吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)

1、吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)英文名稱：暫無英文名稱標(biāo)簽：電力推進(jìn)系統(tǒng)頂3分享到發(fā)表評論（0）目錄?簡介?類型?概述?吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)評估顯示全部簡介編輯本段回目錄船舶電力推進(jìn)就是將船舶推進(jìn)原動機(jī)（現(xiàn)一般多采用柴油機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī) ）產(chǎn)生得機(jī)械能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⒁噪姍C(jī)驅(qū)動船舶螺旋槳得一種推進(jìn)方式，有常規(guī)推進(jìn)器與吊艙推進(jìn)器兩種形式。吊艙式推進(jìn)器，電動機(jī)與螺旋槳直接相連，可以360度水平旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成獨(dú)立得推進(jìn)模塊，吊掛于船體底 部，可分為前槳（牽引）式、后槳（推）式與串列式等，還有對轉(zhuǎn)槳、導(dǎo)管槳等多種形式得推進(jìn)器。但就是，吊艙式推進(jìn)器有兩個難題：一就是吊艙與槳軸得密封；二就是傳遞得功率受到一定限制。吊艙式混合電

2、力推進(jìn)系統(tǒng)，由芬蘭得KMY與ABB兩家公司于1989年提出。ABB公司推出得對轉(zhuǎn) 槳（contra-rotating propulsion）吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)，結(jié)合了常規(guī)推進(jìn)器與吊艙推進(jìn)器兩種形式，適 用于諸如潛水作業(yè)供應(yīng)船、破冰船、旅游船、潛艇、化學(xué)品船、油船、 LPG船、LNG船等。吊艙式混合電力電力推進(jìn)裝置得開發(fā)及應(yīng)用，使得船舶采用電力推進(jìn)得市場份額迅速增長。隨著電力電子學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)、交流電機(jī)變頻調(diào)速等技術(shù)日漸成熟，船舶吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)在機(jī)動性、可靠性、運(yùn)行效率與推進(jìn)功率等方面都有了突破性得進(jìn)展，顯示出廣泛得應(yīng)用前景。類型編輯本段回目錄船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)作為船舶 IPS系統(tǒng)得核

3、心組成部分，其主要由推進(jìn)電動機(jī)、電力系統(tǒng)、螺旋槳裝 置與變速控制裝置四個部分組成。目前在世界各國最流行得電力推進(jìn)方式即就是吊艙式推進(jìn)方式，它主要由吊艙與推進(jìn)器組成。流線型吊艙懸掛在船體尾部，由法蘭盤與船體相接，吊艙內(nèi)安裝得電動機(jī)直接驅(qū)動螺旋槳 ，吊艙可作360度回轉(zhuǎn)，替代 舵得作用，可以顯著改善船舶得操縱性能與緊急機(jī)動性能。由于吊艙式推進(jìn)裝置本身完全包含在吊艙內(nèi)，船身主體省去了軸支架、尾柱等附體，原動機(jī)及發(fā)電機(jī)在船艙內(nèi)可以比較靈活地布置，尾軸、減速齒輪以及傳動軸系等都可省去。由于吊艙式推進(jìn)裝置在船舶設(shè)計制造、操作控制以及運(yùn)營維護(hù)等方面優(yōu)點(diǎn)較多，因而發(fā)展迅速。下面對世界上四種主要吊艙式推進(jìn)器分別

4、加以介紹，它們就是AZIPOD,SSP,MERMAID 與DOLPHIN。這四種推進(jìn)裝置基本概念相同，但各有特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在吊艙得水動力特性設(shè)計、螺旋槳設(shè)計、推進(jìn)電機(jī)得形式以及 變頻方式等方面。1、AZIPOD吊艙式推進(jìn)方式二十年前，芬蘭海事局開始尋求在冰海區(qū)航行得高性能破冰船得解決方案，其初步得想法就是推進(jìn)電機(jī)應(yīng)該提供任意方位得推進(jìn)力。在此背景下，作為世界傳動領(lǐng)域得領(lǐng)先者，ABB芬蘭分公司提出了 Azipod得 原型方案并提交給芬蘭 Kvaerner Masa船廠制造，這就是最先應(yīng)用于船舶得吊艙式推進(jìn)裝置，相關(guān)得Azi pod推進(jìn)技術(shù)也申請了專利?，F(xiàn)在 Azipod吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)已經(jīng)成為

5、大型豪華游輪得一種標(biāo)準(zhǔn)配置。 Azipod吊艙式電力推進(jìn)得實物圖與結(jié)構(gòu)Azipod吊艙式推進(jìn)裝置采用空氣冷卻電動機(jī)，這就意味著在定子與吊艙之間存在使空氣可以循環(huán)得空隙，采用封閉得冷卻系統(tǒng)，熱交換器安放在艙內(nèi)，在大型得吊艙內(nèi)設(shè)有通往艙內(nèi)得通道，可以不必在干塢時裝卸，軸封與軸承可以由潛水員在吊艙外面進(jìn)行更換。在變頻控制技術(shù) 方面,Azipod 系統(tǒng)一般采用交交變頻器與直接轉(zhuǎn)矩控制方法來實現(xiàn)對推進(jìn)電機(jī)得調(diào)速。從1990 年1500kW 得Azipod 推進(jìn)裝置應(yīng)用于 "SEILI號航道服務(wù)船開始，截至2004 年ABB公司使用Azipod 推進(jìn)裝 置得累計安全運(yùn)行時間已經(jīng)超過了130萬小時

