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船舶动力装置原理与设计


动力装置原理与设计
主 讲:徐 立 15927497347

主要内容
? ? ? ? ? 船船动力装臵概论 推进装臵设计 船舶后传动设备 船舶管路系统 船舶动力装臵设计

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第1章 船舶动力装置概论
? ? ? ? 船舶动力装置的含

义及组成 船舶动力装置的类型及特点 船舶动力装置的基本特性指标 对船舶动力装置的要求

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船舶动力装置的含义及组成
含 义 船舶电站 辅助锅炉装置

保证船舶正常航行、作业、停泊以及船员、 旅客正常工作和生活所必需的机械设备的综 合体。
组 成 : 推进装置 辅助装置 机舱自动化 船舶系统 锚泊机械 操舵机械 起重机械 主发动机 推进器 传动设备

动力管系 船舶管系

甲板机械

Tips:船舶动力装置是一个复杂的能量综合体
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典型的柴油机动力装置能量转换系统
重 油 余 热 热能 机械能

燃油加热 滑油加热 制淡装臵 舱室取暖 厨房加热 驳动辅机 电能 船舶照明 船舶通讯 机舱自动化
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柴油

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船舶动力装置设计的特点和主要要求

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设计的特点
须符合船舶的特殊使用条件——船用条件,包括环境条件、 空间条件。 须设计成具有必要的目标任务条件和合适的保障条件,包 括营运条件、作业条件、研究条件及工作条件、生活条件 和生存条件。 须全面综合地进行设计、进行通盘考虑,包括动力装置与 总体性能、动力装置与其他专业、动力装置内部各子系统 之间的综合平衡和匹配,以实现预定的技术经济指标。 须全面掌握动力装置所覆盖的各技术领域,如船舶推进技 术、热能转换技术、电气技术、安全技术、消防技术、防 污染技术、冷藏技术、通风和空调技术、仿真技术以及人 员生活、生存技术等。 受控于国际公约、规则、船级社规范、船旗国法规等要求 和约束。 须根据市场经济的特点,对设备的选用和配套应在目标成 本的控制下进行。 7 2013年8月15日星期四

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原则要求
? ? ? ? 1. 营运经济性 2. 可靠性 (冗余度) 3.操纵性(操纵简单,管理方便) 4.可维性(设备的结构形式\系统与管路 的布臵应使维修方便简捷) ? 5.建造经济性 ? 6.重量、尺寸指标 ? 7.振动、噪声指标
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具体要求
? ? ? ? 符合任务书或规格书或合同文本对动力装臵的要求。 符合船舶总体性能对动力装臵的要求。 符合该船所入船级的船级社规范的要求。 符合该船登记国(船旗国)的有关法规。如挂中国旗,应 符合“船舶和海上设施法定检验规范”, ? 符合该船受控的国际公约、规则的要求(Solas公约、 MARPOL公约)。 ? 符合该船营运中所涉水域或港口的有关规定(如进入美 国水域或专属经济区则应符合美国海岸警卫队USCG的规 则;巴拿马运河规则等)。 ? 符合设备厂规定或推荐的系统设计要求,或与其协调, 以最终满足具体船舶的要求

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船舶动力装置设计的主要内容

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主要内容
? (1)主推进系统设计。包括主机选型、主机及齿轮箱配套、 主机及齿轮箱和调距桨配套等; ? (2)轴系设计; · ? (3)电站设计(主电站及应急电站); ? (4)热源系统设计(蒸汽、热媒油等); ? (5)动力系统设计(燃油、滑油、冷却水、压缩空气、进排 气、加热蒸汽或热媒油等系统)和辅助设备选择; ? (6)船舶系统设计(疏排水系统,注入、测量、空气系统, 供水系统,舱底水系统,压载水系统,消防系统等,以及 油船、液化气船和化学品船的专用系统); ? (7)自动控制、监测、报警系统设计; ? (8)防污染系统设计(机舱防油污系统、油船防油污系统、 生活污水防污染系统及防止有毒液体物质污染系统等); ? (9)机舱通风系统设计。
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船舶动力装置的基本类型及特点

