第1章 船舶動(dòng)力裝置概論

船舶動(dòng)力裝置原理與設(shè)計(jì)主講：胡義周瑞平86553482huyiwhut@163rpzhouwhut@126dongzhuang09@163dongzhuang2009年03月1主要內(nèi)容船船動(dòng)力裝置總論推進(jìn)裝置設(shè)計(jì)船舶后傳動(dòng)設(shè)備船舶管路系統(tǒng)船舶推進(jìn)裝置的特性與配合船舶動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)2第1章船舶動(dòng)力裝置概論船舶動(dòng)力裝置的含義及組成船舶動(dòng)力裝置的類型及特點(diǎn)船舶動(dòng)力裝置的基本特性指標(biāo)對(duì)船舶動(dòng)力裝置的要求31.1船舶動(dòng)力裝置的含義及組成含義組成：推進(jìn)裝置輔助裝置機(jī)艙自動(dòng)化船舶系統(tǒng)甲板機(jī)械主發(fā)動(dòng)機(jī)主鍋爐推進(jìn)器傳動(dòng)設(shè)備船舶電站輔助鍋爐裝置保證船舶正常航行、作業(yè)、停泊以及船員、旅客正常工作和生活所必需的機(jī)械設(shè)備的綜合體。Tips:船舶動(dòng)力裝置是一個(gè)很復(fù)雜能量綜合體

動(dòng)力管系船舶管系錨泊機(jī)械操舵機(jī)械起重機(jī)械4典型的柴油機(jī)動(dòng)力裝置能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)重油柴油機(jī)械能熱能電能余熱燃油加熱滑油加熱制淡裝置艙室取暖廚房加熱駁動(dòng)輔機(jī)船舶照明船舶通訊機(jī)艙自動(dòng)化5船舶動(dòng)力裝置的基本類型及特點(diǎn)

6基本類型柴油機(jī)推進(jìn)動(dòng)力裝置汽輪機(jī)推進(jìn)動(dòng)力裝置燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)動(dòng)力裝置核動(dòng)力推進(jìn)動(dòng)力裝置聯(lián)合動(dòng)力推進(jìn)動(dòng)力裝置052級(jí)驅(qū)逐艦首艦“青島”號(hào)053H3級(jí)導(dǎo)彈護(hù)衛(wèi)艦０９３型攻擊核動(dòng)力潛艇7發(fā)展歷史火藥機(jī)的嘗試?yán)_(kāi)了動(dòng)力裝置的序幕瓦特蒸汽機(jī)的發(fā)明Diesel1895年發(fā)明柴油機(jī)1807年，美國(guó)人富爾頓將蒸汽機(jī)安裝在木船上1887年，汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪船航行在江河上1900年英國(guó)制成了艦用柴油機(jī)1902年德國(guó)首先把柴油機(jī)用做商船動(dòng)力，1904年用于潛艇1905年瑞士Sulzer廠建成第一臺(tái)可倒轉(zhuǎn)式二沖程柴油機(jī)1908年俄國(guó)制成缸徑1m的預(yù)燃室式柴油機(jī)1912年丹麥B&W公司制成缸徑520mm、轉(zhuǎn)速140r/min、功率1486kW的八缸四沖程柴油機(jī)，以雙機(jī)雙軸方式裝在7500噸的“雪蘭地亞”號(hào)遠(yuǎn)航曼谷成功隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高集成、模塊化、數(shù)據(jù)總線、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、人工智能技術(shù)在船舶上的應(yīng)用8柴油機(jī)推進(jìn)動(dòng)力裝置的特點(diǎn)A.有較高的經(jīng)濟(jì)性，耗油率比蒸汽、燃?xì)鈩?dòng)力裝置低得多；B.重量輕(單位重量的指標(biāo)小)；C.具有良好的機(jī)動(dòng)性，操作簡(jiǎn)單，啟動(dòng)方便，正倒車(chē)迅速；D.功率范圍廣。A.柴油機(jī)尺寸和重量按功率比例增長(zhǎng)快；B.柴油機(jī)工作中的噪聲、振動(dòng)較大；C.中、高速柴油機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件磨損較厲害；D.柴油機(jī)低速穩(wěn)定性差；E.柴油機(jī)的過(guò)載能力相當(dāng)差。9我國(guó)船舶大功率柴油機(jī)現(xiàn)狀船用低速柴油機(jī)技術(shù)大功率低速柴油機(jī)的機(jī)型大都是二沖程、單氣門(mén)直流掃氣、定壓增壓、長(zhǎng)行程、高壓縮比的十字頭式機(jī)。當(dāng)前,低速二沖程柴油機(jī)的平均有效壓力為1.90~1.95MPa,最高燃燒壓力15~15.5MPa,燃油耗率165~171g/kWh,單缸功率達(dá)到100000kW,大修期達(dá)28000h以上。船用中速柴油機(jī)技術(shù)國(guó)外大功率中速柴油機(jī)絕大部分是四沖程機(jī)。缸徑為160~640mm,轉(zhuǎn)速375~1150r/min。平均有效壓力為2.4~3.0MPa,最高燃燒壓力16~21MPa,最高噴油壓力160~180MPa,燃油耗率170~180g/kWh,單缸功率2010kW,大修期為18000~24000h。10汽輪機(jī)推進(jìn)動(dòng)力裝置1—鍋爐2—過(guò)熱器3—主蒸汽管路4—高壓汽輪機(jī)5—低壓汽輪機(jī)6—減速齒輪7—螺旋槳8—冷凝器9—冷卻水循環(huán)泵10—凝水泵11—給水泵12—給水預(yù)熱器11蒸汽輪機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用較少（燃油消耗率高）運(yùn)輸液化天然氣的LNG液貨船原因：在LNG液貨船上，液化氣以-162℃的溫度下裝在隔熱艙中運(yùn)輸。盡管高效隔熱，但仍然不可避免每天有0.1-2.5%液化氣蒸發(fā)。蒸發(fā)的天然氣可用作雙燃料主鍋爐的燃料，生產(chǎn)主渦輪機(jī)用的蒸汽，提供幾乎全部需要的推進(jìn)功率。重燃油則用作輔助燃料和船舶的壓載貨物。12汽輪機(jī)推進(jìn)動(dòng)力裝置的特點(diǎn)a.單機(jī)功率大,可達(dá)7.5×104kw以上；b.轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，無(wú)周期性擾動(dòng)力，機(jī)組振動(dòng)噪聲??；c.工作可靠性高；d.可使用劣質(zhì)燃料油，滑油消耗率也很低。a.總重量大，尺寸大；b.燃油消耗率高；c.機(jī)動(dòng)性差,啟動(dòng)前準(zhǔn)備時(shí)間約為30~35min，緊急須15~20min。Tips:汽輪機(jī)推進(jìn)裝置主要采用的是汽輪機(jī)+減速齒輪箱+定距槳的形式；少數(shù)采用汽輪機(jī)電力傳動(dòng)形式。13燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)動(dòng)力裝置1-螺旋槳2-減速齒輪3-壓氣機(jī)4-燃燒室5-燃?xì)廨啓C(jī)6-聯(lián)軸器7-起動(dòng)電動(dòng)機(jī)（1）壓氣機(jī)（2）燃燒室（3）燃?xì)廨啓C(jī)14關(guān)于燃機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)裝置是一種以空氣及燃?xì)鉃楣べ|(zhì)的旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，它的結(jié)構(gòu)與飛機(jī)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)一致，也類似蒸汽輪機(jī)。主要結(jié)構(gòu)有三部分：1、燃?xì)廨啓C(jī)（透平或動(dòng)力渦輪）；2、壓氣機(jī)（空氣壓縮機(jī)）；3、燃燒室。其工作原理為：葉輪式壓縮機(jī)從外部吸收空氣，壓縮后送入燃燒室，同時(shí)燃料（氣體或液體燃料）也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合，在定壓下進(jìn)行燃燒。生成的高溫高壓煙氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)膨脹作工，推動(dòng)動(dòng)力葉片高速旋轉(zhuǎn)，乏氣排入大氣中或再加利用。