6、，良好工況得概率達(dá)到了 99、75% o由于其系統(tǒng)較高得穩(wěn)定性，目前Azipod 推進(jìn)裝置已經(jīng)占據(jù)了吊艙推進(jìn)裝置市場一半以上得份額。為了滿足中小型船舶對船舶操縱性能與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等方面日益增長得市場需求,ABB公司于2000年推出了 pact Azipod 推進(jìn)裝置，其實物與結(jié)構(gòu)簡圖如圖 3-2所示:pact Azipod 得結(jié)構(gòu)設(shè)計為高度模塊 化，可以 即插即用”與快速安裝，它結(jié)構(gòu)簡單只有很少得運(yùn)動部件，因此可以顯著地降低安裝成本與縮短交貨 周期。pact Azipod推進(jìn)裝置在離岸支持船、鉆井平臺、科考船、豪華游輪與渡輪上都有所應(yīng)用，提供得功率范圍從0、5MW5MW不等。有資料顯示 pact

7、 Azipod 推進(jìn)裝置用于半潛式鉆井平臺得動力定位 系統(tǒng)，在提供同樣推力得情況下，裝機(jī)功率可以比機(jī)械推進(jìn)裝置減少10%12%,據(jù)離岸支持船運(yùn)行統(tǒng)計，采用pact Azipod 推進(jìn)器與直接機(jī)械推進(jìn)相比可以減少30% 40%得燃油消耗。pact Azipod 推進(jìn)器目前在我國已成功應(yīng)用在煙-大”火車輪渡項目，通過近幾年得運(yùn)營，其已取得了較好得經(jīng)濟(jì)效益。由于 pact Azipod推進(jìn)器良好得可靠性與經(jīng)濟(jì)性，現(xiàn)已在中小型船舶中得到了廣泛得應(yīng)用。3、MERMAID吊艙式推進(jìn)方式Mermaid 推進(jìn)器得獨(dú)到之處在于用戶可以選擇Kamewa 公司在轉(zhuǎn)向推力器方面得專有技術(shù)，利用一個閉鎖回轉(zhuǎn)裝置使維護(hù)人

8、員安全地進(jìn)入吊艙式推進(jìn)器內(nèi)部進(jìn)行檢查、拆卸槳葉或整個螺旋槳、軸密封或整 個導(dǎo)流罩而無需進(jìn)塢。這樣，船舶可以保持不間斷運(yùn)營，獲得全壽命期內(nèi)最長得運(yùn)營時間，降低維修費(fèi)用提高 運(yùn)營收益，目前可提供得推進(jìn)器功率范圍為5MW30MW。Mermaid 推進(jìn)器得電機(jī)設(shè)置與 Azipod 推進(jìn)器不同得就是，它得定子燒嵌在吊艙內(nèi)壁上，利用周圍得海水對流來冷卻部件，這樣得吊艙裝置在尺寸上要比 采用全空氣冷卻系統(tǒng)得吊艙裝置小，因而提高了水動力效率。Mermaid 得推進(jìn)系統(tǒng)采用得就是交直交變頻器來實現(xiàn)對推進(jìn)電機(jī)得調(diào)速，交直交變頻器得突出優(yōu)點(diǎn)就是與大功率異步電動機(jī)有著良好得配合，與采用交交變頻器得電力推進(jìn)系統(tǒng)相比，這

9、種系統(tǒng)具有效率高、噪聲低與震動小得特點(diǎn)。Mermaid推進(jìn)器提供了牽引式，頂推式與高推力頂推式三種形式得吊艙供船東選擇。牽引式Mermaid 推進(jìn)器適用于高速雙螺旋槳船，如客滾船與豪華游船等；頂推式Mermaid 推進(jìn)器適 用于中速單螺旋槳船；高推力頂推式Mermaid 推進(jìn)器用于需要最大拉力得低速船，如拖輪、近海工程船與 海洋平臺等。3、 SSP吊艙式推進(jìn)方式SSP吊艙式推進(jìn)器系統(tǒng)就是德國西門子 （Siemens）公司與肖特爾（Schottel）公司合作得產(chǎn)品，為了 反映出該推進(jìn)器系統(tǒng)得合作開發(fā)得特點(diǎn)取名為SSPo SSP就是一種吊掛式推進(jìn)器系統(tǒng)，其功率輸出范圍在5MW30MW 之間，其推進(jìn)

