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1 引言
20世纪90年代，在现代模块化设计概念引领下，国外出现一种新型的电力推进装置，即一体化电机推进模块，英文名Integrated Motor/Propulsor，简称IMP。它是参照吊舱推进器的理念，同时结合导管桨结构特点，以及现代永磁电机技术，将导管、电机、螺旋桨有机结合，减小轴向空间，设计出的‘种新型推进装置。相对于传统的推进器具有结构紧凑、体积小、重量轻；推进效率高，扭矩平衡好；噪声低，隐蔽性好；适应性强，可靠性好；机动性高等特点。
论文参考国外IMP设计资料，以Solidworks为工具对一体化推进器进行了三维设计，并详细的说明了设计思想，展示了这种新型的水下电动力推进器的具体结构和工作原理，并将之与传统的推进器相比较，展望了此类推进器的改进及应用前景。
2 IMP总体结构
一体化推进器由以下部件组成：带有进出水口的外罩；螺旋桨——与毂联合安装在中心轴上；电动机——用于驱动螺旋桨，其中包括安装在螺旋桨叶片外缘的环形转子，安装在外罩内的定子；轴承总成——安装在螺旋桨毂与中心轴之间，且由设备周围的水进行润滑和冷却。轴承总成中包含叶轮驱动结构，以生成用于润滑和冷却轴承表面的循环水流。
此外，中心轴上螺旋桨的下游还包含一个或更多的流入口，以供给润滑和冷却轴承总成的恒定水流。这些流入口会覆上过滤网，过滤夹杂在流入轴承总成的水流中的杂质。
轴承总成包含一个安装在中心轴上游轴端的推力轴承组和一个安装在螺旋桨毂内缘的径向轴承衬套。推力轴承组外安装有一个活动端盖，可方便推力轴承和径向轴承衬套的维护。活动端盖与螺旋桨毂联装，螺旋桨工作时随之旋转。
导叶组连接中心轴与外罩内表面，将中心轴约束在轴心，也是推进器导管技术的一部分，可利用尾流能量，增加推进器产生的推进力。
驱动螺旋桨的交流电机中的转子使用永磁体替代励磁线圈以在转子内部产生磁场。转子上的磁场可以辅助电机启动，增加电机的整体效率，还允许转子外径和定子内径之间的气隙增大。气隙的增大减小了转子上的流体阻滞，也减小了因转子和定子发出的磁场中的不均衡而产生的无益谐波电流强度，进而减弱了转子上的振动，使设备运行顺畅安静。气隙的增大也削弱了海水杂质淤积的程度，降低了电机受损的可能性。
转子上，数个阻尼棒附在永磁体外缘，组成鼠笼形结构，辅助与定子产生的波动磁场达到同步。这些阻尼棒还屏蔽了消磁电流，如前面提及的谐波电流或设备短路产生的电流。每个永磁体上还装有顶盖，用于放置阻尼棒。导电楔安置在转子上的永磁体之间，增加鼠笼结构的承受能力。
推进器的外罩内部构型为科特导管，可以为螺旋桨提供伴流，而且其噪声性能很好，可以平稳转子、定子的运转。
推进器的结构设计特点包括：
(1)为了实现推进器与电机结构一体化，导管设计分为前后两个部分，IMP的安装非常简单，从而减少了建造周期，且便于维护。
(2)导叶与后导管连接为一体，导叶起着支撑连接的作用。
(3)推进器工作叶轮与电机的转子集成在一起，这样可以通过控制电机直接控制叶轮的转速，中间少了电机与叶轮的传动机构，可以提高效率和传动的可靠性。
(4)电机的定子与推进器的导管集成在一起。
(5)结构紧凑，减轻了航行器或者鱼雷的重量和体积。
可见，一体化推进器的结构设计层次分明，一目了然，在对推进器进行维护时，只需打开顶盖，就可以轻松取下轴承总成，螺旋桨总成等易损坏的部位，这对增加设备的可靠性非常重要。
3 一体化推进器层次结构设计
3.1 外罩总成
外罩总成由四部分组成，即入水肩环，定子总成，导叶总成及尾部。外罩内的转子在工作时深入罩体，与外罩形成一个整体，此时外罩的内部形状大致为科特导管，其良好的水动力外形能够为螺旋桨提供伴流，提高效率，推迟螺旋桨叶片空泡起始，其结构设计还能屏蔽转子旋转产生的流噪声。此外，外罩还起到保护螺旋桨的作用，使之能够适应多种工作环境。
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石油勘探中一体化推进器三维设计
时间:2014-08-17 14:55来源:万方数据 作者: 点击:
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