 旦主机工作时参数越限,状态失常时,为主机配备的监测报 警装置可以通过音,视手段等进行警示.但在喷水推进系统 中,目前国内船舶尚无任何监测手段显示是否进入空泡区, 并提示操作人员改变工况以尽快避开空泡区.由于喷水推进 ,必需采取措 泵对空泡区的工作小时数有严格的限制,因此 施在船舶正常航行时,避免推进泵进入空泡区. 1)从喷水推进泵设计上,需研究沿滑道和边缘进水口 的压力分布的情况,进水口设计的原则为流场必须尽可能均 匀,避免空泡和水流分离. 2)在船舶航行时柴油机工作工况,特别船舶加速,减 速和部分柴油机工作等工况,操作人员应符合喷水推进装置 的操作限制,应按照"船速一泵转速"图中三个运行区域有 不同的应用限制,即对主机转速的限制.船舶正常航行时尽 可能在区域三即安全区,防止推进泵频繁进入空泡区而引起 叶轮,导叶体和流道的表面金属剥蚀,振动和推进泵性能进 一 步下降. 3)当船舶需要加速或减速等工况而必须进入运行区域 三时,需在主机调速器上增加由开足油门到全功率的延滞时 问时问,避免推进泵长时间进入空泡工作区. 5结语 喷水推进较螺旋桨推进所具有的独特优点正逐步得到人们 所了解.随着对喷水推进技术研究的不断深入和大功率船用柴 油机的开发与成熟,以及高速,高性能船舶或其他特殊要求船 舶的需求增大,喷水推进是极具竞争力的推进方式之一.疆匿I圈