湖北武漢潛水聲吶設備公司,湖北武漢潛水聲吶設備公司有哪些
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永磁電機將為中國潛艇性能帶來(lái)哪些提升?
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作者:毅品文團隊劉備武,無(wú)授權禁轉!
前些日子中國船舶重工集團公司(CSIC)712所(武漢所)在其官網(wǎng)宣布我國獨立研制的首臺永磁推進(jìn)電機在海南三亞亞龍灣試驗成功!據稱(chēng)七一二所技術(shù)人員南下到達南海艦隊某潛艇上連續奮戰3個(gè)星期進(jìn)行了我國海軍第一臺永磁電機的試車(chē),我國成為繼德國英法美日后獨立掌握該領(lǐng)域技術(shù)的國家!與此同時(shí)我們稀土釹、鏑、鋱和鑭元素會(huì )進(jìn)一步深加工,其船舶動(dòng)力及電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的高附加值亦能激增!日本在此領(lǐng)域榨取我國“工業(yè)味精”賺得盆滿(mǎn)缽滿(mǎn)的時(shí)代開(kāi)始終結了!
(CSIC官方媒體傳出來(lái)的海軍動(dòng)力新突破的好消息,這可能牽引一個(gè)新行業(yè))
軍用常規動(dòng)力柴電潛艇上的左右兩臺主電機、低速航行巡航的左機右機以及其他水泵、氣泵、通風(fēng)電機、空氣壓縮機等機械常使用直流電機,一些作戰電子系統如導航及聲吶設備常使用直流交流組合機。大部分常規潛艇使用的是勵磁電機作為主機、輔機及備用電機,勵磁電機需要在大軸滑環(huán)上配備勵磁繞組和固定電刷,電流通過(guò)時(shí)它才能形成磁場(chǎng)。雖然電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的噪音并不算大但其也會(huì )耗費一定電能。上世紀八十年代后期德國研制出來(lái)實(shí)用化的永磁電機,英國、法國、美國和俄羅斯都在潛艇或驅逐艦上裝備了永磁電機。
(未來(lái)我軍核潛艇動(dòng)力以及水面艦艇的綜合電力推進(jìn)系統會(huì )更先進(jìn))
永磁電機主要依靠永磁體就能形成電流,由于不需要線(xiàn)圈繞組和電刷其構件減少省去了約四成的占用空間。永磁電機沒(méi)有集電環(huán)和電刷,電動(dòng)機的效率及功率密度更高,其發(fā)熱小,冷卻結構也變得簡(jiǎn)單。省去齒輪箱后可實(shí)現轉向架系統的靈活布置。永磁電機允許更大的電流過(guò)載量,潛艇的極限航速時(shí)間延長(cháng)后在極度危險時(shí)逃避追擊更具優(yōu)勢。其安裝在輪軸的全封閉結構形成的整體直接驅動(dòng)系統不需要此輪箱和潤滑油,潛艇機械師的維護工作量有所降低。對于依靠水下潛航保持隱蔽性突襲的潛艇來(lái)說(shuō)可靠性高、系統布置靈活和占地空間小的戰術(shù)優(yōu)勢是極為有利的。
永磁電機就是采用永磁體生成電機磁場(chǎng),無(wú)需勵磁線(xiàn)圈和勵磁電流的電機,我們小時(shí)候玩的四驅車(chē)里的小“馬達”將其拆開(kāi)里面有兩塊小磁鐵的那種,那就是比較簡(jiǎn)單的永磁電機。
在早期潛艇上就有應用直流永磁電機,只不過(guò)那時(shí)候的直流永磁電機調節能力差,并且功率浪費嚴重,所以后來(lái)的潛艇一般都換成了交流感應電機。
▲早期的直流永磁電機只有電流和電壓兩個(gè)參數,如果需要調整功率、轉速的話(huà)就只能靠改變電壓來(lái)實(shí)現,所以調節能力非常差。
而現在所指的新直流永磁電機,則是指用固態(tài)電子技術(shù)尤其是IGBT元件組織整流、變流設備,可以有方便調節并且不損失功率的直流永磁電機。
它所在潛艇的應用優(yōu)勢主要為以下幾個(gè)方面;
體積重量較小
新直流永磁電磁由于高功率密度和高轉矩密度,所以體積重量相對較小,一臺額定功率37兆瓦、轉速為120轉/分的直流永磁電機,僅重1.02噸、長(cháng)2.1米、直徑2.8米,相比傳統推進(jìn)電機減少40%-50%的重量和體積。
高效率
新直流永磁電機在大轉速范圍內均有較高的效率,包括轉換裝置在內的總效率高達93%-94%。
易匹配
通過(guò)高效精確控制,新直流永磁電機可在大轉速范圍內實(shí)現與潛艇螺旋槳更好的匹配。
適用性廣
由于新直流永磁電機具有低速大扭矩特性,所以其可以適用于低速潛艇螺旋槳。
靜音性
新直流永磁電機與傳統交流同步電機,一樣具有低噪聲特點(diǎn)。
所以結合以上有點(diǎn),采用新直流永磁電機的常規潛艇,相比以往常規潛艇在功率輸出、航速調節、靜音性上更具有優(yōu)勢。
