水下推进器

水下推进器的类型

推进装置一般分为三种类型：横向推进器或隧道推进器，由安装在横向隧道中的螺旋桨组成；一个喷射推进器，它由一个从龙骨吸入并向两侧排放的泵组成；和方位角推进器，可360°旋转

水下推进器可以进一步分为两大类，液压推进器和电动推进器。电动推进器主要用于电池供电的水下机器人，如AUV、潜艇和电动ROV。液压推进器主要用于工作级液压 ROV。液压推进器技术比电动推进器更古老，它们更坚固，重量推力比高于电动推进器，但维护和管道问题引起了用户的一些不满。由于开发了PMSM电动机，电动推进器在新设计的产品中越来越受欢迎。液压推进器的重量推力比高于电动推进器，但考虑到所需的液压元件，包括阀门、液压动力单元、管道接头等，液压推进器系统比电动推进器重。早期的电动推进器型号在电子控制器方面存在一些可靠性问题，但电力电子的发展使其更加坚固，市场上可以找到一些型号的使用寿命超过十年，保修多年。

电动水下推进器

电动推进器的主要部件有：

1. 电动机：电动机是电动推进器的主要部件，驱动螺旋桨。现代水下推进器通常使用无刷永磁同步电机 。在一些低质量的推进器中使用无刷直流电机。收益是较低的价格，而惩罚是较低的效率。在大多数现代设计中，无框 PMSM 电机用于减轻重量并提高热效率。这提高了功率重量比，但代价是更高的组装成本。丹麦哥本哈根海底公司生产电动环形推进器，其中电源施加在周边，电机组件与管道集成在一起。
2. 变速箱：为了使螺旋桨扭矩与电机扭矩匹配，一些制造商使用变速箱。大多数情况下，为了减轻推进器的重量和体积，齿轮直接组装在推进器外壳内，用作齿轮箱外壳。这样重量减轻了，但维修变得困难，因为在正常市场上找不到备件。
3. 直接驱动：在一些使用 PMSM 电机的现代设计中，电机扭矩与其直径的比率非常高，以至于电机可以在没有变速箱的情况下旋转螺旋桨。在直接驱动水下推进器中，电机比齿轮推进器中使用的电机更重，但缺少齿轮箱弥补了这一点。直驱推进器可靠性更高，噪音更低，效率更高，但价格比齿轮推进器高。
4. 电机驱动器和电子设备：无刷电机需要一些电子设备进行换向并控制其速度。在早期版本中，驱动器不可靠，与高度可靠的液压推进器相比，这导致用户不满。最近电力电子技术的发展使电机驱动器更高效、更可靠、更便宜、更小，可以直接安装在电机的末端。在现代设计中，电机控制器不仅能够控制螺旋桨 RPM，还能在需要对其定位进行严密控制的应用中控制推力。
5. 轴系和密封：将螺旋桨保持在正确的位置并使其在与外部物品（例如鱼或渔网）碰撞时可靠是各种推进器的主要关注点之一。由于这个问题，已经报告了许多失败。一些制造商试图通过使用磁性联轴器并完全避免旋转密封来解决它。这提高了密封和轴系的可靠性，但由于磁力联轴器的扭矩传递能力有限，它们会降低效率，他们通过使用高速、低扭矩螺旋桨解决了这个问题。在大多数模型中，效率低至 25%，这对于水下推进器来说是非常低的。磁性轴承要求螺旋桨在外壳表面上旋转，使用一层水作为润滑剂，这可能会在受污染的水中显着降低轴承寿命。其他一些制造商使用圆锥轴承和多重密封系统来实现冗余。在这种设计中，如果主密封件（失效，其他密封件可确保电机安全，推进器可以继续运行。
6. 螺旋桨：螺旋桨是将旋转转换为推力的部件。选择合适的螺旋桨对推进器的性能有相当大的影响。每个应用的流体动力负载线都需要匹配的螺旋桨以实现最大效率，但市场上缺乏标准的现成螺旋桨变体，因此不可能订购具有最佳效率螺旋桨的推进器。一些公司会设计和开发定制螺旋桨，但它们的价格确实很高。其他公司尝试提供多种螺旋桨作为选项，并让用户使用其推进器的性能图表选择最好的一种。
7. 喷嘴：喷嘴用于重载、低速推进器。大多数 ROV 都有这种类型的水动力载荷。在高速、轻载机器人中，例如 AUV、UUV 和潜艇，通常推进器没有喷嘴。
8. 螺旋桨护罩：螺旋桨可能会因鱼或其他物体的撞击而损坏，但如果流向叶片的气流不均匀，则可能会振动。螺旋桨护罩设计会影响到螺旋桨的流量，从而影响性能。一些制造商将螺旋桨护罩的设计留给用户，但更有效的解决方案是将功能与喷嘴支撑支柱集成。
9. 外壳：推进器外壳通常必须能抵抗海水腐蚀。有两种常见的 shell 版本；硬质阳极氧化铝和 316 级不锈钢。钢更重、更昂贵且更有弹性。铝更轻，更便宜。
10. 电连接器：电连接器是水下推进器的重要组成部分。第三方供应商提供范围广泛的可靠组件。

性能
 

许多参数会显着影响水下推进器。在海底，能量变得更有价值，因为它很难转移（ROVs）或储存它（AUV、UUV、潜艇），那么拥有最大效率非常重要。电机驱动器、电动机、轴系、密封件、螺旋桨、喷嘴和推进器的外部几何形状和表面都会影响效率。

1. 使螺旋桨负载与电机扭矩匹配：水下推进器较困难的设计问题之一是将螺旋桨负载线与电机电源线匹配。如果没有发生，推进器的整体效率将远低于最大值，或者仅使用一小部分电机功率。
2. 使用正确的螺旋桨：螺旋桨直径、螺距比和类型对于获得最大性能非常重要。在最终订购推进器之前，必须进行大量的调查和工程设计才能做出正确的选择。
3. 使用低总谐波失真 (THD) 电机和驱动器：PMSM 电机在 THD 方面存在一些效率问题。市场上有低 THD 电机和驱动器 ，但它们的价格远高于低效率电机。市场上只有高科技推进器使用这种类型的电机和驱动器。
4. 流线型推进器壳：流线型机身和手柄的制造对效率有相当大的影响，这种几何形状的曲线制造成本很高。