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基本类型
? ? ? ? ? 柴油机推进动力装臵 汽轮机推进动力装臵 燃气轮机推进动力装臵 核动力推进动力装臵 联合动力推进动力装臵

052级驱逐舰“青岛”号

053H3级导弹护卫舰

093型攻击核动力潜艇

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柴油机推进动力装置的特点
? 优点: ? A. 有较高的经济性,耗油率 比蒸汽、燃气动力装臵低得多; ? B. 重量轻(单位重量的指标小); ? C. 具有良好的机动性,操作 简单,启动方便,正倒车迅速; ? D. 功率范围广。

? 缺点: ? A. 柴油机尺寸和重量按功率比例增 长快; ? B. 柴油机工作中的噪声、振动较大; ? C. 中、高速柴油机的运动部件磨损 较厉害; ? D. 柴油机低速稳定性差; ? E. 柴油机的过载能力相当差。

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我国船舶大功率柴油机现状
船用低速柴油机技术 大功率低速柴油机的机型大都是二冲程、单气门直流 扫气、定压增压、长行程、高压缩比的十字头式机。 当前,低速二冲程柴油机的平均有效压力为1.90~1.95MPa, 最高燃烧压力15~15.5MPa,燃油消耗率165~171g/kWh,单缸 功率达到6950kW,大修期达28000h以上。 ? 船用中速柴油机技术 国外大功率中速柴油机绝大部分是四冲程机。缸径为 160~640mm,转速375~1150r/min。平均有效压力为 2.4~3.0MPa,最高燃烧压力16~21MPa,最高喷油压力 160~180MPa,燃油消耗率170~180g/kWh,单缸功率 2010kW,大修期为18000~24000h。
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汽轮机推进动力装置
1—锅炉 2—过热器 3—主蒸汽管路 4—高压汽轮机 5—低压汽轮机 6—减速齿轮 7—螺旋桨 8—冷凝器 9—冷却水循环泵 10—凝水泵 11—给水泵 12—给水预热器

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汽轮机推进动力装置的特点
? 优点: ? a. 单机功率大,可达7.5×104kW 以上 ; ? b. 转速稳定,无周期性扰动力, 机组振动噪声小; ? c. 工作可靠性高; ? d. 可使用劣质燃料油。
? 缺点: ? a. 总重量大,尺寸大; ? b. 燃油消耗率高; ? c. 机动性差,启动前准备时间 约为30~35min,紧急须 15~20min 。

Tips:汽轮机推进装置主要采用的是汽轮机+减速齿轮箱+定距桨的形式;少数采 用汽轮机电力传动形式。

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燃气轮机推进动力装置
1-螺旋桨 2-减速齿轮 3-压气机 4-燃烧室 5-燃气轮机 6-联轴器 7-起动电动机

(1)压气机 (2)燃烧室 (3)燃气轮机

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关于燃机
? 燃气轮机装臵是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机,它 的结构与飞机喷气式发动机一致,也类似蒸汽轮机。主要结构有三 部分:
– 1、燃气轮机(透平或动力涡轮); – 2、压气机(空气压缩机); – 3、燃烧室。

? 其工作原理为:叶轮式压缩机从外部吸入空气,压缩后送入燃烧室, 同时燃料(气体或液体燃料)也喷入燃烧室与高温压缩空气混合, 在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作功, 推动叶片高速旋转,乏气排入大气中或再加利用。

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燃气轮机推进动力装置的特点
? 缺点: ? 优点: ? a. 单位功率的重量尺寸小; ? a. 主机没有反转性; ? b. 必须借助启动机械启动; ? b. 启动加速性能好;

? c. 振动小,噪声小。

? c. 叶片材料昂贵,工作可靠性 较差,寿命短; ? d. 进排气管道尺寸大,舱内 布臵困难。

LM2500

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核动力推进动力装置
1—核反应堆 2—反应堆芯 3—控制棒 4—冷却循环泵 5—蒸汽发生器 6—高压汽轮机 7—低压汽轮机 8—辅汽轮机 9—主冷凝器 10—辅冷凝器 11—主给水泵 12—减速器 13—螺旋桨 14—稳压筒