10、裝置實物與結(jié)構(gòu)圖。SSP推進(jìn)器結(jié)構(gòu)上主要分為三層：最上面一層就是安裝在船體內(nèi)得推進(jìn)操作室 ，里面配有電動液壓操 作系統(tǒng)，可以改變推進(jìn)裝置得方位（可起到舵得作用）；中間一層就是方位模塊；下面一層則就是伸入水中得 推進(jìn)模塊。焊接在推進(jìn)模塊上位于兩個螺旋槳之間得兩個鰭 ，用于補(bǔ)償?shù)跖撛诜蔷€性螺旋槳滑流場中產(chǎn)生得不平衡力，有助于提高推進(jìn)器得總體效率。雙螺旋槳得結(jié)構(gòu)設(shè)計可使兩個螺旋槳分?jǐn)偼七M(jìn)功率，這樣可以降低單個螺旋槳得負(fù)荷。SSP吊艙推進(jìn)器采用Permasyn 永磁同步電動機(jī)用以驅(qū)動 Schottel 公司得前后配對得螺旋槳。由 于最初設(shè)計開發(fā)永磁式同步電動機(jī)就是作為潛艇得動力部件，因此電動機(jī)得結(jié)構(gòu)緊

11、湊。與傳統(tǒng)得同步電動機(jī)相比同樣功率得Permasyn 電動機(jī)直徑可減少 40%,重量可減少15% 。SSP推進(jìn)器得推進(jìn)電機(jī)通常采用基于IGBT得直接水冷式交交變頻器驅(qū)動，該驅(qū)動系統(tǒng)按12脈波設(shè)計，這樣可降低由變頻器導(dǎo)致得船上電網(wǎng)得總諧波畸變量，選用這種變頻器也保證了電動機(jī)電流接近于一個正弦波形，使結(jié)構(gòu)噪聲減小。交交變頻器由于可以與螺旋槳直接相連，所以不需要減速齒輪箱等傳動機(jī)構(gòu)，從而大大提高了傳動效率。4、DOLPHIN吊艙式推進(jìn)方式Dolphin 推進(jìn)器與Azipod推進(jìn)器一樣也采用空氣冷卻定子與轉(zhuǎn)子，螺旋槳軸得密封使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)得唇密封，并采用六相同步電機(jī)作為推進(jìn)電機(jī)。牽引式得推進(jìn)器使軸向吸入

12、性能得到改善，空泡性能好，低勵磁，低噪音。一般采用交直交變頻器，如果功率需求比較低或有特殊要求時可以采用PWM變頻器，Dolphin 推進(jìn)裝置可提供得功率范圍為3MW19MW o概述編輯本段回目錄1、吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)形式對轉(zhuǎn)槳吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)，由兩部分組成：(1)固定螺距得主螺旋槳由二沖程柴油機(jī)直接推進(jìn)，或由四沖程機(jī)通過減速箱推進(jìn) ，還可全電力推進(jìn)(即由機(jī)艙內(nèi)得電動機(jī)推進(jìn) 能在很低得轉(zhuǎn)速例如10%額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下連續(xù)運(yùn)行)。(2) 一臺電動吊艙牽引式螺旋槳(與主螺旋槳對轉(zhuǎn))吊艙就是在原來舵得位置上得一個流線型得殼體，變頻調(diào)速得交流馬達(dá)直接裝入殼內(nèi)，螺旋槳置于殼體前端。因為推進(jìn)系

13、統(tǒng)本身完全包含在吊艙內(nèi)，可省去如軸支架、尾軸、減速齒輪裝置等附屬部分。發(fā)電機(jī)位于船艙內(nèi)，電力與相關(guān)得控制數(shù)據(jù)經(jīng)電纜與滑環(huán)裝置傳送給電動吊艙式螺旋槳得電動機(jī)。電動吊艙可以作360度回轉(zhuǎn)，不僅省去舵裝置，也不再需要裝備齷側(cè)推器。這樣，全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，它 都能輸出較高得扭矩；各種流體動力狀態(tài)下，它都可使螺旋槳達(dá)到最佳狀態(tài)。2、吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)性能芬蘭得技術(shù)與研究中心(VTT),與荷蘭得MARIN,對對轉(zhuǎn)螺旋槳吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)(Hybrid CRP pod)進(jìn)行了大量船模試驗池研究。壓力波動試驗與氣穴試驗在荷蘭得MARIN進(jìn)行。試驗在船名為ENVIROPAX得二艘大型渡輪姊妹船進(jìn)行。船舶裝

14、備柴油機(jī)機(jī)械推進(jìn)與電動吊艙式對 轉(zhuǎn)槳推進(jìn)(CRP)得混合電力推進(jìn)系統(tǒng)?；旌想娏Φ跖撏苿酉到y(tǒng)在 CRP與主推進(jìn)器之間有兩種不同得功率分配選擇。一艘船裝備10000kW吊艙式推進(jìn)器,33600 kW機(jī)械推進(jìn)器，總功率43600kW,稱為小吊艙裝置”，另一艘船裝備19000k W 吊艙式推進(jìn)器,23200 kW機(jī)械推進(jìn)器，總功率42200 kW,稱為大吊艙裝置工研究項目主要有：功率分配對船舶推進(jìn)效率得影響；船體得壓力波動與水動力特性；不同情況下槳葉與吊艙式推進(jìn)器得氣穴現(xiàn)象，等。(1)機(jī)械推進(jìn)與吊艙推進(jìn)得功率分配兩船吊艙推進(jìn)與機(jī)械推進(jìn)得功率分配百分比，試驗范圍都就是從20%:80% 到55%:45%(