15關(guān)于燃機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)具有效率高、功率大、體積小、投資省、運(yùn)行成本低壽命周期較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。主要用于發(fā)電、交通和工業(yè)動(dòng)力。燃?xì)廨啓C(jī)分為輕型燃?xì)廨啓C(jī)和重型燃?xì)廨啓C(jī)，輕型燃?xì)廨啓C(jī)為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)型，如LM6000PC和FT8燃?xì)廨啓C(jī)，其優(yōu)勢(shì)在于裝機(jī)快、體積小、啟動(dòng)快、簡(jiǎn)單循環(huán)效率高，主要用于電力調(diào)峰、船舶動(dòng)力。重型燃?xì)廨啓C(jī)為工業(yè)型燃機(jī)，如GT26和PG6561B等燃?xì)廨啓C(jī)，其優(yōu)勢(shì)為運(yùn)行可靠、排煙溫度高、聯(lián)合循環(huán)組合效率高，主要用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)。16輕型燃?xì)廨啓C(jī)

17重型燃?xì)廨啓C(jī)

連接發(fā)電機(jī)進(jìn)氣道主軸固定支架軸頸軸承壓氣機(jī)葉片壓氣機(jī)模塊燃?xì)廨啓C(jī)固定支架葉輪葉輪貫穿螺栓進(jìn)氣道定位水平缸封燃燒室防護(hù)罩逆流燃燒室燃料注入系統(tǒng)燃燒室（火焰筒）燃燒室冷卻部件噴嘴構(gòu)造一級(jí)渦輪固定構(gòu)造動(dòng)力渦輪構(gòu)造排氣擴(kuò)散構(gòu)造排氣煙氣探測(cè)器18深圳號(hào)導(dǎo)彈驅(qū)逐艦19燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)動(dòng)力裝置的特點(diǎn)a.單位功率的重量尺寸??；b.啟動(dòng)加速性能好；c.重量輕，體積?。籨.振動(dòng)小，噪聲小。a.主機(jī)沒(méi)有反轉(zhuǎn)性,配備換向系統(tǒng)或調(diào)距槳；b.必須借助啟動(dòng)機(jī)械啟動(dòng)；c.葉片材料昂貴，工作可靠性較差，壽命短；d.進(jìn)排氣管道尺寸大，艙內(nèi)布置困難。e.生產(chǎn)廠家主要為兩家國(guó)外公司(英國(guó)的rolls2royce公司和美國(guó)的通用電氣公司)低負(fù)荷下耗油率高LM250020核動(dòng)力推進(jìn)動(dòng)力裝置1—核反應(yīng)堆2—反應(yīng)堆芯3—控制棒4—冷卻循環(huán)泵5—蒸汽發(fā)生器6—高壓汽輪機(jī)7—低壓汽輪機(jī)8—輔汽輪機(jī)9—主冷凝器10—輔冷凝器11—主給水泵12—減速器13—螺旋槳14—穩(wěn)壓筒21核動(dòng)力推進(jìn)動(dòng)力裝置22核動(dòng)力推進(jìn)動(dòng)力裝置23核動(dòng)力推進(jìn)動(dòng)力裝置的特點(diǎn)a.極少的燃料釋放巨大的能量如1.1×106kw之核動(dòng)力裝置工作一晝夜僅消耗核燃料15-18g；b.功率大；c.無(wú)需空氣。a.裝置大；b.操縱管理檢查系統(tǒng)比較復(fù)雜；c.裝置造價(jià)昂貴。俄羅斯阿庫(kù)拉Akula(鯊魚(yú))級(jí)戰(zhàn)略核潛艇０９4型攻擊核動(dòng)力潛艇24聯(lián)合動(dòng)力推進(jìn)動(dòng)力裝置汽輪機(jī)＋加速燃?xì)廨啓C(jī)（COSOG或COSAG）柴油機(jī)＋加速燃?xì)廨啓C(jī)（CODOG或CODAG）燃?xì)廨啓C(jī)＋加速燃?xì)廨啓C(jī)（COGAG或COGOG）

尼米茲級(jí)航空母艦（美）“林肯”號(hào)125聯(lián)合動(dòng)力推進(jìn)動(dòng)力裝置的特點(diǎn)a.重量尺寸小；b.操縱方便，備車(chē)迅速；c.自巡航到全速工況加速迅速；d.具有多機(jī)組并車(chē)的可靠性；e.管理與檢修費(fèi)較低。a.必須配備不同燃料及相應(yīng)的管路及貯存設(shè)備；b.主減速器的小齒輪數(shù)目多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；c.在減速器周?chē)贾糜须y度。（英）“無(wú)敵”號(hào)意-加里博迪號(hào)26LNG船推進(jìn)系統(tǒng)傳統(tǒng)采用鍋爐汽輪機(jī)裝置

日本建造的LNG多采用之，兩臺(tái)鍋爐配一臺(tái)汽輪機(jī)。滬東中華造船(集團(tuán))承建的我國(guó)首制二艘LNG船的主動(dòng)力裝置就是采用鍋爐汽輪機(jī)裝置。該船為薄膜型、艙容147200m3、設(shè)計(jì)航速19·5節(jié)

二沖程低速柴油機(jī)

卡塔爾最新一代14艘最大的容量為265000m3的Qmax級(jí)LNG船每艘將由兩臺(tái)MANB&W7S70ME-C電子控制的二沖程低速柴油機(jī)驅(qū)動(dòng),每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速91r/min下的額定輸出功率為21770kW(單缸3110kW)。再液化技術(shù)為大型LNG船安裝高效大功率的二沖程低速柴油機(jī)鋪平了道路。與汽輪機(jī)裝置比較,采用上述發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)的LNG船每年可節(jié)省200萬(wàn)到500萬(wàn)美元。27LNG船推進(jìn)系統(tǒng)雙燃料柴油機(jī)迄今第一艘由燃用BOG的Waertsilae50DF雙燃料柴油機(jī)電力系統(tǒng)(DFDE)驅(qū)動(dòng)的LNG船—75000m3的GazdeFranceEnergy已于2004年末投入營(yíng)運(yùn)。圖2為驅(qū)動(dòng)該船的DFDE系統(tǒng)。雙燃料柴油機(jī)的主要特點(diǎn)是:采用燃油和天然氣(BOG)兩種燃料,功率較大,體積小,重量輕,占LNG船艙內(nèi)空間小,有害排放物少。雙燃料柴油機(jī)通常用于驅(qū)動(dòng)容量不超過(guò)155000m3的LNG船28LNG船推進(jìn)系統(tǒng)COGES系統(tǒng)

