冯永平

摘 要：随着科学技术发展的日新月异，人类对未知领域的探索范围逐渐增大，大量的深海油气田被发现，可燃冰等新能源被开采利用，这些能源的开采利用极大地促进了深海半潜钻井平台、海上浮式生产储卸油船等一系列高技术深海海洋工程装备的使用。诸如大功率电力推进系统、半潜钻井平台动力定位等一系列支撑深海作业的新技术被不断地完善升级并投入使用，各种先进的、高端的设备被用于这些海洋工程装备中，例如全回转推进器，对深海海洋工程的发展起到了至关重要的支撑作用。

关键词：推进系统；全回转推进器；组成；功能

1 推进系统概述

推进系统是半潜钻井平台能够正常作业的一个重要组成部分。推进系统的主要功能是提供驱动半潜钻井平台运动的推力和力矩，并且对外界的力和力矩起到抵抗的作用。半潜钻井平台的推进系统主要由原动机和推进器组成。原动机的作用是将功率提供给推力机构，将功率转化为推力。原动机一般采用变压器、变频器和电动机。推进器是将原动机提供的扭矩转换成钻井平台动力定位或者前进动力的装置，其最常用的结构形式是螺旋桨推进器。螺旋桨推进器包括固定螺距螺旋桨和可调螺距螺旋桨两种。动力定位系统采用的推进器大致有：主推进器、槽道推进器、全回转推进器、吊舱推进器、喷水推进器等。半潜钻井平台一般都安装有6套或8套全回转推进器。

2 全回转推进器

全回转推进器是一种其推力方向可以相对于随半潜平台坐标系变化的推进器，这种推进器大多是导管式的，固定螺距的，通过伞齿轮系统传动机构使螺旋桨能在水平面内可以绕轴线作360度的回转，可以在任何方向获得最大推力，它可以使半潜钻井平台原地回转、横向移动、急速后退和在微速范围内作操舵等特殊驾驶操作。安装有多个全回转推进器的半潜平台，其推力分配的优化问题是一个非线性优化问题，在动力定位过程中，各个推进器接收动力定位系统发出的信号命令，改变方向角、输出相应大小的推力，满足动力定位的推力要求。全回转推进器既可以驱动半潜平台运行，也可以通过控制螺旋桨的方向角改变半潜平台的运行方向。根据原动机的放置和传动形式，有Z形和 L形两种全回转推进器。Z形全回转推进器是电动机水平放置在舱室，传动轴通过两级转向齿轮驱动螺旋桨运行，其优点是电动机放置简单，缺点是传动轴和齿轮箱较多，机械结构较为复杂。L形全回转推进器是电动机垂直放置，传动轴仅需通过一级转向齿轮来驱动螺旋桨运行，与Z形相比，因去掉一级转向齿轮，其机械结构简单，且机械损耗也相应减少，但需要直立式电动机。

3 全回转推进器系统简介

以劳斯莱斯 UUC 405 FP型全回转推进器系统为例，其组成部分的参数与功能如下：

3.1 系统组成

推进器：功率4500 kW，输入轴转速0～720 r/min，输入轴最大扭矩59.7kN.m，顺时针方向（从输入轴看），螺旋桨转速0～161 r/min，減速齿轮比4.462：1，桨叶4叶，桨直径3800mm，最大转舵速度2 r/min，2套带刹车装置的转舵液压马达，舵角指示器，转舵机构，传动轴，上下齿轮箱，导流罩等。

转舵液压动力站单元：86 kW*2套转舵泵组、滤器、软管、油箱、冷却器、压力表、接油盘和其他必需附件集成在一起。泵由电机驱动，可以本地控制，也可以遥控控制。当一组泵组工作时，另一组作为备用。

滑油单元：8.6kW *1套滑油泵组、滤器、冷却器、压力表、接油盘和其他必需附件集成在一起。泵由电机驱动，可以本地控制，也可以遥控控制。滑油泵组从推进器顶部吸油，经过滤器和冷却器再回到推进器底部。

膨胀油柜：滑油热胀冷缩，膨胀油柜连通推进器，压缩空气通入油柜增加油压力。

重力油柜：重力油柜中的油来维持桨轴密封和转舵密封压力，位置要高于膨胀油柜，压缩空气通入油柜增加油压力。

放泄泵单元：0.5 kW *1泵组，推进器垂直轴封的油流到放泄油柜，当油位达到高液位时，泵自动启动，把油排到滑油系统中，低液位时自动停止运行。

中间轴系：原动机和推进器中间连接的传动轴，传递力矩。

弹性联轴节：位于传动轴顶端，原动机和传动轴之间的弹性连接。

气动刹车/机械轴锁：为了便于维护，轴系安装了一套气动的刹车盘，通过本地控制阀控制，可满足最大3节的水流作用在推进器上产生的推力。同时，一套机械轴锁安装在刹车盘上。

仪表控制板：用于调节到膨胀油柜和重力油柜的压缩空气压力。

主控制单元：ACU（Azimuth thruster Control Unit）全回转推进器系统的本地控制单元。

3.2 全回转推进器功能描述

全回转推进器可选择在动态定位模式下运行，也可随动模式下操作。其相互之间独立运行，没有信号连接，如果其中一套推进器失效，不会影响到其他推进器的运行。启动推进器需满足以下几个条件：①滑油压力满足；②转舵液压油压力满足；③轴刹打开；④轴锁打开；⑤ACU控制系统内部自检舵效。当滑油温度太高，高于80℃，或者膨胀油柜液位太低时，自动停止推进器，防止损坏。

劳斯莱斯全回转推进器主要技术特点：优化设计的螺旋桨和导流罩、可靠方便的控制系统、顶级的零部件、平缓稳定的操作性能等，正在逐步地、广泛地应用于海洋工程装备中。

参考文献：

[1] AQUAPILOT CONTROL SYSTEM SERVICE MANUAL WORK NO.：13S000002，（S645）.