船舶動(dòng)力系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1、船舶動(dòng)力系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)摘要：船舶的動(dòng)力系統(tǒng)類型主要有柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、 燃汽輪機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、電推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)和混合動(dòng)力系統(tǒng)等。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的現(xiàn)代船舶動(dòng)力 系統(tǒng)的性能關(guān)系到整個(gè)國(guó)家船舶運(yùn)輸效率的高低，船舶動(dòng)力系統(tǒng)的研究也成為了整個(gè)造船行 業(yè)技術(shù)研究的重點(diǎn)。關(guān)鍵詞：船舶動(dòng)力系統(tǒng)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì) 中圖分類號(hào)：f407. 474文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a一、船舶常規(guī)動(dòng)力系統(tǒng)的現(xiàn)狀1、柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)柴油機(jī)作為內(nèi)燃機(jī)，具有啟動(dòng)迅速、部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)性能 好、安全可靠、功率范圍大、效率高、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。船舶主機(jī)和船舶電站多采用柴 油機(jī)。自20世紀(jì)60年代起，柴油機(jī)全面取代往復(fù)式蒸汽機(jī)和蒸汽輪機(jī)，成為最主要的船舶 動(dòng)力。根

2、據(jù)二沖程柴油機(jī)和四沖程柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的不同，柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)又分為柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)和柴油機(jī)齒輪傳動(dòng)。由于二沖程柴油機(jī)轉(zhuǎn)速低，可以直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳，實(shí)現(xiàn)機(jī)槳匹配，主要應(yīng)用在大中型遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船舶上。四沖程柴油機(jī)由于轉(zhuǎn)速 高，需經(jīng)過(guò)齒輪箱降速，再驅(qū)動(dòng)軸系和螺旋槳，它主要由中速柴油機(jī)（單機(jī)驅(qū)動(dòng)或多機(jī)驅(qū) 動(dòng)）、齒輪箱、軸系和螺旋槳（可調(diào)槳）組成，主要應(yīng)用在中小型貨船、客船、滾裝船、豪華游船、 海洋工程輔助船和軍船上。目前以柴油機(jī)為動(dòng)力的船舶占世界商船隊(duì)的95%以上，其中， 柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)占55%,柴油機(jī)齒輪傳動(dòng)占39%o此外，柴油機(jī)還是船舶燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)系 統(tǒng)和電力推進(jìn)系統(tǒng)的主要設(shè)備。從全球柴油機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)占有率來(lái)看，

3、以man公司和 wartsila公司為代表的歐洲老牌柴油機(jī)制造商占據(jù)了大部分市場(chǎng)份額。近年來(lái)，man 公司通過(guò)向日本、韓國(guó)、中國(guó)的柴油機(jī)生產(chǎn)廠轉(zhuǎn)讓生產(chǎn)許可證，得到了迅速發(fā)展。除此之 外，man和瓦錫蘭具備整體提供主機(jī)、齒輪箱、軸系和螺旋槳的能力，具備很強(qiáng)的系統(tǒng)集 成設(shè)計(jì)實(shí)力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)船舶柴油機(jī)通過(guò)技術(shù)合作、專利或許可證引進(jìn)及自主開發(fā) 研制，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成了較強(qiáng)的生產(chǎn)能力。盡管近幾年我國(guó)船舶柴油機(jī)生產(chǎn)已有較快發(fā)展，但我國(guó)造機(jī)企業(yè)與世界前三名造機(jī)企業(yè)的差距還非常大，企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力仍較弱。2、燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力系統(tǒng)與柴油機(jī)相比，燃?xì)廨啓C(jī)的不足之處是其較低的燃油經(jīng) 濟(jì)性，尤其在部分工況下。不僅燃