永磁電機具有結構簡(jiǎn)單、運行可靠、功率密度大、噪音低等優(yōu)點(diǎn),美俄兩國核潛艇先進(jìn)性主要體現在噪音低排水量大載彈量多等方面,我國第一第二代潛艇降噪技術(shù)長(cháng)期落后美俄,永磁電機的研制成動(dòng),使我國潛艇在降噪、航程、維護保養、航速等方面產(chǎn)生飛躍性的進(jìn)步,最大特點(diǎn)是可大幅降低噪音,其體積可減少50%,功率反而更大,可騰出很多空間安裝其他裝備,再加上無(wú)軸泵噴推進(jìn)技術(shù),潛艇用鋼板及焊接等技術(shù)的進(jìn)步,將使我國能生產(chǎn)低噪音、大噸位、大載彈量、維保簡(jiǎn)單、性能可靠的先進(jìn)潛艇,中壓直流全電推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)先美國12年,使我國潛艇首次進(jìn)入世界先進(jìn)行列,引領(lǐng)世界潮流。
天天看大家關(guān)心電推,就沒(méi)見(jiàn)有人說(shuō)說(shuō)推進(jìn)電機的事,這次終于有人問(wèn)了,就借著(zhù)這個(gè)機會(huì )大概說(shuō)一說(shuō)。其實(shí)相較于水面艦艇來(lái)說(shuō),潛艇的電力推進(jìn)技術(shù)革新更為緊迫一些,電推技術(shù)不過(guò)關(guān),常規潛艇就沒(méi)法使用,核潛艇也用不好。截至到目前為主,常規潛艇已經(jīng)全面普及了電力推進(jìn):“水面航行時(shí),柴油發(fā)電機給蓄電池充電,同時(shí)向推進(jìn)電機供電驅動(dòng)潛艇行駛”;潛航時(shí),由充好點(diǎn)的蓄電池組單獨給推進(jìn)電機供電,驅動(dòng)潛艇行駛,此時(shí)不需要柴油機工作。對于核潛艇來(lái)說(shuō),電力推進(jìn)系統則常常作為應急動(dòng)力存在,水面航行或高速潛航時(shí)由反應堆驅使蒸汽輪機做功,直接帶動(dòng)推進(jìn)軸系旋轉航行;當采用低速靜音航行模式或者故障發(fā)生時(shí),則斷開(kāi)主離合器,將汽輪發(fā)電機發(fā)出交流電經(jīng)整合后直接供給推進(jìn)電機,推進(jìn)電機直接帶動(dòng)軸系旋轉航行。
▲電力推進(jìn)結構示意圖
那么為何現代常規潛艇的主推進(jìn)系統已經(jīng)普及電推,而核潛艇一般只在應急動(dòng)力系統上使用呢?這主要還是在于兩種潛艇所需的功率不同,常規潛艇排水量小,柴油動(dòng)力輸出的功率比較低,因此現有的電機技術(shù)可以滿(mǎn)足需求;核潛艇排水量巨大,蒸汽輪機輸出功率高,現有的電機技術(shù)僅能滿(mǎn)足其低速行駛的需要。以美國俄亥俄級彈道導彈核潛艇為例:上面裝備得推進(jìn)電機功率僅僅只有242KW,在斷開(kāi)主動(dòng)力系統離合器的情況下,只能保證潛艇以大約3節的速度航行,因此只能屈尊充當應急動(dòng)力。
▲法國“熱蒙”JEUMONT公司為軍用艦艇生產(chǎn)的永磁推進(jìn)電機
結合我們上文所說(shuō)的,現在的直流電機不是功率做不高,只不過(guò)需要付出的結構重量和體積過(guò)于巨大,潛艇狹小的空間承受不了,所以就需要在推進(jìn)電機領(lǐng)域進(jìn)行金屬革命。相較于比較成熟且“潛力低下”的直流電機來(lái)說(shuō),比較“新鮮”的技術(shù)是感應電機、永磁電機和高溫超導電機。
▲巴西海軍核潛艇方案
目前西方國家實(shí)際上早就在潛艇上實(shí)用了永磁電機,但是絕大多數都是用在常規潛艇和核動(dòng)力潛艇上,核心問(wèn)題依然是推擠功率。例如,德國西門(mén)子公司在上世紀八十年代就開(kāi)始為海軍研制艦艇用永磁電機,為潛艇開(kāi)發(fā)了1FR6系列新型永磁電機,各型號功率從1.7MW-5MW不等,完全滿(mǎn)足常規潛艇使用,但是對于核潛艇來(lái)說(shuō)還遠遠不夠,其開(kāi)發(fā)的20MW徑向磁通永磁電機重量高達84噸,對于核潛艇來(lái)說(shuō)功率勉強夠用,但過(guò)于笨重了;法國熱蒙公司在1987年研制出了400KW的永磁電機,比同功率的直流電機體積減小40%,1997年熱蒙公司為智利海軍常規潛艇提供了3.3MW級別的永磁推進(jìn)系統,后來(lái)又為“鮋魚(yú)”級常規潛艇開(kāi)發(fā)了3.5MW的永磁電機,未來(lái)熱蒙公司還將為澳大利亞海軍訂購的“短鰭梭魚(yú)”級潛艇提供更先進(jìn)的永磁電機;俄羅斯也為用于出口的“阿穆?tīng)枴奔墲撏ч_(kāi)發(fā)了4.1MW的永磁電機。總體來(lái)說(shuō),現在世界各國的永磁電機技術(shù),還不足以小型化到讓核潛艇當做主要動(dòng)力使用,滿(mǎn)足常規潛艇倒是綽綽有余。英國羅羅公司在1997年開(kāi)始設計3MW級別的橫向磁通永磁電機,以滿(mǎn)足皇家海軍的需求,具體由皮皮布爾斯電機公司制造。美國就更不用說(shuō)了,2007年都開(kāi)始玩36.5MW級別的高溫超導電機。
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