對(duì)于在230000~265000m3載貨量范圍的大型LNG船,CO-GES(燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)聯(lián)合的綜合電力推進(jìn)系統(tǒng))是極具吸引力的。在COGES系統(tǒng)中,燃?xì)廨啓C(jī)的排氣排入余熱鍋爐。余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)做功。燃蒸聯(lián)合循環(huán)中的燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)生產(chǎn)的電力驅(qū)動(dòng)推進(jìn)用電動(dòng)機(jī)并向船舶總電網(wǎng)供電,燃蒸聯(lián)合循環(huán)的效率約為45%~50%。在使用低壓蒸汽時(shí),COGES系統(tǒng)的能量利用率高達(dá)80%。COGES系統(tǒng)具有燃料靈活性,可以燃用重燃油、蒸發(fā)氣或兩者的結(jié)合。

29LNG船推進(jìn)系統(tǒng)比較

鍋爐汽輪機(jī)裝置：功率大、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、初投資費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。燃料效率只達(dá)到30%左右，,即使應(yīng)用再熱循環(huán)并提高蒸汽初參數(shù),其效率也僅達(dá)到約34·5%

柴油機(jī)裝置：低速機(jī)接近48%，初投資費(fèi)用高、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高、壽命較低等。尺寸重量要比燃?xì)廨啓C(jī)裝置大得多

燃?xì)廨啓C(jī)熱效率已達(dá)到40%、重量尺寸明顯小于鍋爐汽輪機(jī)裝置和柴油機(jī)裝置、機(jī)動(dòng)性好、自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)艙運(yùn)行,CO-GES裝置的總運(yùn)費(fèi)率比雙燃料柴油機(jī)低10%。它的缺點(diǎn)是使用壽命明顯低于鍋爐汽輪機(jī)裝置,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也比較高。30推進(jìn)器類型螺旋槳：在航速低于30kn的船舶中占主導(dǎo)地位噴水推進(jìn)：在航速高于30kn的船舶中占主導(dǎo)地位全回轉(zhuǎn)槳：對(duì)機(jī)動(dòng)性要求較高的船舶，采用該推進(jìn)器節(jié)省了舵，減少了費(fèi)用選擇的主要考慮因素：船舶的大小、航行速度以及操縱靈活性等31新型船舶動(dòng)力裝置噴水推進(jìn)吊艙推進(jìn)高速主機(jī)全電力推進(jìn)超導(dǎo)磁流體推進(jìn)

NEXT32噴水推進(jìn)(1)在限制直徑情況下，噴水推進(jìn)的效率可以比普通漿為高．這是因?yàn)?，泵的葉輪可承受比普通槳高的負(fù)荷。(2)可在空泡很低的情況下正常工作．因?yàn)楸糜休^高的抗汽蝕性能。(3)振動(dòng)小。因?yàn)楸玫娜~輪似在導(dǎo)管中工作，流動(dòng)均勻，激振力小。(4)倒車(chē)和回轉(zhuǎn)時(shí)主機(jī)轉(zhuǎn)向不變，倒車(chē)回轉(zhuǎn)較靈活，倒車(chē)施力較普通漿為大．(5)噴水推進(jìn)系統(tǒng)采用后，減少了船體上的附件，如尾軸和軸架等，有利于減少阻力高速艇尤其如此。(6)由于噴水裝置能在多工況下較好地發(fā)揮主機(jī)功率，因此在多工況船舶上采用也比較有利。33缺點(diǎn)：(1)在吃水不限制的情況下，與普通槳相比，噴水推進(jìn)效率較低，故一般在常規(guī)船上不采用。(2)噴水推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工藝上較復(fù)雜(特別是導(dǎo)流片和倒車(chē)裝置)，建造成本高，檢修也較困難。(3)噴水管道內(nèi)因水的重量作用使船舶排水量增加．(4)在卵石多的淺水航道中采用時(shí)，泵的葉輪易被打壞．34應(yīng)用噴水推進(jìn)較適用于內(nèi)河拖輪、淺水自航船(如客船、交通)、高速船舶(包括滑行艇、側(cè)壁式氣墊船、水翼船等)，以及要求低噪音的專用船舶上。在速度超過(guò)30kn的船舶中占有主導(dǎo)地位35噴水推進(jìn)器–應(yīng)用

主要發(fā)動(dòng)機(jī)

Passengervessel(Trimaran)

2xSPJ57RD(230kWeach)

Shipyardandowner:Lux-WerftundSchiffahrtGmbH,Niederkassel-MondorfundSchiffahrtGmbH,GermanyDouble-endedferry

(1.70mdraught),

4xSPJ220(555kWeach)

Shipyard:ScheepswerfBijlsama,TheNetherlands

Owner:WagenborgPassagierdienstenBV,TheNetherlands36主要制造商的研制進(jìn)展情況

新西蘭Hamilton公司瑞典Kamewa公司荷蘭LipsJet公司其他公司英國(guó)UltraDynamics公司美國(guó)，Kodiak公司、AmericanJet公司和AmericanTurbine公司瑞典的MJP公司中國(guó)上海的708所37船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)MarineElectricPropulsionSystem(MEPS)Energysources：FossilAtomic…PropellersMotorGeneratorPrimeengine：DieselTurbine...FuelCellOtherloadsMechanicalEnergyElectricenergyMEPSisapropulsionsysteminwhichpropellersaredrivenbyelectricmotors定義：電力推進(jìn)是指用電動(dòng)機(jī)械來(lái)帶動(dòng)螺旋槳，推動(dòng)艦艇前進(jìn)的推進(jìn)方式。電力推進(jìn)技術(shù)指的是用電能作為艦上動(dòng)力機(jī)械的能源的技術(shù)。