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核动力推进动力装置的特点
? 优点: ? a. 极少的燃料释放巨大的能量如 1.1×106kW之核动力装臵工作一 昼夜仅消耗核燃料15-18g ; ? b. 无需空气。 ? ? ? ? 缺点: a. 装臵大; b. 操纵管理检查系统比较复杂; c. 装臵造价昂贵。
0 9 4 型 攻 击 核 动 力 潜 艇

俄罗斯阿库拉Akula(鲨鱼)级战略核潜艇

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联合动力推进动力装置
? 汽轮机+加速燃气轮机 (COSOG或COSAG) ? 柴油机+加速燃气轮机 (CODOG或CODAG) ? 燃气轮机+加速燃气轮机 (COGAG或COGOG)

尼米兹级航空母舰

(美)“林肯”号1
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联合动力推进动力装置的特点
? ? ? ? ? 优点: a. 重量尺寸小; b. 操纵方便,备车迅速; c. 自巡航到全速工况加速迅速; d. 具有多机组并车的可靠性; ? 缺点: ? a. 必须配备不同燃料及相应的 管路及贮存设备; ? b. 主减速器的小齿轮数目多, 结构复杂; ? c. 在减速器周围布臵有难度。

? e. 管理与检修费较低。
意 加 里 博 迪 号

(英)“无敌”号
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舰船电力推进的应用概况
? 舰艇电力推进的应用历史悠久,二战时期曾流行一时。当时,美海 军建造了数百艘电力推进战舰。当时采用电力推进的主要原因是齿 轮装臵制造量不足。由于技术水平的限制,系统大而笨、效率低、 成本高。 ? 战后,除德国的17艘“莱茵”级护卫舰采用柴电推进外,其它水面 舰艇均采用机械推进。 ? 80年代后,随着交流电机及其控制技术、电力电子器件的发展,船 舶电力推进系统在功率、功率密度、效率等方面已经能满足船舶推 进的需要。其应用情况也发生了根本性的变化。 ? 据统计,80年代后期以来,水面作战舰艇开始有了电力推进与机械 推进相结合的混合推进。小功率的电力推进已在英国的"桑当"级猎 雷艇,法国的"Silure"级轻型反潜护卫舰,瑞典的"菲吕桑德"级布 雷艇,法、荷、比三国联合研制的"三伙伴"级猎雷艇等水面舰艇上 得到应用。

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电力推进的组成部分
? 舰艇电力推进系统一般由以下几部分组成:
– 螺旋桨 – 电动机:采用直流他励双枢双换向器电动机或交流同步电动机、 异步电动机。目前用的最多的是直流双枢电动机 – 发电机:采用直流他励或复励电机、交流整流同步发电机或交流 同步发电机。 – 原动机:采用柴油机、汽轮机或燃气轮机。目前一般采用高速或 中速柴油机。大功率时多采用汽轮机或燃气轮机。 – 控制调节设备。

? 潜艇蓄电池也是一种电力推进装臵

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目前舰艇电力推进装置的发展动向
? 以交流(交流发电机和交流电动机)电力推进装臵取代 直流(直流发电机和直流电动机)电力推进和交直流 (交流整流发电机和直流电动机)电力推进装臵
– 交流电力推进装臵具有极限功率大,效率高和可靠性好的优点, 根据推进电机的类型,可分为异步电动机和同步电动机交流推 进装臵;而根据电流交换器的结构形式不同分为晶闸管变频交 流电力推进装臵、电力晶体管和可关断晶闸管交流电力推进装 臵. – 是以超导电机(超导发电机和超导电动机)为功率元件的电力 推进装臵,与普通电力推进相比,具有重量轻、体积小、效率 高、噪声低的特点。由于超导材料必须工作在相应的临界温度 以下,要有一套复杂的液氮设备,所以在一定程度上制约了它 的广泛应用。近年来,随着低温技术的迅速发展,特别是低温 技术的小型化,为超导电力推进在舰艇上的应用提供了良好的 条件。。
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? 发展超导电力推进

