[发明专利]极地冰级船舶主推进调距桨装置设计方法

说明书

本发明涉及一种极地冰级船舶主推进调距桨装置设计方法，具体步骤为：1)确定冰级符号；2)确定桨叶直径、桨叶数量、螺距比、盘面比、转速基本参数；3)模拟冰冲击载荷计算；4)分析获取在冰冲击载荷下推进器叶片承受的推力、转叶扭矩、冰冲击扭矩载荷、叶片失效载荷数据；5)对调距桨装置的桨叶进行冰载荷计算和分析；6)对桨叶进行冰载荷疲劳分析；7)分析冰载荷通过叶根轴承部分产生的弯矩和冰载荷通过叶根轴承部分进行径向转化产生的力；8)进行调距桨调距机构设计；9)调距机构零部件静强度和疲劳强度分析。本发明通过对系统设计、计算、分析和评估工作的开展，开发了冰级船舶运营冰载荷下主推进调距桨装置的设计和评估方法。

技术领域

本发明涉及一种极地冰级船舶主推进系统调距桨装置，具体涉及一种具有极地冰区水域航行需求的船舶的主推进可调螺距螺旋桨装置的设计方法。

背景技术

极地冰级船舶推进器的设计和制造技术是伴随着多年来对极地冰区海洋环境、气候、冰况特性的研究而产生并发展的，对高纬度地区的海洋环境、气候条件等的研究和掌握，对极地冰级航行船舶的主推进装置型式、推进轴系、推进器的材料、设计、加工等的研究都是极地冰级船舶推进器设计技术发展的影响因素和重要技术。极地冰级船舶经过一个世纪的发展，出现了核动力推进系统、燃气轮机主推进系统、柴油机推进系统、柴油机电力推进系统等多种型式，而主推进调距桨装置是目前冰级船舶推进器的重要型式。

极地冰级船舶主推进调距桨装置的设计必须对极地航行水域的冰块形态、物理特性进行假定，对冰块作用于调距桨装置的冲击载荷进行合理假设和充分评估。对冰级船舶主推进调距桨装置的设计和主推进系统的扭矩载荷、推力载荷、弯矩载荷等进行量化模拟,从而对推进器主要部件在冰载荷冲击下的强度、疲劳等性能进行设计、分析和评估，其中涉及到冰载荷传递至调距桨装置调距机构零部件的强度和疲劳评估。如果对冰载荷冲击作用下调距桨装置各部件的载荷考虑不充分或者评估不恰当，则可能导致在设计冰况下航行时船舶主推进调距桨装置的操纵失效或产生机械泄漏问题，严重的还会导致船体受损或污染极地水域的情况。

发明内容

本发明是要提供一种极地冰级船舶主推进调距桨装置设计方法，该方法采用考虑船体-主机-推进器之间的匹配设计，优化桨叶设计效率，满足船舶航行的快速性、机动性、振动、噪声等指标，其目的旨在解决极地冰区航行船舶的调距桨装置在特定冰冲击载荷情况下的调距桨装置机构设计和零部件的强度、疲劳等评估问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种极地冰级船舶主推进调距桨装置设计方法，具体步骤为：

(1)根据船舶航行水域和季节性海洋环境条件、法规要求确定冰级符号；

(2)根据船舶主推进布置情况和主推进原动机选型进行推进器的初步设计和选型，确定桨叶直径、桨叶数量、螺距比、盘面比、转速基本参数；

(3)选取设计冰块厚度，结合推进器设计的基本参数，进行模拟冰冲击载荷计算；

(4)分析获取在冰冲击载荷下推进器叶片承受的推力、转叶扭矩、冰冲击扭矩载荷、叶片失效载荷数据；

(5)对调距桨装置的桨叶进行冰载荷计算，分析桨叶的应力分布情况，对叶根、叶梢重点部位的强度进行分析；

(6)根据桨叶应力计算结果，计算冰载荷循环次数，按照weibull分布理论和线性累积损伤理论对桨叶进行冰载荷疲劳分析；

(7)分析冰载荷通过叶根轴承部分产生的弯矩和冰载荷通过叶根轴承部分进行径向转化产生的力，并考虑桨叶转叶扭矩传递至调距机构的转叶扭矩；

(8)进行调距桨调距机构设计：包括冰载荷对调距桨调距机构的载荷传递计算、调距桨调距机构设计以及调距机构零部件的静强度和疲劳强度校核；

(9)调距机构零部件静强度和疲劳强度分析。