[發明專利]極地冰級船舶主推進調距槳裝置設計方法

有效

• 申請號: 201811415683.1
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109583076B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 張俊武;施睿贇;李梓;周林慧;鄒義;倪衛國
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0四研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 王晶

本發明涉及一種極地冰級船舶主推進調距槳裝置設計方法，具體步驟為：1)確定冰級符號；2)確定槳葉直徑、槳葉數量、螺距比、盤面比、轉速基本參數；3)模擬冰沖擊載荷計算；4)分析獲取在冰沖擊載荷下推進器葉片承受的推力、轉葉扭矩、冰沖擊扭矩載荷、葉片失效載荷數據；5)對調距槳裝置的槳葉進行冰載荷計算和分析；6)對槳葉進行冰載荷疲勞分析；7)分析冰載荷通過葉根軸承部分產生的彎矩和冰載荷通過葉根軸承部分進行徑向轉化產生的力；8)進行調距槳調距機構設計；9)調距機構零部件靜強度和疲勞強度分析。本發明通過對系統設計、計算、分析和評估工作的開展，開發了冰級船舶運營冰載荷下主推進調距槳裝置的設計和評估方法。

技術領域

本發明涉及一種極地冰級船舶主推進系統調距槳裝置，具體涉及一種具有極地冰區水域航行需求的船舶的主推進可調螺距螺旋槳裝置的設計方法。

背景技術

極地冰級船舶推進器的設計和制造技術是伴隨著多年來對極地冰區海洋環境、氣候、冰況特性的研究而產生并發展的，對高緯度地區的海洋環境、氣候條件等的研究和掌握，對極地冰級航行船舶的主推進裝置型式、推進軸系、推進器的材料、設計、加工等的研究都是極地冰級船舶推進器設計技術發展的影響因素和重要技術。極地冰級船舶經過一個世紀的發展，出現了核動力推進系統、燃氣輪機主推進系統、柴油機推進系統、柴油機電力推進系統等多種型式，而主推進調距槳裝置是目前冰級船舶推進器的重要型式。

極地冰級船舶主推進調距槳裝置的設計必須對極地航行水域的冰塊形態、物理特性進行假定，對冰塊作用于調距槳裝置的沖擊載荷進行合理假設和充分評估。對冰級船舶主推進調距槳裝置的設計和主推進系統的扭矩載荷、推力載荷、彎矩載荷等進行量化模擬,從而對推進器主要部件在冰載荷沖擊下的強度、疲勞等性能進行設計、分析和評估，其中涉及到冰載荷傳遞至調距槳裝置調距機構零部件的強度和疲勞評估。如果對冰載荷沖擊作用下調距槳裝置各部件的載荷考慮不充分或者評估不恰當，則可能導致在設計冰況下航行時船舶主推進調距槳裝置的操縱失效或產生機械泄漏問題，嚴重的還會導致船體受損或污染極地水域的情況。

發明內容

本發明是要提供一種極地冰級船舶主推進調距槳裝置設計方法，該方法采用考慮船體-主機-推進器之間的匹配設計，優化槳葉設計效率，滿足船舶航行的快速性、機動性、振動、噪聲等指標，其目的旨在解決極地冰區航行船舶的調距槳裝置在特定冰沖擊載荷情況下的調距槳裝置機構設計和零部件的強度、疲勞等評估問題。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種極地冰級船舶主推進調距槳裝置設計方法，具體步驟為：

(1)根據船舶航行水域和季節性海洋環境條件、法規要求確定冰級符號；

(2)根據船舶主推進布置情況和主推進原動機選型進行推進器的初步設計和選型，確定槳葉直徑、槳葉數量、螺距比、盤面比、轉速基本參數；

(3)選取設計冰塊厚度，結合推進器設計的基本參數，進行模擬冰沖擊載荷計算；

(4)分析獲取在冰沖擊載荷下推進器葉片承受的推力、轉葉扭矩、冰沖擊扭矩載荷、葉片失效載荷數據；

(5)對調距槳裝置的槳葉進行冰載荷計算，分析槳葉的應力分布情況，對葉根、葉梢重點部位的強度進行分析；

(6)根據槳葉應力計算結果，計算冰載荷循環次數，按照weibull分布理論和線性累積損傷理論對槳葉進行冰載荷疲勞分析；

(7)分析冰載荷通過葉根軸承部分產生的彎矩和冰載荷通過葉根軸承部分進行徑向轉化產生的力，并考慮槳葉轉葉扭矩傳遞至調距機構的轉葉扭矩；

(8)進行調距槳調距機構設計：包括冰載荷對調距槳調距機構的載荷傳遞計算、調距槳調距機構設計以及調距機構零部件的靜強度和疲勞強度校核；

(9)調距機構零部件靜強度和疲勞強度分析。