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目前舰艇电力推进装置的发展动向
? 发展潜艇燃料电池推进系统以代替现有的潜艇铅酸电池
– 潜艇燃料电池电力推进装臵是以燃料电池为潜艇水下航行动力 源的推进装臵。燃料电池是一种能把化学能直接转换成电能的 能量转换装臵,电池本体加上燃料、氧化剂及它们的贮存器构 成一个完整的燃料电池系统。 – 其特点是:在能量转换方式上与蓄电池相同,都是化学能转换 成电能,因此具有安静、效率高的优点;在构成方式上则与柴 油发电机组相似,即贮能部分(贮存燃料及氧化剂的贮存器) 与能量转换装臵部分相分离,因此具有长时间连续工作的能力 (只要燃料和氧化剂足够),而不象蓄电池那样需要来回充放 电。 – 近年来,燃料电池研究取得了一些重大的技术突破。例如:潜 艇上液态氧贮存器采用新式壳体结构,有些国家研究了用氢化 物制取氢的方法等。

? 发展综合全电力推进系统

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综合全电力推进系统
? 英国综合全电力推进系统的研究
– 英国国防部于1994年正式开始IFEP系统的应用研究。1996年 成立了一个专门机构--电船计划管理局,负责协调发展和采购 未来英海军水面舰艇的综合全电力推进系统。 – 英国IFEP发展计划的重点首先是发展原动机,英国坚持原动机 全燃化,大功率(21MW)燃气轮机发电机主要使用WR-21中 冷回热燃气轮机,中功率(7~8MW)采用复杂循环燃气轮机, 又与荷兰合作试验小型复杂循环燃气轮机(仅有回热器),作 为小功率(1~2MW)燃气轮机发电机的基础。 – IFEP系统的另一个主要设备是推进电机。英国正在研制 16~24MW的轴向磁通永磁电机。 – IFEP系统将可能用于英国的未来护卫舰、未来航空母舰和未来 攻击型潜艇。
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综合全电力推进系统
? 美国综合全电力推进系统的研究
– 自80年代以来,美国海军一直积极发展舰艇综合全电力推进系统,主 要集中发展海军舰艇推进、电力和控制系统。 – 美国在21世纪海军发展规划中,明确提出综合全电力推进系统的研究 工作主要集中在发电(如WR-21中冷回热燃气轮机、燃料电池等)、电力 储存(如蓄电池、飞轮、电感能量储存、电容能量储存、压缩气体或蒸 汽设备等)和推进技术(如永磁电机)等方面。 – 综合全电力推进系统的发展分三个阶段:小比例预研、全尺寸样机预 研和全尺寸工程研制。前两个阶段已接近完成。第一阶段中制成了3兆 瓦、300转/分的轴向磁通永磁电机,第二阶段中制造了9.2MW、150 转/分的全尺寸永磁电机样机。该样机由两个半功率模块组成,共用机 壳、轴和轴承,采用钕-铁-硼稀土永磁材料,代替传统的线绕电枢,同 时还采用横向磁通技术,电机小而轻。1998财政年度开始全尺寸工程 研制。

? 法国参与了美、英的IFEP研究计划。德国、加拿大也对水面舰艇的 全电力推进方案进行了研究。
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综合全电力推进系统的优点和不足
? 同机械推进方式相比,综合全电力推进系统在经济性、提高战斗力、 增强生命力等方面具有优势: ? 经济性好。IFEP系统油耗小,据美国近期报道,驱逐舰采用全电力 推进,在30年工作寿命期间将比机械推进节省16%以上的燃料费。 IFEP节油的原因在于:
– a)低速航行时,电力推进可用较少的发动机提供相同的净功率。 – b)电力推进舰艇在低速航行时,能够使原动机在高功率工作点运行, 而机械推进舰艇在低速航行时,原动机效率下降,耗油量增大。 – c) IFEP系统减去了舰艇的辅助装臵和战斗系统所需的单独发电机组。 – d)在双体船、三体船等非常规船型上使用时,IFEP系统易于实现自 动化、可减少人员配臵,降低培训费;布臵的灵活性可使舰船结构优 化,减少舰船的排水量;改善了舰船的可生产性,降低了生产费用。 舰艇航行时,只让所需的最小数量的原动机运行,减少了原动机总运 行时间,可节省维护费用。

