很好的机动性能、快速的响应、平稳的运行和很高的行驶速度就是ABB公司研发的Azipod船舶变速器的特点。另外,该变速器还具有高效、减排和供货期短等特点。虽然自1990年起,ABB就不断对船舶驱动系统进行改进和提高,但都是在第一代产品基础上的小幅改革。然而这种变速器至今仍然是新型船舶制造所热衷的产品,而且其也是按照用户的反馈信息研发第二代船舶驱动系统的基础。
第一步:确定新一代船舶驱动系统的目标
除技术问题外,第二代船舶驱动系统需要考虑的问题还有安全性、易于维护保养、可靠性、制造加工性能、人机接口、总生命周期成本、环保和设计方面的问题。第二代船舶驱动系统的研发成果是于2009年9月投放市场的Azipod XO。在经过了前期研究、用户调查和企业产品展示会之后,确定了第二代船舶驱动系统研发的目标:提高船舶的承载能力和整体效率;通过模块化设计灵活的、受控且经济高效的满足用户的要求;装配更加简单,缩短在船舶中的安装时间;缩短前期设计和项目设计的时间;缩短生产准备时间,降低生产制造成本;提高整个系统的安全性;减少燃油消耗,降低排放。
一套船舶动力驱动系统,包括驱动功能和驱动控制功能的系统,是船舶不可缺少的组成部分。它把机械制造技术和电气控制技术结合在一起,带有现代化的通信技术,采用了流体动力学的原理;其目的就是提高驱动效率,并保障船舶行驶的机动性能。当把用户也接纳到产品的研发团队之后,产品设计中就融入了更多的实践经验。在用户的帮助下出现了许多新的、从设计开始就对设计人员有着重要影响的设计理念。
第二步:可视化技术是模块化解决方案的关键
在产品的设计阶段,他们在提高人身安全方面给予了极大重视,尤其是在设计Azipod变速器内影响维修工人人身安全的运动零部件时。在技术可行性方面的分析中,可视化技术有着重要意义:它大大方便了与其他设计师就所设计零部件的安全保护问题进行讨论。例如在轴用密封件是否可以在Azipod变速器中进行更换的问题上,就需要与技术服务工程师一起讨论密封方案的可行性。
设计中的另一个重要观点就是新一代船舶变速器必须采用标准化的模块结构。因为只要通过标准化才能提高质量和生产加工的效率,从而持久实现降低整个生产成本的目标。在所有产品研发人员的共同努力下,Azipod系列船舶驱动系统都有大约300个标准化模块。尽管吊舱式推进器的流体动力学性能已经改善了10%~15%,这一团队仍然在减少能源消耗和降低CO2排放方面进行着不懈努力。
新研发的驱动装置使吊舱中密封件的更换成为可能
改善流体动力学性能
由于Azipod船舶动力系统是一个非常复杂的产品,因此其流体动力学性能的改进受到了很大限制,需要采取一些妥协办法。新的吊舱外壳形式保留了原来的外形,但其螺旋桨毂和外壳的直径尺寸都有所减小。吊舱与船体之间的支承形式也发生了变化。这些改进提高了设备2%的流体动力学性能。在对吊舱垂直轴进行改进后,控制扭矩也减少了20%左右。这样,就实现了控制系统小型化,节约了大量能源,并且减少了控制系统的磨损。在螺旋桨驱动轴的密封件中,ABB的设计人员也采用了特殊的解决方案。因为若海水渗入到吊舱,浸泡电机,就会带来非常巨大的经济损失。同样,良好的密封件也可以防止润滑油渗入到海水中去。
在这一研发项目中,设计师们采用了完全不同于传统密封件的密封方案。结果是:新的设计方案使得吊舱内密封件的维修成为可能,减小了工作中的风险。他们研发了一种采用陶瓷复合材料的轴承支承方案,可以在没有抽水和干燥过渡的情况下更换密封件:利用滑动轴承承受轴向力,利用球轴承承受径向力,这种轴承组合方式在船舶市场中还从未有过。
基于Azipod OX系统的技术优势,船舶用户可以节约大量资金:流体动力学性能提高了2%,每年可以节约70万美元的燃油费用;减少5000 t的CO2排放。仅减排一项节约的费用就可在8个月内收回投资成本。
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