MEPS:WHAT’s&WHY38艦船電力推進(jìn)的應(yīng)用概況艦艇電力推進(jìn)的應(yīng)用歷史悠久，二戰(zhàn)時(shí)期曾流行一時(shí)。當(dāng)時(shí)，美海軍建造了數(shù)百艘電力推進(jìn)戰(zhàn)艦。當(dāng)時(shí)采用電力推進(jìn)的主要原因是齒輪裝置制造量不足。由于技術(shù)水平的限制，系統(tǒng)大而笨、效率低、成本高。戰(zhàn)后，除德國(guó)的17艘“萊茵”級(jí)護(hù)衛(wèi)艦采用柴電推進(jìn)外，其它水面艦艇均采用機(jī)械推進(jìn)。80年代后，隨著交流電機(jī)及其控制技術(shù)、電力電子器件的發(fā)展，船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)在功率、功率密度、效率等方面已經(jīng)能滿足船舶推進(jìn)的需要。其應(yīng)用情況也發(fā)生了根本性的變化。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80年代后期以來(lái)，水面作戰(zhàn)艦艇開(kāi)始有了電力推進(jìn)與機(jī)械推進(jìn)相結(jié)合的混合推進(jìn)。小功率的電力推進(jìn)已在英國(guó)的"桑當(dāng)"級(jí)獵雷艇，法國(guó)的"Silure"級(jí)輕型反潛護(hù)衛(wèi)艦，瑞典的"菲呂桑德"級(jí)布雷艇，法、荷、比三國(guó)聯(lián)合研制的"三伙伴"級(jí)獵雷艇等水面艦艇上得到應(yīng)用。39艦船電力推進(jìn)的應(yīng)用概況馬島之戰(zhàn)后，英國(guó)海軍在23型護(hù)衛(wèi)艦上首先采用了柴電-燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合動(dòng)力裝置（CODLAG）。該艦艇低速航行時(shí)，由兩臺(tái)CEC公司的750V/1.3兆瓦（MW）直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，巡航速度17節(jié)，航程7000海里。其直流電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)定距槳，由四臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組給推進(jìn)電機(jī)及全船其它設(shè)備供電。美國(guó)海軍在1980年就和西屋公司簽定了為排水量6500噸的雙軸驅(qū)逐艦研制綜合電力（IED）推進(jìn)系統(tǒng)的合同，設(shè)計(jì)的電力推進(jìn)系統(tǒng)采用發(fā)電機(jī)供給全艦其它設(shè)備的用電，為能與推進(jìn)系統(tǒng)完全綜合，其推進(jìn)的電機(jī)為普通交流電機(jī)，變頻器采用可控硅元件，整個(gè)系統(tǒng)的重量、體積比常規(guī)推進(jìn)系統(tǒng)大。由于在研制過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)不是經(jīng)濟(jì)上可承受的、性能上能滿足要求的合理結(jié)構(gòu)，在1994年美國(guó)海軍提出了綜合電力系統(tǒng)（IPS）概念，即綜合全電力推進(jìn)（IFEP）系統(tǒng)。我國(guó)在2005年第1艘電力推進(jìn)海監(jiān)船下水40電力推進(jìn)的組成部分艦艇電力推進(jìn)系統(tǒng)一般由以下幾部分組成：螺旋槳電動(dòng)機(jī):采用直流他勵(lì)雙樞雙換向器電動(dòng)機(jī)或交流同步電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)。目前用的最多的是直流雙樞電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī):采用直流他勵(lì)或差復(fù)勵(lì)電機(jī)、交流整流同步發(fā)電機(jī)或交流同步發(fā)電機(jī)。原動(dòng)機(jī):采用柴油機(jī)、汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)。目前一般采用高速或中速柴油機(jī)。大功率時(shí)多采用汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)。控制調(diào)節(jié)設(shè)備。潛艇蓄電池也是一種電力推進(jìn)裝置41目前艦艇電力推進(jìn)裝置的發(fā)展動(dòng)向以交流（交流發(fā)電機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)）電力推進(jìn)裝置取代直流（直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)）電力推進(jìn)和交直流（交流整流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)）電力推進(jìn)裝置交流電力推進(jìn)裝置具有極限功率大，效率高和可性好的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)推進(jìn)電機(jī)的類型，可分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)交流推進(jìn)裝置；而根據(jù)電流交換器的結(jié)構(gòu)形式不同分為晶閘管變頻交流電力推進(jìn)裝置、電力晶體管和可關(guān)斷晶閘管交流電力推進(jìn)裝置發(fā)展超導(dǎo)電力推進(jìn)是以超導(dǎo)電機(jī)（超導(dǎo)發(fā)電機(jī)和超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)）為功率元件的電力推進(jìn)裝置，與普通電力推進(jìn)相比，具有重量輕、體積小、效率高、噪聲低的特點(diǎn)。由于超導(dǎo)材料必須工作在相應(yīng)的臨界溫度以下，要有一套復(fù)雜的液氮設(shè)備，所以在一定程度上制約了它的廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，隨著低溫技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是低溫技術(shù)的小型化，為超導(dǎo)電力推進(jìn)在艦艇上的應(yīng)用提供了良好的條件。。42目前艦艇電力推進(jìn)裝置的發(fā)展動(dòng)向發(fā)展?jié)撏剂想姵赝七M(jìn)系統(tǒng)以代替現(xiàn)有的潛艇鉛酸電池潛艇燃料電池電力推進(jìn)裝置是以燃料電池為潛艇水下航行動(dòng)力源的推進(jìn)裝置。燃料電池是一種能把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，電池本體加上燃料、氧化劑及它們的貯存器構(gòu)成一個(gè)完整的燃料電池系統(tǒng)。其特點(diǎn)是：在能量轉(zhuǎn)換方式上與蓄電池相同，都是化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，因此具有安靜、效率高的優(yōu)點(diǎn)；在構(gòu)成方式上則與柴油發(fā)電機(jī)組相似，即貯能部分（貯存燃料及氧化劑的貯存器）與能量轉(zhuǎn)換裝置部分相分離，因此具有長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的能力（只要燃料和氧化劑足夠），而不象蓄電池那樣需要來(lái)回充放電。各國(guó)曾主要研究過(guò)兩種潛艇用燃料電池：氫-氧電池和肼-過(guò)氧化氫電池。近年來(lái)，燃料電池研究取得了一些重大的技術(shù)突破。例如：潛艇上液態(tài)氧貯存器采用新式殼體結(jié)構(gòu)，有些國(guó)家研究了用氫化物制取氫的方法等。發(fā)展綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)43綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)船舶綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)包括：發(fā)電、輸電、配電、變電、拖動(dòng)、推進(jìn)、儲(chǔ)能、監(jiān)控和電力管理，是現(xiàn)行船舶平臺(tái)的電力和動(dòng)力兩大系統(tǒng)發(fā)展的綜合；它不是電力推進(jìn)加自動(dòng)電站的簡(jiǎn)單組合，而是從概念到方案、組成、配置、技術(shù)等均發(fā)生重大變化，給未來(lái)的船舶帶來(lái)一場(chǎng)革命。44綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)美國(guó)綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)的研究自80年代以來(lái)，美國(guó)海軍一直積極發(fā)展艦艇綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)，主要集中發(fā)展海軍艦艇推進(jìn)、電力和控制系統(tǒng)。美國(guó)在21世紀(jì)海軍發(fā)展規(guī)劃中，明確提出綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)的研究工作主要集中在發(fā)電(如WR-21中冷回?zé)崛細(xì)廨啓C(jī)、燃料電池等)、電力儲(chǔ)存(如蓄電池、飛輪、電感能量?jī)?chǔ)存、電容能量?jī)?chǔ)存、壓縮氣體或蒸汽設(shè)備等)和推進(jìn)技術(shù)(如永磁電機(jī))等方面。綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展分三個(gè)階段：小比例預(yù)研、全尺寸樣機(jī)預(yù)研和全尺寸工程研制。前兩個(gè)階段已接近完成。第一階段中制成了3兆瓦、300轉(zhuǎn)/分的軸向磁通永磁電機(jī)，第二階段中制造了9.2MW、150轉(zhuǎn)/分的全尺寸永磁電機(jī)樣機(jī)。該樣機(jī)由兩個(gè)半功率模塊組成，共用機(jī)殼、軸和軸承，采用釹-鐵-硼稀土永磁材料，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線繞電樞，同時(shí)還采用橫向磁通技術(shù)，電機(jī)小而輕。1998財(cái)政年度開(kāi)始全尺寸工程研制。法國(guó)參與了美、英的IFEP研究計(jì)劃。德國(guó)、加拿大也對(duì)水面艦艇的全電力推進(jìn)方案進(jìn)行了研究。45綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足同機(jī)械推進(jìn)方式相比，綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性、提高戰(zhàn)斗力、增強(qiáng)生命力等方面具有優(yōu)勢(shì)：經(jīng)濟(jì)性好。IFEP系統(tǒng)油耗小，據(jù)美國(guó)近期報(bào)道，驅(qū)逐艦采用全電力推進(jìn)，在30年工作壽命期間將比機(jī)械推進(jìn)節(jié)省16%以上的燃料費(fèi)。IFEP節(jié)油的原因在于：a)低速航行時(shí)，電力推進(jìn)可用較少的發(fā)動(dòng)機(jī)提供相同的凈功率。b)電力推進(jìn)艦艇在低速航行時(shí)，能夠使原動(dòng)機(jī)在高功率工作點(diǎn)運(yùn)行，而機(jī)械推進(jìn)艦艇在低速航行時(shí)，原動(dòng)機(jī)效率下降，耗油量增大。c)IFEP系統(tǒng)減去了艦艇的輔助裝置和戰(zhàn)斗系統(tǒng)所需的單獨(dú)發(fā)電機(jī)組。