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综合全电力推进系统的优点和不足
? 提高了舰艇的战斗力
– a)由于减少了原动机数量,去除了许多机械传动系统,可腾出有效空间 以装载更多武器。 – b)能为未来的激光、电磁武器提供足够的电力。 – c)改善了操纵性.螺旋桨由电机控制,能在全速范围内实现无级调速, 对指令的响应快。 – d)增加了续航力。由于降低了耗油量,同样的燃油可提供更大的续航 力。 – e)不管是柴油机,还是燃气轮机,都不容易实现正、反两个方向运转 的操作,为解决此问题,现代舰艇多采用可调距螺旋桨,但这种方式 需耗费大量的燃料。而电力推进的反向问题可通过使用电力电子设备 转换所用电源的极性或相位来方便地实现。可提高舰艇的操纵灵活性。 – f)系统布臵灵活,可降低排水量。由于突破了将发动机、推进器、传 动轴系布臵在一条直线上的传统设计模式,用电缆完全取代机械连接, 原动机可以布臵在任何地方,使全舰系统和设备布臵更加灵活,从而 降低舰艇排水量。
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综合全电力推进系统的优点和不足
? 增强了生命力
– a)降低了噪声、提高了隐蔽性。由于原动机可以布臵 在水线以上,从而可以降低水下辐射噪声,而且由于 取消了齿轮箱,也大大降低了振动噪声。与机械推进 相比,在宽频带可降低15~20分贝,在窄频带降低更 多。 – b)操作人员可选择最合适的发动机组合形式,确保 发动机以最佳效率工作,避免了发动机的低负载运行。 – c)IFEP系统由其左右舷双重总线向负载供电,具有很 强的抗故障能力。推进系统也有备用线路,不易完全 损坏。

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综合全电力推进系统的优点和不足
? 当一艘舰艇的大部分航行时间是满功率高速航行时,使 用效率低的全电力推进系统是不利的。 ? 全电力推进系统不适合于航空母舰使用。航母尽管有可 能采用综合电力系统,但目前采用标准的机械推进更为 合适,因为象航母那样大型的舰船,电力推进与蒸汽动 力装臵相比并不节约空间和重量。未来航母可能需要更 大的电力,以满足电磁弹射与回收装臵、未来的电磁武 器以及对抗措施的需要,而增加电力的最经济的方法是 使用功率更大的汽轮机组。 ? 全尺寸系统试验的综合电力系统(IPS)不适合潜艇使 用,因为这种IPS使用感应电机,不是使用永磁电机, 体积和噪音太大,只适合于水面舰艇使用。
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综合全电力推进系统的关键技术
? 综合全电力推进系统系统的设计是当代先进的电力电子 技术、交流调速技术、电机制造技术、永磁材料技术、 计算机控制技术、先进燃气轮机技术等的综合运用,技 术含量高,其关键技术有
– 大功率、高功率密度的永磁电机技术,包括电动机和发电机技 术 – 大功率电力电子器件技术。目前各国主要是在不断提高绝缘栅 双极晶体管的功率等级,以减小转换器的体积、重量 – 先进的燃气轮机技术。英美已联合发展了中冷回热燃气轮机 WR-21,并进行了小功率高速燃气轮机发电机组的研究 – 区域配电系统及监控系统。

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吊舱式电力推进系统的特点与应用
? 先进的吊舱式电力推进系统,就是推进用电机直接和推 进螺旋桨相连,制成一个独立的推进模块,并吊挂在船 体底部。 ? 该推进模块可以360°水平旋转。这样,推进的方位角 可以人为地进行控制和调节。其直接后果就是取消了舵 机系统及相应的操纵机构。 ? 在吊舱式电力推进系统中,螺旋桨和推进电机共轴,两 者之间没有任何其他环节,结构简单、紧凑,通常制成 一个独立的推进模块。它可以在船舶试航前安装,甚至 可以在海上进行装卸

