HTG26型减摇陀螺装置介绍-衡拓船舶.PDFVIP

HTG26 型减摇陀螺装置介绍 1. 原理概述 减摇陀螺装置是控制力矩陀螺在船舶减摇领域的一种特殊应用，其核心部件 是一高速转子。高速转子在外力矩作用下，在惯性空间中的产生进动，转子自转 轴力图以最短的途径向外力矩方向进动，进动角速度ω、转子动量矩 H 与外力 矩M 三者关系以如下矢量积的形式表现：M = ω×H，如图1a。 Y Y 图1a 进动角速度、动量矩与外力矩关系 图1b 进动角速度、动量矩与陀螺力矩关系 同时，外力矩引起的进动角速度ω会引起一个惯性力矩MYR,其矢量积的表达 形式为MYR=H ×ω，如图1b。这个惯性力称之为陀螺力矩，其与外力矩MY 的方 向相反。 综上，对于装有减摇陀螺的船舶，在受波浪力矩产生横摇时，陀螺由于自身 惯性效应，自身会产生一与波浪力矩反向的力矩，以此实现减摇功能。 在转子动量矩一定的情况下，装置产生的减摇力矩与转子进动的角速度成线 性关系。针对船舶当前的横摇状态，HTG26 型减摇陀螺装置通过一套液压阻尼系 统对转子进动的角速度进行实时调节，使之在复杂的实际海况中充分发挥其减摇 能力。 2. 系统组成 减摇陀螺装置由机械系统、电控系统、 进动调节系统及循环散热系统四部分 组成，机械系统包括陀螺马达、底座、 进动轴、进动轴承座等等，电控系统 包括启动箱、控制箱、操作面板及若 干传感器，进动调节系统包括油缸、 进动控制阀组等等，循环散热系统 包括冷却器、冷却循环泵，具体如 图2 所示。 2.1 机械系统 机械系统的核心部件为一个大惯量 转子，转子上下各由一组角接触球轴承 支撑。整个转子组件都封装在一个真空的 封闭壳体中，由一个特制的无框式直流无刷 图2 减摇陀螺装置外形图 电机直接驱动，由于真空封装以及电机采用直驱方式，飞轮系统的温升、振动及 噪音得到显著改善。整个飞轮及其支撑系统、电机以及整个封闭腔体称之为陀螺 马达。 2.2 电控系统 电控系统是减摇陀螺装置的“指挥中心”，由控制箱、启动箱和操作面板组 成。 控制箱是电控设备的核心部分，它感应船舶的横摇运动和陀螺的进动角度， 通过一定算法发出指令，控制陀螺的前后进动角速度和角度，来减少船舶的横摇 角，达到减摇的目的。 控制箱内主要包含陀螺仪、控制模块以及流量控制阀放大模块等元器件，用 于监测和控制陀螺减摇器的工作。 控制模块通过接收操作面板发出的相关指令控制电机的启停和转速，通过电 流信号控制进动调节系统中电液比例流量阀来控制陀螺的进度角速度和角度，以 充分发挥装置的减摇能力。 启动箱主要用于负责电机的启动/停止、转速 调节等功能。 操作面板一般装在船上的驾驶室，用于实现 人机交互。其核心任务是接受操作人员操作指令 以及显示系统运行、报警状态信息，与控制箱的 控制模块进行CAN 通讯，汇集装置的实时数据信 息，对装置进行操作、控制、对采集的信息进行 处理、存储、回放等功能。具体如图3。 图3 控制面板示意图 2.3 进动调节系统 进动调节装置主要包括两对油缸和一个阀组。阀组上主要包含一个比例换向 阀、两个电磁换向阀、两个溢流阀、两个蓄能器、两个压力开关等，具体如图4 。 为了控制液压系统的发热，在阀块内引入冷却液通道，通过循环散热系统控 制液压系统的温度。 蓄 能 比例换向 压力开关 溢 流 电磁换向 图4 进动控制阀组 进动调节装置的主要功能包括： 1） 当减摇陀螺装置处于非减摇工作状态时，将陀螺锁定在零位； 2 ）当减摇陀螺装置处于减摇状态时，对陀螺施加一阻尼力矩以控制陀螺进动角 速度