d）在雙體船、三體船等非常規(guī)船型上使用時(shí)，IFEP系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、可減少人員配置，降低培訓(xùn)費(fèi)；布置的靈活性可使艦船結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減少艦船的排水量；改善了艦船的可生產(chǎn)性，降低了生產(chǎn)費(fèi)用。艦艇航行時(shí)，只讓所需的最小數(shù)量的原動(dòng)機(jī)運(yùn)行，減少了原動(dòng)機(jī)總運(yùn)行時(shí)間，可節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。46綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足提高了艦艇的戰(zhàn)斗力a)由于減少了原動(dòng)機(jī)數(shù)量，去除了許多機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，可騰出有效空間以裝載更多武器。b)能為未來(lái)的激光、電磁武器提供足夠的電力。c)改善了操縱性.螺旋槳由電機(jī)控制，能在全速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，對(duì)指令的響應(yīng)快；而機(jī)械系統(tǒng)具有一個(gè)最小的軸速，其響應(yīng)受聯(lián)軸節(jié)的較長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間的制約。d)增加了續(xù)航力。由于降低了耗油量，同樣的燃油可提供更大的續(xù)航力。e)不管是柴油機(jī)，還是燃?xì)廨啓C(jī)，都不容易實(shí)現(xiàn)正、反兩個(gè)方向運(yùn)轉(zhuǎn)的操作，為解決此問(wèn)題，現(xiàn)代艦艇多采用可調(diào)距螺旋槳，但這種方式需耗費(fèi)大量的燃料。而電力推進(jìn)的反向問(wèn)題可通過(guò)使用電力電子設(shè)備轉(zhuǎn)換所用電源的極性或相位來(lái)方便地實(shí)現(xiàn)。可提高艦艇的操縱靈活性。f）系統(tǒng)布置靈活，可降低排水量。由于突破了將發(fā)動(dòng)機(jī)、推進(jìn)器、傳動(dòng)軸系布置在一條直線上的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，用電纜完全取代機(jī)械連接，原動(dòng)機(jī)可以布置在任何地方，使全艦系統(tǒng)和設(shè)備布置更加靈活，從而降低艦艇排水量。47綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足增強(qiáng)了生命力a)降低了噪聲、提高了隱蔽性。由于原動(dòng)機(jī)可以布置在水線以上，從而可以降低水下輻射噪聲，而且由于取消了齒輪箱，也大大降低了振動(dòng)噪聲。與機(jī)械推進(jìn)相比，在寬頻帶可降低15~20分貝，在窄頻帶降低更多。b）操作人員可選擇最合適的發(fā)動(dòng)機(jī)組合形式，確保發(fā)動(dòng)機(jī)以最佳效率工作，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)的低負(fù)載運(yùn)行。c)IFEP系統(tǒng)由其左右舷雙重總線向負(fù)載供電，具有很強(qiáng)的抗故障能力。推進(jìn)系統(tǒng)也有備用線路，不易完全損壞。48綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足當(dāng)一艘艦艇的大部分航行時(shí)間是滿功率高速航行時(shí)，使用效率低的全電力推進(jìn)系統(tǒng)是不利的。全電力推進(jìn)系統(tǒng)不適合于航空母艦使用。航母盡管有可能采用綜合電力系統(tǒng)，但目前采用標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械推進(jìn)更為合適，因?yàn)橄蠛侥改菢哟笮偷呐灤?，電力推進(jìn)與蒸汽動(dòng)力裝置相比并不節(jié)約空間和重量。未來(lái)航母可能需要更大的電力，以滿足電磁彈射與回收裝置、未來(lái)的電磁武器以及對(duì)抗措施的需要，而增加電力的最經(jīng)濟(jì)的方法是使用功率更大的汽輪機(jī)組。全尺寸系統(tǒng)試驗(yàn)的綜合電力系統(tǒng)（IPS）不適合潛艇使用，因?yàn)檫@種IPS使用感應(yīng)電機(jī)，不是使用永磁電機(jī)，體積和噪音太大，只適合于水面艦艇使用。49綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是當(dāng)代先進(jìn)的電力電子技術(shù)、交流調(diào)速技術(shù)、電機(jī)制造技術(shù)、永磁材料技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)等的綜合運(yùn)用，技術(shù)含量高，其關(guān)鍵技術(shù)有大功率、高功率密度的永磁電機(jī)技術(shù)，包括電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)技術(shù)大功率電力電子器件技術(shù)。目前各國(guó)主要是在不斷提高絕緣柵雙極晶體管的功率等級(jí)，以減小轉(zhuǎn)換器的體積、重量先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)。英美已聯(lián)合發(fā)展了中冷回?zé)崛細(xì)廨啓C(jī)WR-21，并進(jìn)行了小功率高速燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的研究區(qū)域配電系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)。50吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用