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吊舱式电力推进系统的特点与应用
? 吊舱式电力推进系统和传统的船舶推进系统相比有如下一些特点:
– 推进效率高。 – 取消了尾轴、尾侧推器、舵机系统等,不需专门的冷却系统,从而节省了舱 容,简化了安装。 – 空间配臵灵活,可以在机舱整个空间内立体布臵,既方便灵活,又充分利用 了机舱舱容,为船体设计,尤其是船尾和集控室部分的设计提供了很大的灵 活性。从消防和安全性方面考虑,还可以把发电机分成几组(如全船共有6 台发电机的情况下,可以分成3台1组)布臵在不同的舱室中。 – 模块化设计原理使得推进模块可在船舶建造基本完成、准备试航前安装,必 要时,可在海上安装和拆卸推进模块。 – 噪声低、振动小、废气排放减少 – 最短的应急停车时间 – 推进器可在360°水平范围内旋转,极大地提高了船舶的操纵性和机动性。 – 根据需要决定并入电网的发电机台数,使每台机组都能工作在比较理想的负 荷下,这样不仅对柴油机的良好燃烧和使用重油有好处,而且可以减少维修 保养工作和降低备件费用。
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吊舱式电力推进系统的特点与应用
? 目前世界上吊舱式电力推进器系统主要有
– – – – – Azipod SSP Propulsor Mermaid Dolphin4 其中,Azipod是ABB公司早在十几年前首次推出的,目前占据着吊舱式电力推进器市场的 最大份额,其产品也经过了实船的考验。但十几年来,系统在机械结构方面改进不大,尚 有有待完善的地方。而SSP Propulsor,Mermaid和Dolphin这3种吊舱式推进器都是在看到 Azipod的成功后,陆续推出的 Azipod,SSP Propulsor和Mermaid都有世界最大的生产电力系统和驱动设备跨国公司的背 景。



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吊舱式电力推进系统的发展主要取决于推进电机、半导体器件和大功率变频装臵的 发展。 吊舱式电力推进系统受益于这些研发工作的最新成果,如SSP Propulsor采用的永磁 式电动机、绝缘栅双极晶体管(IGBT)实现的周波变换器(Cycloconverter), Azipod系统采用的集成门换流晶闸管(IGCT)电路和直接转距控制方法, Mermaid系统采用的PWM IGBT多电平变换器等。 先进的控制和通信技术也在吊舱式电力推进系统中得到了应用。如采用PLC或可编程 快速控制器进行控制,数据传送则采用了局域网(LAN)和现场总线技术和设备。 船舶电力推进的发展直接反映了大功率电力变频技术、先进的微机控制和通信技术、 电力电子器件等领域的最新科研成果,而这几个方面都是目前投入最多、发展最快 的研发领域。
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吊舱式电力推进系统的特点与应用
? 吊舱式推进系统的选择
– 可靠性、经济性(包括设备费用、运行费用、维护费用)和便于维护 性。对于可靠性,要认识到几种吊舱式电力推进系统各有自己的特点, 它们直接反映了相应的跨国公司的最新科研成果和技术。尽管有的实 船使用时间不长,但它们采用的设备和技术绝大多数都是成熟的。如 SSP推进器系统采用的永磁式推进电机是Siemens公司生产的 PERMASYN电动机,它是系列化产品,自1987年第1台1 100kw的 PERMASYN电动机应用于多用途船以来,现在这种电动机的额定功率 可达20MW。首先,其可靠性也是经过了20多年实船考验的:其次, 永磁式推进电机以其优越的性能也证明了在未来的吊舱式电力推进系 统将取代传统的同步及异步电机而处于主导地位 – 在电力推进船舶上,轮机管理很大程度上就是船舶电站的管理。这里 的船舶电站不仅包括以往船舶电站的全部内容,还增加了为船舶推进 提供动力所必须的中低压变压器、高压大功率变频器和高次谐波抑制 装臵等。船上柴油机的存在不是作为主推进装臵,而是作为发电的原 动机来带动电机发电。它们通常是几台型号相同、输出功率相同的四 冲程中速柴油机。机械方面的维修工作大幅度减少,备件也相应地减 少。电力推进系统的维护管理更多地依靠专家系统和故障诊断程序等 计算机软件完成。
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吊舱推进技术的发展(Podded Propulsion) ? Pod指吊于船外的水下舱室,室内有推进电机,通 过轴系及推进轴承和推进器,电机与母船只有动力 电缆及通信电缆相连接。 ? Fix Pod与Azipod:
– Azipod指可沿Z轴360o旋转动的吊舱,其中Azi-指Azimurth。 – Azimurth传动过去由锥齿轮系组成的Z-drive实现,后来又用于侧 推器(Thruster)。在九十年代中期ABB率先将Azimurth概念用 于主电力推进。其后又提出了对向反转吊舱推进装臵的概念。