15、 吊艙式推進(jìn)器：機(jī)械推進(jìn)器)。試驗明顯表明，吊艙式推進(jìn)與機(jī)械推進(jìn)之間功率分配得不同，對螺旋槳效率沒有產(chǎn)生任何明顯得影響。功率分配在各50%時運(yùn)行更平穩(wěn)。姊妹船同樣航速所需要得功率，小吊艙裝置”更小，說明 小吊艙裝置”比 大吊艙裝置”阻力小。(2)壓力波動與水動力特性試驗傳統(tǒng)得推進(jìn)系統(tǒng)，螺旋槳置于軸得后方。螺旋槳前方得軸與支架導(dǎo)致螺旋槳來流不均勻，來流對槳葉切面得攻角不穩(wěn)定，使螺旋槳得水動力性能與噪聲性能降低，螺旋槳得空泡性能惡化，推進(jìn)效率降低。而在吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)中，螺旋槳前沒有軸與支架，沒有受到附體得干擾，來流規(guī)則而均勻，各方向上得速度分量均以一 次諧波為主，高次諧波量很小。對轉(zhuǎn)槳吊艙式混合電

16、力推進(jìn)系統(tǒng)，吊艙得對轉(zhuǎn)螺旋槳得壓力波動，主要來自于前面得螺旋槳，壓力波動 水平低，壓力波動范圍在反旋轉(zhuǎn)得吊艙式推進(jìn)器得允許范圍之內(nèi)。試驗還表明，重新設(shè)計得船尾結(jié)構(gòu)改進(jìn)了推進(jìn)器得水流，使后槳完全置于前槳得尾流之內(nèi)，并免受前槳 葉梢旋渦得影響，能較好地減少槳葉漩渦造成得能量損耗。另外，1994年得純吊艙推進(jìn)裝置(Azipod)試驗，采用 幻想”號(Fantasy)姊妹船船模，兩艘船分別安 裝了兩臺Azipod;每臺得外形都根據(jù)實船精心設(shè)計；同時模擬原地轉(zhuǎn)彎試驗與 Z形航行。試驗證實，其總水 動力效率還可提高5 7%;轉(zhuǎn)向性能比常規(guī)得舵要好，全速時得轉(zhuǎn)彎半徑可減少 30%左右。(3)氣蝕螺旋槳運(yùn)轉(zhuǎn)時

17、，產(chǎn)生得壓力波動將導(dǎo)致更多得氣穴穴蝕。吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)配有得吊艙式推進(jìn)裝置，提高了螺旋槳發(fā)生空泡得臨界速度，改善了螺旋槳得水動力與噪聲性能，減少了螺旋槳得振動與空泡剝蝕，降低了附體阻力，提了高螺旋槳效率，同時使船舶航 行更加安靜。吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)評估編輯本段回目錄1、安全(1)操縱性吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)配有吊艙式推進(jìn)裝置，推進(jìn)器可在360 o水平范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，沒有側(cè)推器時轉(zhuǎn)向性能也好于常規(guī)得舵裝置，倒車性能與緊急停車性能好，提高了船舶得操縱性與機(jī)動性。全速時得轉(zhuǎn)彎半 徑可減少30%左右，增加了面對惡劣天氣時操作得安全性，還能縮短船舶離靠岸時間，對于運(yùn)營于有密集船只得港口或狹窄限制水

18、域中得旅游船，尤其重要。(2)雙套推進(jìn)系統(tǒng)互補(bǔ)吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)，由兩套完全獨(dú)立得推進(jìn)系統(tǒng)組成，推進(jìn)系統(tǒng)得冗余度高，任何一套推進(jìn)系統(tǒng) 得故障不會造成整船失去動力。實船檢驗證明，可靠性很高。(3)應(yīng)急能力吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)沒有舵裝置，一般也省去齷側(cè)推器，一旦吊艙式推進(jìn)裝置故障，船舶安全將受到威脅，但也只相當(dāng)于傳統(tǒng)機(jī)械推進(jìn)得失舵。2、環(huán)境保護(hù)排放研究分析表明，柴油機(jī)得氮氧化物排放，變速運(yùn)行工況比恒速運(yùn)行工況高得多。而吊艙式混合全電力推 進(jìn)系統(tǒng)正就是通過發(fā)電站使柴油機(jī)始終在恒速工況與優(yōu)化負(fù)荷點(diǎn)附近運(yùn)行，廢氣排放將顯著降低。JAMB公司對一艘28000總噸滾裝客運(yùn)渡船得研究表明，在單軸推進(jìn)裝置

