港口拖船用全回转导管式方位推进装置

做港作拖船配套结构设计快十二年，经手的推进系统三维建模项目不下四十个，这套导管式方位推进器的模型，是去年给某港机厂做方案验证时搭的，当时甲方提的核心要求是能适配3200马力港作拖船的艉部安装空间，还要满足原地回转、横向顶推的作业需求。先从安装边界说起，上部的圆形法兰基座外径是1280mm，厚度120mm，上面均布16个M36的安装螺栓孔，中心距1160mm，这个尺寸是严格对应拖船艉部的焊接基座来的，建模时特意留了2mm的安装间隙，避免现场装配时出现干涉。下部的导管外径1800mm，轴向长度620mm，导管内壁和螺旋桨叶尖的间隙控制在15mm，这个间隙值是反复算过的，太小容易在航行时被杂物卡滞，太大又会降低导管的导流效率，损失推力。螺旋桨采用的是三叶定距桨设计，桨叶直径1570mm，盘面比0.55，叶根和桨毂的过渡圆角做了R35的处理，减少应力集中，桨毂前端的整流帽直径220mm，做了椭球形流线设计，降低进流阻力。建模的时候是用Rhino做的曲面构建，第一步先搭基准轴系，确定上部安装法兰的中心轴线和下部螺旋桨的回转中心同轴度公差在0.1mm以内，毕竟方位推进器是要360度全回转的，轴系不对中很容易出现振动异响。然后先做上部的安装基座，把法兰盘、回转支撑的安装位、内部传动轴的过孔依次做出来，回转支撑的安装止口是H7的公差配合，建模时直接把配合面的公差带在参数里标好，后续出工程图不用再反复调整。接下来做导管部分，导管的翼型用的是NACA4415改型，先在Rhino里画好翼型截面线，沿着螺旋桨的轴线方向做双轨扫掠，然后把导管和上部的连接支架做布尔合并，连接支架的截面是椭圆形，长轴顺着水流方向，减少航行阻力。螺旋桨的建模是最费时间的，先根据桨叶的叶切面展开图，在不同半径位置画好切面轮廓，从叶根到叶尖一共取了11个截面，每个截面的螺距角从叶根的32度渐变到叶尖的18度，用放样命令做出桨叶曲面，然后环形阵列三个叶片，和桨毂做合并，最后把整流帽和桨毂前端做顺滑过渡。整个模型做完之后，还做了干涉检查，确认螺旋桨在全回转范围内，和导管、连接支架都没有碰擦，然后用Rendering模块做了基础的材质赋色，红色的部分是船用防锈漆的材质，桨叶用的是铜合金材质，方便方案汇报的时候甲方能直观看到结构。实际作业的时候，这套推进器可以通过上部的回转机构360度调整推力方向，港作拖船靠离泊的时候，不需要调整船身朝向，直接改变推进器的角度就能输出横向、纵向的推力，比传统的舵桨组合响应速度快30%左右，在狭窄的港池里作业灵活性特别好，尤其是拖带大型集装箱船靠泊的时候，能精准控制拖力的方向，避免碰撞码头。建模的时候还特意考虑了后期维护的空间，上部法兰和船体基座之间留了80mm的操作空间，方便工人拆装螺栓，导管下部留了200mm的清淤口，防止港池里的杂物缠绕桨叶。