先進(jìn)的吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)，就是推進(jìn)用電機(jī)直接和推進(jìn)螺旋槳相連，制成一個(gè)獨(dú)立的推進(jìn)模塊，并吊掛在船體底部。該推進(jìn)模塊可以360°水平旋轉(zhuǎn)。這樣，推進(jìn)的方位角可以人為地進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。其直接后果就是取消了舵機(jī)系統(tǒng)及相應(yīng)的操縱機(jī)構(gòu)。在吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)中，螺旋槳和推進(jìn)電機(jī)共軸，兩者之間沒(méi)有任何其他環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，通常制成一個(gè)獨(dú)立的推進(jìn)模塊。它可以在船舶試航前安裝，甚至可以在海上進(jìn)行裝卸51吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)和傳統(tǒng)的船舶推進(jìn)系統(tǒng)相比有如下一些特點(diǎn)：推進(jìn)效率高。取消了尾軸、尾側(cè)推器、舵機(jī)系統(tǒng)等，不需專門(mén)的冷卻系統(tǒng)，從而節(jié)省了艙容，簡(jiǎn)化了安裝?？臻g配置靈活，可以在機(jī)艙整個(gè)空間內(nèi)立體布置，既方便靈活，又充分利用了機(jī)艙艙容，為船體設(shè)計(jì)，尤其是船尾和集控室部分的設(shè)計(jì)提供了很大的靈活性。從消防和安全性方面考慮，還可以把發(fā)電機(jī)分成幾組（如全船共有6臺(tái)發(fā)電機(jī)的情況下，可以分成3臺(tái)1組）布置在不同的艙室中。模塊化設(shè)計(jì)原理使得推進(jìn)模塊可在船舶建造基本完成、準(zhǔn)備試航前安裝，必要時(shí)，可在海上安裝和拆卸推進(jìn)模塊。噪聲低、振動(dòng)小、廢氣排放減少最短的應(yīng)急停車(chē)時(shí)間推進(jìn)器可在360°水平范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，極大地提高了船舶的操縱性和機(jī)動(dòng)性。根據(jù)需要決定并入電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)，使每臺(tái)機(jī)組都能工作在比較理想的負(fù)荷下，這樣不僅對(duì)柴油機(jī)的良好燃燒和使用重油有好處，而且可以減少維修保養(yǎng)工作和降低備件費(fèi)用。52吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用目前世界上吊艙式電力推進(jìn)器系統(tǒng)主要有AzipodSSPPropulsorMermaidDolphin4其中，Azipod使ABB公司早在十幾年前首次推出的，目前占據(jù)著吊艙式電力推進(jìn)器市場(chǎng)的最大份額，其產(chǎn)品也經(jīng)過(guò)了實(shí)船的考驗(yàn)。但十幾年來(lái)，系統(tǒng)在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面改進(jìn)不大，尚有有待完善的地方。而SSPPropulsor，Mermaid和Dolphin這3種吊艙式推進(jìn)器都是在看到Azipod的成功后，陸續(xù)推出的Azipod,SSPPropulsor和Mermaid都有世界最大的生產(chǎn)電力系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)設(shè)備跨國(guó)公司的背景。吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展主要取決于推進(jìn)電機(jī)、半導(dǎo)體器件和大功率變頻裝置的發(fā)展。吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)受益于這些研發(fā)工作的最新成果，如SSPPropulsor采用的永磁式電動(dòng)機(jī)、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）實(shí)現(xiàn)的周波變換器（Cycloconverter），Azipod系統(tǒng)采用的集成門(mén)換流晶閘管（IGCT）電路和直接轉(zhuǎn)距控制方法，Mermaid系統(tǒng)采用的PWMIGBT多電平變換器等。先進(jìn)的控制和通信技術(shù)也在吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。如采用PLC或可編程快速控制器進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)傳送則采用了局域網(wǎng)（LAN）和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和設(shè)備。船舶電力推進(jìn)的發(fā)展直接反映了大功率電力變頻技術(shù)、先進(jìn)的微機(jī)控制和通信技術(shù)、電力電子器件等領(lǐng)域的最新科研成果，而這幾個(gè)方面都是目前投入最多、發(fā)展最快的研發(fā)領(lǐng)域。53吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)的選擇可靠性、經(jīng)濟(jì)性（包括設(shè)備費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用）和便于維護(hù)性。對(duì)于可靠性，要認(rèn)識(shí)到幾種吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)各有自己的特點(diǎn)，它們直接反映了相應(yīng)的跨國(guó)公司的最新科研成果和技術(shù)。盡管有的實(shí)船使用時(shí)間不長(zhǎng)，但它們采用的設(shè)備和技術(shù)絕大多數(shù)都是成熟的。如SSP推進(jìn)器系統(tǒng)采用的永磁式推進(jìn)電機(jī)是Siemens公司生產(chǎn)的PERMASYN電動(dòng)機(jī)，它是系列化產(chǎn)品，自1987年第1臺(tái)1100kw的PERMASYN電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于多用途船以來(lái)，現(xiàn)在這種電動(dòng)機(jī)的額定功率可達(dá)20MW。首先，其可靠性也是經(jīng)過(guò)了20多年實(shí)船考驗(yàn)的：其次，永磁式推進(jìn)電機(jī)以其優(yōu)越的性能也證明了在未來(lái)的吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)將取代傳統(tǒng)的同步及電機(jī)而處于主導(dǎo)地位在電力推進(jìn)船舶上，輪機(jī)管理很大程度上就是船舶電站的管理。這里的船舶電站不僅包括以往船舶電站的全部?jī)?nèi)容，還增加了為船舶推進(jìn)提供動(dòng)力所必須的中低壓變壓器、高壓大功率變頻器和高次諧波抑制裝置等。船上柴油機(jī)的存在不是作為主推進(jìn)裝置，而是作為發(fā)電的原動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電。它們通常是幾臺(tái)型號(hào)相同、輸出功率相同的四沖程中速柴油機(jī)。機(jī)械方面的維修工作大幅度減少，備件也相應(yīng)地減少。電力推進(jìn)系統(tǒng)的維護(hù)管理更多地依靠專家系統(tǒng)和故障診斷程序等計(jì)算機(jī)軟件完成。54吊艙推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展（PoddedPropulsion）Pod指吊于船外的水下艙室，室內(nèi)有推進(jìn)電機(jī)，通過(guò)軸系及推進(jìn)軸承和推進(jìn)器，電機(jī)與母船只有動(dòng)力電纜及通信電纜相連接。FixPod與Azipod：Azipod指可沿Z軸360o旋轉(zhuǎn)動(dòng)的吊艙，其中Azi－指Azimurth。Azimurth傳動(dòng)過(guò)去由錐齒輪系組成的Z－drive實(shí)現(xiàn)，后來(lái)又用于側(cè)推器（Thruster）。在九十年代中期ABB率先將Azimurth概念用于主電力推進(jìn)。其后又提出了對(duì)向反轉(zhuǎn)吊艙推進(jìn)裝置的概念。生產(chǎn)吊艙系統(tǒng)的著名公司ABBIndustry（Azipod）Rolls-Royce（Mermaid）Schottel-Siemens（SSP）JohnCranelips（Dolphin）55其他吊艙56Azipod吊艙的結(jié)構(gòu)如圖所示57Azipod吊艙的結(jié)構(gòu)圖5859緊湊式吊艙推進(jìn)器60吊艙式推進(jìn)裝置(PoddedPropulsor)Azipodwasthefirstazimuthingpoddedpropulsionsystemintroducedinthemarket.AzipodisanextentiontotheproductsprovidedbyABBMarinetotheworld′sshipbuilderswithstate-of-theartelectricpropulsiondrivesforluxurycruisevessels,ro-rovessels,tankers,offshoreandspecialpurposevessels

61Azipod?PropulsionPerformanceTheAzipodpropulsionsystemcombinestheadvantageofvariousconventionalpropulsionsystemsavailabletoday.