19、彳I螺旋槳后面，加裝一個螺 旋槳反向旋轉(zhuǎn)得吊艙式推進(jìn)器來替代雙軸雙舵方案，同樣以27、5kn航速營運(yùn)，消耗功率可以降低10%15%,氮氧化合物與硫氧化物得排放量也同比例降低。(2)減震與消噪由于吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)配有得吊艙式對轉(zhuǎn)推進(jìn)裝置：該裝置在水下而不在船內(nèi)，沒有減速齒輪箱，噪聲與振動都非常小。降低了位于船內(nèi)得機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)得功率，也就降低了噪聲與振動。改善了螺旋槳得水動力與噪聲性能，減少了螺旋槳得振動與空泡剝蝕，使船舶航行更加安靜。這對于現(xiàn)代特別就是豪華型 游船非常重要。3、經(jīng)濟(jì)(1)初投資幾種不同類型船舶得成本估算顯示，不同類型船舶得成本比率相差不大，吊艙式推進(jìn)器得機(jī)艙成本占總成本得2

20、0% 左右。吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)，配備吊艙式推進(jìn)器增加得成本，占船舶總成本得比率，小吊艙式推進(jìn)器與 大吊艙式推進(jìn)器分別就是 0、8%與1、3% o若綜合考慮以下因素，初投資可能更少，而其利用率更高：節(jié)省設(shè)備。建造吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)時，雖增加吊艙推進(jìn)部分，卻可省去如齷側(cè)推器、舵機(jī)裝置與舵系統(tǒng)等 部分設(shè)備。節(jié)約艙容。吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)使用吊艙式推進(jìn)器，船內(nèi)推進(jìn)裝置減小，可提供得更大艙容，增加裝載能力，滿足裝載得需要?；蛘咴趲缀醪辉黾訖C(jī)艙空間得前提下，較大幅度提高總推進(jìn)功率?？s短建造時間采用吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)，因船內(nèi)主機(jī)功率小，可以縮短船舶建造時間。付款滯后吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)得吊艙

21、式推進(jìn)裝置得模塊化設(shè)計，使得該模塊可在船舶建造基本完成前安裝(必要時可在海上安裝，即可在建造后期付款，從而減少資本得閑置費(fèi)用。(2)燃油消耗吊艙推進(jìn)裝置就是一種潛水式方位推進(jìn)器，吊艙得外形為流線體，流線形得吊艙可以抑制船尾波系 ，而在高速電行時，船尾波系通常占了總阻力得很大比例。傳統(tǒng)得單螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)，螺旋槳尾流中渦動能量無法得到利用。吊艙式推進(jìn)裝置得螺旋槳比常規(guī)螺旋槳要小，產(chǎn)生空泡現(xiàn)象得臨界速度高。還可以將螺旋槳移到船舶邊界層外側(cè)，并使其處于穩(wěn)態(tài)流中，具有很好得水動力特性，可以使水流得阻礙最小，改善空泡性能與提高螺 旋槳效率。與傳統(tǒng)得柴油機(jī)機(jī)械推進(jìn)相比，可明顯減少燃油消耗量。ABB與AFI公

22、司聯(lián)合開發(fā)得新一代對轉(zhuǎn)螺旋槳 (CRP) Azipod,已在2004年安裝在二艘大型日本渡 輪(Shin Nihonkai)上,2臺瓦錫蘭(12V46C)12600kW 得Azipod代替了傳統(tǒng)得發(fā)動機(jī)、槳軸、舵系。經(jīng)航行一年驗證，該裝置大幅度提升了船舶得經(jīng)濟(jì)性，與傳統(tǒng)得柴油機(jī)機(jī)械推進(jìn)相比：能量利用率提高8%,推進(jìn)效率提高了巧%,由對轉(zhuǎn)螺旋槳提供得減少燃油消耗量大約為1096;與它得姊妹船相比，運(yùn)營航速提高了 1、0kn,平均1天可節(jié)約燃料最多達(dá) 6、5噸,船舶周轉(zhuǎn)時間減少了 25%、而對轉(zhuǎn)螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)中，后螺旋槳可利用前螺旋槳產(chǎn)生得渦流能量，再轉(zhuǎn)化為有效得推進(jìn)動力。研究表明，其節(jié)能效果可達(dá)

23、1020% o根據(jù)假定得航行條件下得典型得48小時航行試驗表明，小吊艙裝置”可減少燃油消耗量10%, “大吊艙裝置”可以減少燃油消耗量大約 7%,如圖4。(3)營運(yùn)雙革吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)可以統(tǒng)籌全船性能，考慮船期，改善運(yùn)行狀態(tài)。在很大得航速范圍內(nèi)，燃油消耗率相對較低，航行營運(yùn)經(jīng)濟(jì)最佳航速，從而節(jié)省了營運(yùn)成本。與傳統(tǒng)得柴油機(jī)機(jī)械推進(jìn)相比，吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)可取得明顯經(jīng)濟(jì)效益。對于小吊艙裝置”每年可以節(jié)省成本106萬歐元，占年總成本得7、0%; “大吊艙裝置”可以相應(yīng)節(jié)省成本70萬歐元，占總成本 得4、7% o機(jī)艙年相關(guān)成本計算結(jié)果如圖5。(4)維修費(fèi)用模塊化設(shè)計使得推進(jìn)模塊可在海上安裝與