4、氣輪機(jī)油耗高，還要燃用干凈清潔、價(jià)格昂貴的蒸館 油，這很難被大多數(shù)航運(yùn)公司所接受，因而也是未被廣泛采用的重要原因之一。但是，燃?xì)廨?機(jī)質(zhì)量輕功率大、動(dòng)力響應(yīng)性好，如再配上柴油機(jī)組成聯(lián)合動(dòng)力裝置(codag)可以克服低工 況油耗高的缺點(diǎn)，是高速船最合適的動(dòng)力裝置，實(shí)踐還表明燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組可靠性達(dá)99. 5%, 具備96. 5%可使用性，熱效率已達(dá)39%加上其特有的低排污，特別適應(yīng)渡船的使用環(huán)境。二、船舶動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)1、柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)a) 常規(guī)柴油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)作為供給船舶推進(jìn)動(dòng)力的主要?jiǎng)恿?lái)源，在將來(lái)的發(fā)展 趨勢(shì)為越來(lái)越大的單缸輸出功率、低排放、低污染和高可靠性。同時(shí)，柴油機(jī)的工作形式

5、越 來(lái)越趨于智能化，并具有高綜合經(jīng)濟(jì)效益。b) 常規(guī)柴油動(dòng)力系統(tǒng)集成供貨被船廠、船東和設(shè)計(jì)院廣泛接受國(guó)外主要船舶配套廠家，如manb&w公司、warts訂a公 司等公司，根據(jù)船東的要求和船舶的基本參數(shù)，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，提供主推進(jìn)系統(tǒng) 完整解決方案，由廠家集成制造出船舶主推進(jìn)系統(tǒng)，使設(shè)計(jì)、制造、安裝調(diào)試和維修服務(wù)等集成化，大大提高了主推進(jìn)系統(tǒng)的總體技術(shù)性能、可靠性和船舶的生命力。國(guó)內(nèi)部分研究所和設(shè)備廠家也陸續(xù)開始進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)和供貨，但是，由于國(guó)內(nèi)部分研究所和設(shè)備廠 家不設(shè)計(jì)生產(chǎn)船舶動(dòng)力系統(tǒng)的主要關(guān)鍵設(shè)備或未實(shí)現(xiàn)主機(jī)、齒輪箱、軸系和螺旋槳等全套動(dòng) 力系統(tǒng)的自主設(shè)計(jì)和供貨，因此動(dòng)

6、力系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)能力與國(guó)外主要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)配套廠家還 有一定差距。2、電力推進(jìn)系統(tǒng)a）常規(guī)電力推進(jìn)系統(tǒng)常用船舶電力推進(jìn)裝置一般由下述幾部分組成：原動(dòng) 機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變頻器、推進(jìn)變壓器和推進(jìn)器以及控制調(diào)節(jié)設(shè)備等組成。電力推進(jìn) 系統(tǒng)根據(jù)推進(jìn)器的不同，可分為常規(guī)的軸槳推進(jìn)，如可調(diào)槳和定距槳。同時(shí)對(duì)操縱性要求高 的船舶，特別是要求動(dòng)力定位的海工船，推進(jìn)器通常采用全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器。電力推進(jìn)相對(duì)柴油 機(jī)推進(jìn)具有經(jīng)濟(jì)性好、操縱性優(yōu)良、節(jié)省空間、噪聲低和節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。特別是對(duì)于一些 多工況特種船舶如海洋工程船等，在低航速和低負(fù)荷工作時(shí)，可以合理選擇柴油發(fā)電機(jī)組的 臺(tái)數(shù)和負(fù)荷，有效提高船舶的經(jīng)濟(jì)性。相同推進(jìn)功率

7、的船舶電力推進(jìn)要比柴油機(jī)推進(jìn)油耗減 少10%左右。b）吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)是當(dāng)今備受推崇的一種推進(jìn)方式。它是一種全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，電動(dòng)機(jī)位于吊艙內(nèi)，直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳。該系統(tǒng)的操縱性能 和推進(jìn)效率非常好，而且由于不需要軸系、舵及助推器，節(jié)省了大量的空間，減輕了自身質(zhì) 量，降低了噪聲和振動(dòng)，機(jī)動(dòng)性能更佳，安裝也更方便。目前在全球電力推進(jìn)系統(tǒng)市場(chǎng)上，abb集團(tuán)、科孚德公 司和西門子集團(tuán)是最主要的供貨商。此前，這種系統(tǒng)主要應(yīng)用在科考船、豪華游船以 及軍船領(lǐng)域。然而，近年來(lái)，abb集團(tuán)azipod吊艙式電推系統(tǒng)開始在鉆井船、近海工程船、 破冰船及液化天然氣(lng)船上大量應(yīng)用。在開拓市場(chǎng)