TheAzipodpropulsionsystemoffersmajorbenefitsinexcellentdynamicperformanceandmanoeuvringcharacteristics,hydrodynamicefficiencyresultinginshorterharbourtimes,reducedfuelconsumption,saferoperationalsoinharshweather,restrictedpassagesand

offshoreenvironments.

62ManouveringPerformanceofCruiseVessel

M/SParadiseTurningCircle

Performanceof

Shuttletanker

UikkuoniceMultipurposeSupplyVesselandIcebreakerBotnicarammingiceridges.63Azipod?PropulsionUnitABBdesignsandmanufacturesAzipodpropulsionunitsforallmarinepropulsionapplications

TheAzipodsystemisanazimuthingelectricpropulsiondrivewherethepropulsionmotorisinstalledinsideasubmergedazimuthing(unlimited360degrees)podandcoupleddirectlytoanextremelyshortpropellershaft.Thevariablespeedelectric(AC/AC)driveproducessmoothtorqueovertheentirespeedrangeincludingzerospeed.Azipodunitsareavailableinupto25MWpowers.64Azipod?Structure65AZICool-CoolingModule

ClosedcircuitAZICoolmoduleincorporatesheatexchangersandventilationfansthatarecirculatingairfromthemotorkeepingtemperatureatoptimallevel.

TransmissionandSteeringModule

Steeringgearunitincorporateshydraulicmotors,drivingpinions,rimwheelandrollertypeslewingbearing.Separatelylocatedhydraulicpumpunitsuppliesthesteeringsystemmotors.

Poweranddatatransmissiontothepodisarrangedthroughaslipringunitlocatedontopofsteeringunit.

Azipod-Module

TheAzipodincorporatessynchronousorasynchronousmotorwithafixedpitchpropeller(FPP)mounteddirectlyontothemotorshaft.Shaftingincludesalsothrustandpropellerbearings,sealingsystemandpossibleexcitatator.Steelstructureisdesignedforhighhydrodynamicefficiencyatvariousoperationalconditions,optimalsteeringcapabilityandtofullywithstandloadsatalloperationalconditions.Connectiontosteeringandpowertransmissionmoduleisdonewithboltedflangeconnection.

Azipod?Structure66ElectricPropulsionABBMarineprovidestheworld`sshipbuilderswithstate-of-theartelectricpropulsiondrivesforluxurycruisevessels,ro-rovessels,tankers,offshoreandspecialpurposevesselsformorethanhalfacentury.Tomaintainourtechnologicalleadership,wewerethecompanytointroduceAzipod?,thefirstazimuthingpoddedpropulsionsystem67ElectricPropulsionFunctionallythepropulsiondrivecanbedividedintofollowingparts:supplytransformer,propulsionmotorandfrequencyconverter.InanACdrive,afrequencyconverterisusedtocontrolthespeedandtorqueofelectricmotor.ThespeedoftheACelectricmotorcanbecontrolledbyvaryingthevoltageandfrequencyofitssupply.Afrequencyconverterworksbychangingtheconstantfrequencymainselectricalsupplyintoavariablefrequencyoutput.

Thebenefitsofthiskindofcontrollingsystemareobvious.Preciseandsmoothspeedcontrolmeanslessequipmentstressresultinginalowermaintenancecosts.Anelectricmotoritselfisvirtuallymaintenance-free.

Thefrequencyconverterdriveprovidessteplesscontrolofthree-phaseACcurrentsfromzerotomaximumoutputfrequency,

correspondingtoadesiredshaftspeedbothaheadandastern.Hightorqueisavailableatallspeeds.

Controllerhardwareandsoftwarearedesignedforsafeoperationinallconditions,aswellasforhighdynamicperformance.Optionalcontrolparametersareflexiblyprogrammableaccordingtospecialrequirements68CompactAzipod?PropulsionConcept69CompactAzipod?PropulsionConcept（1）InordertoutiliseAzipodpropulsionsystemtheshipmusthaveanelectricpowerplant.Generatorsetsareconnectedtothemainelectricswitchboardtodistributeelectricpowerforallpowerconsumersonboard,includingAzipodpropulsion.Withmultipleprimemoversitisalsopossibletoschedulemaintenanceactivities,ortoshutdownageneratorformaintenanceduringavoyage,stillkeepingthevesselinfullservice.Incaseofdieselelectricpowerplantallthedieselenginescanbeofthesametype,whichminimisesthesparepartsinventories.Thenumberofvulnerableauxiliarysystemsisreducedtoaminimum.Thespeed(rpm)oftheAzipodpropulsionmotoriscontrolledandchangedbyalteringtheincomingACelectricfrequency.ThisisdonebyACS600MarineDrive,whichhasfeaturesasfollows:watercooling,lowvoltage(690V),andfullnominaltorquefromzerospeedtothemaximumpropellerspeedinbothrotationdirections.70CompactAzipod?PropulsionUnitThenewCompactAzipodpropulsionsystemwasdevelopedwiththeexperiencegainedfromexistingAzipodUnits.CompactAzipodisdesignedforapowerrangefrom400kWupto5MWtomeettheconstantlygrowingdemandforenhancedmanoeuvrabilityandoperationeconomyalsoforsmallervessels.ThelatestmarinepropulsiontechnologycombinedwithstandardiseddesignsmakesthenewCompactAzipodseriesattractiveforawiderangeofmerchantandoffshorevessels.

71CompactAzipod?Structure72Motormodule

TheCompactAzipodincorporatesapermanentmagnetsynchronousmotorwithafixed-pitchpropellerthatismounteddirectlyontothemotorshaft.Permanentmagnettechnologygivesthesystemanumberofbenefits.Theouterdiameterofthepodcanbedecreased,whichimproveshydrodynamicefficiency.Theuniformframedesignenablesthemotortobedirectlycooledviaconvectiontothesurroundingseawaterwithoutusinganyadditionalcoolingmedia.StrutmoduleactsasaconnectiveelementinCompactAzipodstructure.Controlcables,pipingandpowersupplybusbarsforpropulsionmotorarelocatedinsidetheone-piececaststrutmodule.Powertransmissionandsteeringmoduleconsistsoflocalcontrolandequipmentbox,cabledrum(slipringunitasanoption),steeringmotorswithgearboxesandassemblyblock,seeFigure5.Thismoduleislocatedinsidethehulloftheship.CompactAzipod?Structure73瑞典KAMEWA“美人魚(yú)”（Mermaid）74“美人魚(yú)”裝置的結(jié)構(gòu)電力裝置部分由以下設(shè)備和部件組成：發(fā)電機(jī)組；雙繞組電動(dòng)機(jī)，功率最大可達(dá)數(shù)十兆瓦；滑環(huán)裝置及其相關(guān)的冷卻室；功率轉(zhuǎn)換器傳動(dòng)箱；主配電板；船舶管理系統(tǒng)，包括電力管理系統(tǒng)；諧波過(guò)濾系統(tǒng)；動(dòng)力定位系統(tǒng)；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；75“美人魚(yú)”裝置的類型和用途