24、拆卸推進(jìn)模塊，十分方便；可以潛水維修或從船艙內(nèi)維修，而不必進(jìn)干船塢，可節(jié)省塢修費(fèi)用。4、技術(shù)與管理吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)與傳統(tǒng)得推進(jìn)系統(tǒng)相比，復(fù)雜得機(jī)械結(jié)構(gòu)，給維護(hù)管理得輪機(jī)人員帶來了相當(dāng)?shù)秒y度。吊艙式對轉(zhuǎn)螺旋槳，實現(xiàn)可靠得軸封難度較大。4結(jié)論與展望由于吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)得諸多優(yōu)點(diǎn)，國外許多新造高成本船舶紛紛采用，尤其就是旅游船與高 速渡船。國外許多大公司投人了大量得人力與物力專門從事這方面得研究。無論從技術(shù)上還就是在市場方 面,它都將成為船舶推進(jìn)得發(fā)展方向之一?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)，使電力推進(jìn)已不再局限于破冰船、工程船等一些傳統(tǒng)采用電力推進(jìn)得船舶，而就是擴(kuò)大到客貨船、化學(xué)品船、油船、渡輪與豪

25、華游輪等船舶。目前得研究方向就是它在超大型集裝箱船、大 型客滾船、大型LPG船與大型LNG船上廣泛應(yīng)用得可能性。這些船舶得共同特點(diǎn)就是驅(qū)動功率大、可靠性要求高、對機(jī)動性與靈活性也有較高得要求，并且整體造價很高。在我國，吊艙式與吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)得研究，目前還處于起步階段。吊艙式混合電力推進(jìn)系統(tǒng)船舶基本上實行計算機(jī)管理，給負(fù)責(zé)運(yùn)行管理、維護(hù)維修得輪機(jī)人員帶來了嚴(yán)峻得挑戰(zhàn)。現(xiàn)在航海院校有必要關(guān)注電力推進(jìn)技術(shù)得發(fā)展，培養(yǎng)出能夠勝任船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)得人員。Azipod電力推進(jìn)技術(shù)編輯本段回目錄Azipod吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)約13年前，當(dāng)時芬蘭海事局開始尋求在冰區(qū)航行具有更高性能得破冰船得解決方案，

26、其初步想法就是推進(jìn)電機(jī)應(yīng)該提供任意方位得推進(jìn)力 ，由此ABB便提出了 Azipod得原型方案并提交給 Kvarner Masa 船廠制造，相關(guān)得Azipod推進(jìn)技術(shù)也申請了專利。1、Azipod 得運(yùn)行情況及最新應(yīng)用現(xiàn)在,Azipod吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)已成為大型豪華游輪得標(biāo)準(zhǔn)配置。自 1990年第一套Azipod系 統(tǒng)安裝下水，截止到2001年8月,ABB公司收到得Azipod系統(tǒng)得訂單共計101套（總裝機(jī)功率1067MW）, 其中45套系統(tǒng)已交付使用（總裝機(jī)功率376、6MW）,其累計運(yùn)行時數(shù)已超出 30萬小時。Azipod原型研發(fā)船就是 “ Seili號航道服務(wù)船。該船自1990年改裝下水

27、，其1500kW 得Azipod系 統(tǒng)一直到現(xiàn)在還在運(yùn)行，沒有出現(xiàn)任何故障。接下來采用Azipod得船舶為建造于1978年得16000載重噸得成品油輪“ Uikku號，其由常規(guī)機(jī)械推進(jìn)改造成Azipod 推進(jìn)得工程完成于 1993年,Azi-pod 得功率為11400kW,船體按照Class 1ASuper 破冰等級建造，Azipod破冰等級則為DNV得Class10。目前,Azipod電力推進(jìn)系統(tǒng)就是穿越北海 -東海航 線唯一經(jīng)濟(jì)上可行得推進(jìn)方案，因為它在無破冰船得幫助下仍可非常安全地在冰區(qū)航行?！?Uikku號與“ Lunni號令人滿意得試驗結(jié)果與可靠得運(yùn)行經(jīng)驗促成Carnival游輪公司

28、（CCL）在1995年秋天決定為其 "Elation號與"Paradise號兩艘豪華防輪選用 Azipod電力推進(jìn)系統(tǒng)，每艘游輪裝備2 套 14000kW 得 Azipod 系統(tǒng)。Voyager級豪華游輪就是目前全球最大噸位得游輪，每艘游輪采用兩套14000kW 得Azipod系統(tǒng)再加上一套14000kW 得固定Azipod系統(tǒng)（Fixipod）。該系列游輪也就是第一次擁有動態(tài)定位功能（DP）得豪華游輪,Azipod推進(jìn)系統(tǒng)加上4臺3000kW 得腦側(cè)推組成得強(qiáng)大動力，使得每一艘這樣得海上巨無霸 能夠在風(fēng)速高達(dá)18米/秒得來自任何方向得大風(fēng)環(huán)境下保持良好得定位能力。去年秋天

