创新性船舶推进系统设计

创新性船舶推进系统设计

邮轮可谓漂浮的海上移动城市。在创新型集成式电气推进系统的支持下,Queen Mary 2号游弋海上。

作者:ALEXANDER FARNSWORTH
照片:GETTY IMAGES和ROLLS-ROYCE

球面滚子止推轴承

事实

RMS QM 2号
皇家邮轮Queen Mary 2号由Carnival Plc所有,由冠达邮轮运营。
重量:148,528英吨
长度:345米;梁:41米;高度(龙骨到烟囱顶部):72米(相当于23层楼高);每侧表面积:6,000平方米。
航速:30节(56公里/小时)
载客量:14层甲板上共有1,310间客房,可容纳3,090名客人(另有1,238名船员)。
耗油量:4台Wärtsilä发动机(Wärtsilä 16V46CCR/16,800型)每小时消耗3吨柴油,GE燃气轮机(位于烟囱正下方)每小时消耗6吨柴油。
总功率:117.2兆瓦,相当于157,168马力

Rolls-Royce Marine
Rolls-Royce集团是总部设在伦敦的一家全球性企业,为客户提供集成式动力和推进解决方案。它在46个国家拥有50,500名雇员,2015年的收入为159亿欧元。

Rolls-Royce的船舶业务可以追溯至1831年,旗下包括诸多北欧知名品牌,例如Kamewa喷水式推进器、Aquamaster全回转推进器等。

Rolls-Royce设在瑞典Kristinehamn的工厂拥有大约400名员工,为客户提供海上推进解决方案。

www.rolls-royce.com

在诸如RMS Queen Mary 2号(QM2号)这样的班轮上,船上的每名船员和每台设备在这种豪华邮轮之旅中都发挥着无可替代的作用。不过,船上的无舵电力推进系统才是这趟旅程得以成行的根本所在,而大多数乘客并不知道这个推进系统。

Espen Tandberg是总部设在瑞典Kristinehamn的Rolls-Royce Marine Services公司的销售与技术销售支持经理。他说:“在海上穿梭往返的轮船中,Queen Mary 2号不是最新的,也不是最大的,然而,它却配备了最具创新性的推进系统。”2016年6月,Queen Mary 2号按计划对船只的推进器、稳定器和Mermaid™吊舱式推进器进行了大修,Tandberg则负责监管这次为期17天的大修工作。

在Rolls-Royce Marine的所有产品中,4台吊舱式推进器悬在船外目前仍是独一无 的设计。
总部设在瑞典KRISTINEHAMN的ROLLS-ROYCE MARINE SERVICES公司销售与技术销售支持经理ESPEN TANDBERG

Queen Mary 2号于2004年为冠达邮轮(Cunard Line)建造,造价高达8亿美元(有史以来造价最为昂贵的邮轮),由英国女王Elizabeth二世命名。QM2号包括豪华邮轮所有通常的元素,还包括其他的最高级的特征 —— 奢华的内饰、丰富的餐饮、多种多样的娱乐设施,还有体贴入微的服务人员等。QM2在海上游弋的秘诀在于其装配的4台260吨重的吊舱式电力推进器(其中两台是固定的,另外两台是可旋转的,或者说全回转的),每台推进器的功率为21.5兆瓦,总装机功率足以为一座30万人口的城市供电。

QM2号的重量达到148,528英吨(GT),而Rolls-Royce的Mermaid吊舱式推进器使其在港口移动起来精确自如,在海上航行的最快速度则高达30节(时速56公里)。QM2号的动力装置包括4台柴油涡轮发动机和2台燃气涡轮发动机,输出的能量被转化为电能,从而为整艘船只供能。

在Rolls-Royce Marine Services 工作的Espen Tandberg。

在Rolls-Royce Marine Services 工作的Espen Tandberg。

这些“吊舱式推进器”(想象一下,把螺旋桨、发动机和舵整合成一体)位于QM2号船舱外部,从而节省出了空间。否则,船上的大量空间将被传动轴等传动系统所占据。这种设计自然为船上的豪华设施腾出了更多空间。

即使到了今天,QM2号的吊舱式推进系统仍然非常具有创新性,所以它在今后若干年里仍将是船舶设计方面的活教材。Tandberg说:“过去十年间,Mermaid吊舱式推进器技术稳步提高。”Tandberg同时强调道,经过了一些广为人知的“成长的烦恼”,Rolls-Royce与SKF之间的长期合作关系最终促成吊舱式推进器的质量和设计不断进行小幅优化。他说:“在Rolls-Royce Marine的所有产品中,4台吊舱式推进器悬在船外目前仍是独一无二的设计。”

两台全回转吊舱式推进器能够360度旋转,从而使QM2号拥有无可匹敌的侧向机动能力。另外两台固定的推进器则提供推力。这4台推进器都拥有直径6米的大测斜定螺距螺旋桨,因此其噪音与振动水平较低。推进器内部有一根传动轴和一个定子,当然还有若干轴承,看起来与玩具电动机造型相像(见侧边栏)。

QM2号自2004年1月驶离了法国Saint-Nazaire的Les Chantiers de l’Atlantique造船坞之后,接受过几次定期和临时性停驶保养。船上所有物品(包括地毯、家具和机器)都得到维修、更换或大修。预防性定期保养通常是三到四年一次,事前计划得颇为周密。Tandberg说:“这就像是F1比赛中的停车进站,决不允许出现任何错误。这艘船要在截止时间之前完成所有检修。

停在德国汉堡Blohm & Voss 干船坞的Queen Mary 2号。

停在德国汉堡Blohm & Voss 干船坞的Queen Mary 2号。

合作的结晶

过去几年间,Rolls-Royce Marine Services和SKF共同重新设计了Queen Mary 2号上吊舱式推进器的内部轴承布局。SKF的产品应用工程师Torbjörn Holmqvist说:“这是一个持续改善的过程。”据Holmqvist介绍,其中一项关键的设计改良是重新设计了非驱动端轴承的布局(两个球面滚子推力轴承是面对面安装的)。设计采用了一种“普通的轴垫圈”,实际上把两个独立的轴承合 为一。另一项重要改进是,两个轴承都采用了非标准化的超优质合金钢,总之都是为了大幅延长轴承的使用寿命。

2016年6月,Queen Mary 2号停在德国汉堡的Blohm & Voss Shipyard造船厂接受例行保养。此次保养包括更换全部4个吊舱式推进器驱动端的CARB轴承以及非驱动端的球面滚子推力轴承。以轴承分析与机械 务经理David Berndtsson为首的4名SKF维修工程师,与Rolls-Royce的员工共同更换了上述轴承。一切进展顺利,保养工作也在规定时限范围内完成。

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