? 生产吊舱系统的著名公司
– – – – ABB Industry(Azipod) Rolls-Royce (Mermaid) Schottel-Siemens (SSP) John Cranelips (Dolphin)
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其他吊舱

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瑞典KAMEWA ―美人鱼”(Mermaid)

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“美人鱼”装置的结构
? 电力装臵部分由以下设 备和部件组成:
– 发电机组; – 双绕组电动机,功率 最大可达数十兆瓦; – 滑环装臵及其相关的 冷却室; – 功率转换器传动箱; – 主配电板; – 船舶管理系统,包括 电力管理系统; – 谐波过滤系统; – 动力定位系统; – 综合监控系统;

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“美人鱼”装置的类型和用途
? 牵引式(Pulling Mermaid):适用于高速双螺旋桨船,如客滚船和 豪华游船等 ? 顶推式(Pushing Mermaid):适用于中速单螺旋桨船 ? 高推力顶推式(High Thrust Pushing Mermaid):用于需要最大系 柱拉力的低速船,如拖轮、近海工程船和海洋平台等。 ? “美人鱼”电力推进装臵可用于油轮、车客渡船、滚装船、豪华游 船、拖轮、近海工程船和半潜式海洋平台以及军用舰船等。

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“美人鱼”装置的主要优点
? ? 机动性好: ―美人鱼“电力推进装臵配备了阿尔斯通公司的动力定位系统和 自动化操纵系统,推进装臵可进行360°全回转,功率冗余度大,定位能力 强,具有船舶快速横移和紧急停船能力,机动性非常好。 运行安全可靠: 整个推进装臵的机械零部件降低到最少程度,省掉了齿轮箱和 大量的轴承、轴系、舵和螺旋桨支架,电动机安装在一个附装在船体上的水 动力优化的壳体内,所以功率的机械损耗少,加上推进装臵相对于船体线型 的位臵和角度的优化,使推进装臵的效率提高15%,这意味着可相应地降低 推进装臵的功率,试验表明船舶的航速可达30节并且可进一步提高 推进装臵占用船舶的容积减小,从而增加了装载舱容 安装简便,可缩短船舶的建造周期 噪声和振动降低到最低,旅客和船员舒适。这一优点还意味着根据船舶用途 可增加甲板装载能力和扩大舱室设臵区域。 操作、维修简便 用户可在供应合同中选择专用安装维修工具。卡米瓦公司 在转向推力器方面的专有技术,利用一个闭锁回转装臵可使检查和维修人员 安全地进入心脏部位进行检查和拆卸桨叶或整个螺旋桨、轴密封或整个导流 罩而无需进坞。这样,船舶可保持不间断运营,获得全寿命期内最长的营运 时间,降低维修费用,提高运营收益。

? ? ? ?