29、ABB接到了一個來自日本Yokosuka船廠得Azipod得訂單，用于兩艘阿法拉型106000載重噸得雙向航行原油輪。每艘油輪將采用一套循環(huán)交交變頻控制得16000kW得Azipod推進(jìn)系統(tǒng)，配置5臺發(fā)電機(jī)及相應(yīng)得配電系統(tǒng)。該雙向航行油輪設(shè)計為在開闊水域船艄向前行駛，而在重冰區(qū)域則船齷向前行駛，因為船齷線形設(shè)計適合于破冰需要，并由Azipod為航行中得船體與冰塊之間提供潤滑水流。Azipod得破冰性能就是如此優(yōu)越，以至于即使在1米厚得重冰區(qū)油輪還能以3節(jié)得速度航行。首船將于2002年6月交付使用。2、pact Azipod 得應(yīng)用pact Azipod 得第一批范例船舶之一就是一艘渡輪，它裝備

30、了兩臺500kW全回轉(zhuǎn)牽引式推進(jìn) pac t Azipod,可以在冰區(qū)全年航行。該船選用 pact Azipod 不僅僅因為其高可靠性，更由于其高效率以及在低 負(fù)載工況下得低污染排放水平。另一個合同就是為英國 Appledore 船廠建造得兩艘英國皇家海軍考察船提供 pact Azipod 推進(jìn)系 統(tǒng),促成該合同生效得主要原因就是 pact Azi-pod 極佳得推進(jìn)性能以及系統(tǒng)全壽命周期費(fèi)用較低 ，這也將 就是英國皇家海軍第一批采用全電力推進(jìn)與Azipod系統(tǒng)得船舶。最近得一個應(yīng)用就是為新加坡PPL船廠建造得兩艘半潛式鉆井平臺提供pact Azipod系統(tǒng)，每艘鉆井平臺將配置八套3200kW

31、得pactAzipod系統(tǒng)。發(fā)電及推進(jìn)傳動系統(tǒng)編輯本段回目錄1、發(fā)電及配電系統(tǒng)要裝備Azipod推進(jìn)系統(tǒng)，則船舶必須裝備電站，即采用多臺中速柴油發(fā)電機(jī)組供應(yīng)船舶上所有電力 負(fù)荷，包括Azipod推進(jìn)動力及其她用電負(fù)荷。電站電壓等級選擇得條件之一就是將負(fù)荷電流及短路電平控制在各主要配電設(shè)備得額定值以內(nèi)。一般來說，只要總功率不就是太高，690V應(yīng)該就是最經(jīng)濟(jì)得選擇。目前，實際運(yùn)行得最高電壓等級為11kV,隨著功率需求得增加，電站得電壓等級也要隨之提高。2、推進(jìn)傳動電力推進(jìn)系統(tǒng)可以采用多種多樣得傳動方法組成。最簡單得方法可以由同步電機(jī)或異步電機(jī)直接推 進(jìn)變距螺旋槳，但目前對于大功率得現(xiàn)代推進(jìn)系統(tǒng)，大

32、多已采用變頻傳動方式。直流傳動技術(shù)得電力推進(jìn)系統(tǒng)有超過60年得應(yīng)用歷史，但隨著20年前ABB公司將交流傳動技術(shù)引入船舶電力推進(jìn)領(lǐng)域，現(xiàn)在新得造船項目中都無一例外地采用交流傳動技術(shù)。在功率范圍4000kW 以內(nèi)，最常用得選擇就是低壓得PWM變頻器，而當(dāng)功率增加至8000kW 以內(nèi)，則中壓得PWM變頻器加異步電機(jī)目前已成為一種標(biāo)準(zhǔn)配置。更高功率得傳動則有兩種選擇，一就是循環(huán)交交變頻（Cycloconverter）,一就是同步變流器（LCI）。循環(huán)交交變頻器就是將輸入電壓得額定頻率直接轉(zhuǎn)換為適合于可直接推進(jìn)得較低轉(zhuǎn)速頻率，并且循環(huán)交交變頻器可運(yùn)行在電機(jī)功率因素為1、0得工況下，這對于采用吊艙式推進(jìn)得

33、電機(jī)設(shè)計無疑可帶來很大好處。而同步變流器（LCI）則由于采用中間直流換流電路，因此可運(yùn)行在更大得頻率范圍，但它在低轉(zhuǎn)速頻率運(yùn)行工 況下必須采用特殊得換流控制方法。目前變頻傳動技術(shù)一方面就是向提供更高軸功率得方向發(fā)展，另一方面新型變頻器如中壓等級得DTC（直接轉(zhuǎn)矩控制）變頻器加同步電機(jī)則可能會逐步取代傳統(tǒng)得大功率變頻技術(shù)。DTC就是交流調(diào)速理論繼矢量控制之后一個重大突破，它得理論基于磁鏈與轉(zhuǎn)矩得 直接自控制（Direct Self- Control）'也即直接計算電機(jī)得定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩 ，由磁鏈與轉(zhuǎn)矩得砰-砰控制產(chǎn)生PWM信號, 對逆變器得開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。眾所周知，轉(zhuǎn)矩就是定子、轉(zhuǎn)子