8、的同時(shí)，abb還對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方 案進(jìn)行了更新。在操控方面，新一代系統(tǒng)完全采用電動(dòng)機(jī)操舵，其控制系統(tǒng)也經(jīng)過(guò)了升 級(jí)，采用操縱桿和舵輪來(lái)控制整個(gè)吊艙。c) 電力推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)隨著技術(shù)的進(jìn)步，交流變頻調(diào)速技術(shù)得到迅速發(fā)展，從 而使得電力推進(jìn)系統(tǒng)具有布置方便、工作噪聲低、節(jié)能、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，在 船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。船舶電力系統(tǒng)和船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)一體化供電的船舶 綜合電力系統(tǒng)是未來(lái)發(fā)展的新趨勢(shì)，該系統(tǒng)將船舶的電力系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)有機(jī)的組合在 一起，把動(dòng)力機(jī)械能源轉(zhuǎn)換為電力，提供給推進(jìn)設(shè)備和船上的其他設(shè)備使用，使得船舶日用 供電和推進(jìn)供電一體化，實(shí)現(xiàn)電力的綜合利用和統(tǒng)一管

9、理。3、混合動(dòng)力系統(tǒng)混合動(dòng)力系統(tǒng)主要包括柴-電推進(jìn)系統(tǒng)、柴-燃推進(jìn)系 統(tǒng)、柴-電/燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)系統(tǒng)等，主要用于軍用船舶。然而，近幾年來(lái)商用船舶也逐漸開始采 用混合動(dòng)力系統(tǒng)。最簡(jiǎn)單的混合動(dòng)力系統(tǒng)是具有pth功能(takemehome)的柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)， 該系統(tǒng)在常規(guī)柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用軸帶發(fā)電機(jī)和可調(diào)槳配置。主推進(jìn)柴油機(jī) 故障停車的情況下，軸帶發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳低速航行，該系統(tǒng)目前越來(lái)越多地運(yùn) 用在單機(jī)單槳系統(tǒng)的船舶，如集裝箱、多用途貨船和化學(xué)品船等商用船舶上，從而大大提高了 系統(tǒng)的可靠性。目前最先進(jìn)的混合動(dòng)力系統(tǒng)一般運(yùn)用在多工況工程船上，如ustein集團(tuán)建 造的多用途海洋工程

10、船“奧利匹克赫拉”號(hào)交付船東，該船既可由柴油機(jī)直接推進(jìn)，也可由 柴-電推進(jìn)系統(tǒng)提供動(dòng)力，成為海事界的關(guān)注焦點(diǎn)。4、特種推進(jìn)裝置的發(fā)展和應(yīng)用a)可調(diào)槳推進(jìn)系統(tǒng)可調(diào)槳推進(jìn)系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保，操縱性好等優(yōu)點(diǎn)，目前 國(guó)外中速柴油機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)普遍配置可調(diào)槳和軸帶發(fā)動(dòng)機(jī)。一些大型船舶采用低速柴油機(jī)也開 始配置可調(diào)槳和軸帶發(fā)動(dòng)機(jī)，充分發(fā)揮主機(jī)的功率，實(shí)現(xiàn)更好的機(jī)槳匹配，達(dá)到節(jié)能降耗的 目的。由于低速機(jī)普遍推進(jìn)功率大，因此可調(diào)槳朝著大功率大型號(hào)的方向發(fā)展。man公司最 大型號(hào)的可調(diào)槳為vbs2150,可配套50000kw的主機(jī)。此外，為滿足特種船舶的作業(yè)要求, 特別是一些船舶作業(yè)時(shí)需動(dòng)力定位和多工況運(yùn)行，可調(diào)槳也得到廣泛的應(yīng)用。b）海洋工程高的發(fā)展對(duì)大功率的全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器和側(cè)推 需求量增加隨著海洋工程由近海向遠(yuǎn)海的轉(zhuǎn)移，深水工作船和平臺(tái) 需求的日益增長(zhǎng)。在深水中工作的船舶必須配置動(dòng)力定位系統(tǒng)和大功率的全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器和 側(cè)推，從而滿足船舶在作業(yè)時(shí)的操縱性和定位要求。三、結(jié)束語(yǔ)在特種船舶和海