牽引式（PullingMermaid）:適用于高速雙螺旋槳船，如客滾船和豪華游船等頂推式（PushingMermaid）:適用于中速單螺旋槳船高推力頂推式（HighThrustPushingMermaid）:用于需要最大系柱拉力的低速船，如拖輪、近海工程船和海洋平臺(tái)等?！懊廊唆~(yú)”電力推進(jìn)裝置可用于油輪、車(chē)客渡船、滾裝船、豪華游船、拖輪、近海工程船和半潛式海洋平臺(tái)以及軍用艦船等。76“美人魚(yú)”裝置的主要優(yōu)點(diǎn)

機(jī)動(dòng)性好:

“美人魚(yú)“電力推進(jìn)裝置配備了阿爾斯通公司的動(dòng)力定位系統(tǒng)和自動(dòng)化操縱系統(tǒng)，推進(jìn)裝置可進(jìn)行360°全回轉(zhuǎn)，功率冗余度大，定位能力強(qiáng)，具有船舶快速橫移和緊急停船能力，機(jī)動(dòng)性非常好。運(yùn)行安全可靠:整個(gè)推進(jìn)裝置的機(jī)械零部件降低到最少程度，省掉了齒輪箱和大量的軸承、軸系、舵和螺旋槳支架，電動(dòng)機(jī)安裝在一個(gè)附裝在船體上的水動(dòng)力優(yōu)化的殼體內(nèi)，所以功率的機(jī)械損耗少，加上推進(jìn)裝置相對(duì)于船體線型的位置和角度的優(yōu)化，使推進(jìn)裝置的效率提高15%，這意味著可相應(yīng)地降低推進(jìn)裝置的功率，試驗(yàn)表明船舶的航速可達(dá)30節(jié)并且可進(jìn)一步提高推進(jìn)裝置占用船舶的容積減小，從而增加了裝載艙容安裝簡(jiǎn)便，可縮短船舶的建造周期噪聲和振動(dòng)降低到最低，旅客和船員舒適。這一優(yōu)點(diǎn)還意味著根據(jù)船舶用途可增加甲板裝載能力和擴(kuò)大艙室設(shè)置區(qū)域。操作、維修簡(jiǎn)便

用戶可在供應(yīng)合同中選擇專用安裝維修工具。卡米瓦公司在轉(zhuǎn)向推力器方面的專有技術(shù)，利用一個(gè)閉鎖回轉(zhuǎn)裝置可使檢查和維修人員安全地進(jìn)入心臟部位進(jìn)行檢查和拆卸槳葉或整個(gè)螺旋槳、軸密封或整個(gè)導(dǎo)流罩而無(wú)需進(jìn)塢。這樣，船舶可保持不間斷運(yùn)營(yíng)，獲得全壽命期內(nèi)最長(zhǎng)的營(yíng)運(yùn)時(shí)間，降低維修費(fèi)用，提高運(yùn)營(yíng)收益。77“美人魚(yú)”裝置的應(yīng)用78船舶動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和主要要求79設(shè)計(jì)的特點(diǎn)須符合船舶的特殊使用條件——船用條件，包括環(huán)境條件、空間條件。須設(shè)計(jì)成具有必要的目標(biāo)任務(wù)條件和合適的保障條件，包括營(yíng)運(yùn)條件、作業(yè)條件、研究條件及工作條件、生活條件和生存條件。須全面地綜合地進(jìn)行設(shè)計(jì)、進(jìn)行通盤(pán)考慮，包括動(dòng)力裝置與總體性能、動(dòng)力裝置與其他專業(yè)、動(dòng)力裝置內(nèi)部各子系統(tǒng)之間的綜合平衡和匹配，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。須全面掌握動(dòng)力裝置所覆蓋的各技術(shù)領(lǐng)域，如船舶推進(jìn)技術(shù)、熱能轉(zhuǎn)換技術(shù)、電氣技術(shù)、安全技術(shù)、消防技術(shù)、防污染技術(shù)、冷藏技術(shù)、通風(fēng)和空調(diào)技術(shù)、仿真技術(shù)以及人員生活、生存技術(shù)等。受控于國(guó)際公約、規(guī)則、船級(jí)社規(guī)范、船旗國(guó)法規(guī)等要求和約束。須根據(jù)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，對(duì)設(shè)備的選用和配套應(yīng)在目標(biāo)成本的控制下進(jìn)行。80原則要求1.營(yíng)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性2.可靠性(冗余度)3．操縱性(操縱簡(jiǎn)單,管理方便)4．可維性(設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式\系統(tǒng)與管路的布置應(yīng)使維修方便簡(jiǎn)捷)5．建造經(jīng)濟(jì)性6．重量、尺寸指標(biāo)7．振動(dòng)、噪聲指標(biāo)81具體要求符合任務(wù)書(shū)或規(guī)格書(shū)或合同文本對(duì)動(dòng)力裝置的要求。符合船舶總體性能對(duì)動(dòng)力裝置的要求。符合該船所入船級(jí)的船級(jí)社規(guī)范的要求。符合該船登記國(guó)(船旗國(guó))的有關(guān)法規(guī)。如掛中國(guó)旗，應(yīng)符合“船舶和海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)范”，符合該船受控的國(guó)際公約、規(guī)則的要求(Solas公約、MARPOL公約)。符合該船營(yíng)運(yùn)中所涉水域或港口的有關(guān)規(guī)定（如進(jìn)入美國(guó)水域或?qū)俳?jīng)濟(jì)區(qū)則應(yīng)符合美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)USCG的規(guī)則；巴拿馬運(yùn)河規(guī)則等）。符合設(shè)備廠規(guī)定或推薦的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，或與其協(xié)調(diào)，以最終滿足具體船舶的要求82船舶動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容83主要內(nèi)容(1)主推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。包括主機(jī)選型、主機(jī)及齒輪箱配套、主機(jī)及齒輪箱和調(diào)距槳配套等；(2)軸系設(shè)計(jì)；·(3)電站設(shè)計(jì)(主電站及應(yīng)急電站)；(4)熱源系統(tǒng)設(shè)計(jì)(蒸汽、熱媒油等)；(5)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)(燃油、滑油、冷卻水、壓縮空氣、進(jìn)排氣、加熱蒸汽或熱媒油等系統(tǒng))和輔助設(shè)備選擇；(6)船舶系統(tǒng)設(shè)計(jì)(疏排水系統(tǒng)，注入、測(cè)量、空氣系統(tǒng)，供水系統(tǒng)，艙底水系統(tǒng)，壓載水系統(tǒng)，消防系統(tǒng)等，以及油船、液化氣船和化學(xué)品船的專用系統(tǒng))；(7)自