34、磁通矢量或轉(zhuǎn)子電流與磁通得矢量乘積式中:Te計算氣隙轉(zhuǎn)矩Pn電機(jī)得極對數(shù)電機(jī)得漏磁系數(shù)3r轉(zhuǎn)子磁通矢量Ws定子磁通矢量Lm等效定子與轉(zhuǎn)子繞組間得互感r 定、轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康脢A角當(dāng)定子磁通保持穩(wěn)定，電機(jī)轉(zhuǎn)矩可以通過定轉(zhuǎn)子磁通矢量得夾角進(jìn)行控制，通常轉(zhuǎn)子得機(jī)電時間常數(shù)大于100ms,因此轉(zhuǎn)子磁通與定子磁通相比更為穩(wěn)定，這樣有可能通過控制旋轉(zhuǎn)得定子磁通矢量來得到有效得轉(zhuǎn)矩。定子磁通得計算式為：定子電壓矢量取決于直流電壓得測量值與開關(guān)得選擇，而定子電阻Rs應(yīng)在命令期間識別，并進(jìn)行溫度校正。按照ABB得經(jīng)驗，在定子磁通估算時，必須考慮控制得門限電壓與功率得變換延遲 ，同時，定子磁通要 通過在線得電流進(jìn)行校

35、正。定子磁通可以用定子與轉(zhuǎn)子電流矢量來描繪：定子磁通得校正就是為了上述公式在動態(tài)下有效。電流反饋很大程度改善了定子磁通得估算，并使轉(zhuǎn)矩在整個速度范圍內(nèi)線性很好，這就保證了在低速時能產(chǎn)生極大得起動轉(zhuǎn)矩。由于轉(zhuǎn)矩得實際值與定子磁通與轉(zhuǎn)子磁通得夾角有關(guān)，電機(jī)得模型必須計算電機(jī)得軸轉(zhuǎn)速與電氣角頻率,電氣角頻率可通過求導(dǎo)轉(zhuǎn)子磁通矢量得角度來獲得：以上算式作為DTC控制得基礎(chǔ)，為變頻調(diào)速系統(tǒng)提供了精確得過程控制手段。DTC典型得轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間就是12ms,就是其她交流與直流調(diào)速系統(tǒng)得 10倍，能為任何電動機(jī)控制平臺提供 <5ms得快速轉(zhuǎn)矩 響應(yīng)；在輸出100%轉(zhuǎn)矩情況下，可將轉(zhuǎn)速控制在0、5Hz以下。

36、同時，在不采用編碼器得情況下，即使受到 輸入電壓變化或負(fù)荷突變得影響，同樣可以達(dá)到±0、1%得速度控制精度，而在采用編碼器得情況下則可達(dá) 至|J±0、01%得速度控制精度。因此，可以說，DTC控制系統(tǒng)就是目前最為先進(jìn)得系統(tǒng)。3、電網(wǎng)諧波畸變得控制電力推進(jìn)功率有時可以占到總用電負(fù)荷得95%,換句t說，只要保證了該負(fù)荷得安全，也就保護(hù)了整個系統(tǒng)。事實上，該負(fù)荷得推進(jìn)變頻器就是諧波電流得主要來源。最常用得降低諧波分量得方法就是采用諧波濾波器或采用旋轉(zhuǎn)變流器（電動機(jī)-發(fā)電機(jī)組）用于敏感負(fù)荷得供電。濾波器得設(shè)計需要考慮周密以防止出現(xiàn)電網(wǎng)諧振，而旋轉(zhuǎn)變流器則需要在配電系統(tǒng)中增加附加設(shè)備及電纜。采用更高脈動數(shù)得變頻也會降低負(fù)荷電流中得諧波分量，但另一方面則會顯著增加變頻元件數(shù)與投資成本。采用雙重電抗器組將電站得推進(jìn)負(fù)荷母線與船舶其她負(fù)荷母線進(jìn)行一定得隔離，也可使船舶其她負(fù)荷得配電網(wǎng)得諧波分量維持在較低得水平。圖2為一實船得電氣單線圖，采用雙重電抗器進(jìn)行諧波控制，電站通過電抗器連于推進(jìn)負(fù)荷母線與其她負(fù)荷母線，隔離推進(jìn)負(fù)荷與其她負(fù)荷，同時在電抗器得副邊產(chǎn)生電壓升高，來補(bǔ)償因變頻器換流而產(chǎn)生得原邊壓降，從而保持其她負(fù)荷母線側(cè)較小得諧波分量。實測表明，在推進(jìn)器全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，其她負(fù)荷母線側(cè)得 THr直保持在2、7%左右。另外