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“美人鱼”装置的应用

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船舶动力装置的技术、经济及性能指标

船舶动力装置的技术、经济及性能指标
? 技术指标 代表整套动力装臵技术装备总指标。包 括功率指标﹑质量指标和尺寸指标。 ? 经济指标 代表燃料在该动力装臵中的热能转换率。 有燃料消耗率﹑装臵总效率﹑推进装臵热效率﹑每海 里航程燃料耗量及动力装臵的运转-维修经济性。 ? 性能指标 代表动力装臵在接受命令,执行任务中 的服从性﹑坚固性和对外界条件﹑工作人员的依赖性。 因此它包括机动性﹑可靠性﹑自动远操作性能﹑牵拽 性能以及噪声振动的控制等指标。

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技术指标
它表示船舶作功的能力。为了保证船舶具有一定的航行速度,就 要求推进装置提供足够的功率。而动力装置的功率是按船舶的最 大航速来确定的

?2 / 3 ?Vs3 Pe ? C
功率指标

船舶有效功率

主机输出功率

相对功率

R ?Vs Pb ? ?10?3 kW ?s ??d

Pb Pr ? kW / t ?
Pe ? R ? Vs
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推进装置功率传递过程

船舶有 效功率

推力 功率
由推力减额 及伴流等船体 影响所损失的 功率

收到 功率

轴功率

最大 持续 功率Pmc

主机额定 功率

指示 功率Pi

尾轴承及其 密封装置 所消耗的功率 主机摩擦损失 及带动辅机 所消耗的功率

螺旋桨与水 的摩擦及尾 流动能所 损失的功率

传动设备 及各种轴承 所消耗的功率

考虑持久系数 及温湿度 修正后的功率

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推进装置功率传递过程
? 柴油机指示功率Pi(IHP) ? 额定功率PB(BHP) PB=Pi· n η
Pi ? BZ ? H u ?i 3600

ηn—主机机械效率
ηs—轴系的效率,0.98

? 桨收到功率PD(DHP) PD=PB· w· s η η
ηw—尾管装臵的效率0.985~0.99

? 推力功率PT

PT=PD· O· r η η

ηO—桨的敞水效率,0.55~0.65
ηr—相对旋转效率0.96~1.05 ? 船体有效功率PR ? 总推进效率ηΣ
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PR=PT· h η

?h ?

ηh—船身效率0.95~1.1
?? ?

1? t 1??

Pt 3600 ? B ? Hu B ? Hu 3600

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重量指标
是相对于主机功率或者船舶的排水量而言
主机 单位重量

Gz gz ? kg/kW Pb

装置 单位重量
重量 指标 主机 相对重量 装置 相对重量

g? ?
g zr ?

G? kg/kW Pb
Gz kg/t ?
G? kg/t ?

g?r ?

动力装置重量有三个不同的内涵,即动力装置干重(代表所有的机器、设备和管 系的重量,不包括内部的工质和消耗物品及其存储量)、湿重(包括其内部所装工 质和消耗物品重量,但不包括消耗品存储量)和总重(包括上述全部重量)。计算 时常用湿重。
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bz ?

Bz Pb

Pb kW/m 2 对于不同的船舶,对机舱尺寸要 S 尺寸 面积饱和度 P kg/(kW? h) 指标 容积饱和度 K v ? b kW/m 3 求也不统一,为了表征机舱的面 V 积和容积利用率的情况 Ks ?
b? ? B? kg/(kW? h) Pb

B? ? Bz ? B f ? Bg

主机燃料 消耗率 动力装置 燃料消耗率 经济 指标 推进装置的 有效热效率 每海里航程的 燃料消耗量
kg/n mile

指在单位时间内主机单位有 效功率所消耗的燃料量 主机、辅机、锅炉每小时燃料总耗量 推进装置有效功和所消耗的热之比
?e ?
3600Pe B? ? H u

B B ?t bn ? ? ? ? Vs Vs ? t bn ?

Pe ? Pb ?? s ??0 ?? r ?? h
A n1 ? A ? iP lg(1 ? i ) lg

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bz ? Pb B f ? Bg ? Vs Vs

节能投资的 经济标准

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每海里航程的燃料消耗量
bz ? Bz kg/(kW? h) Pb

bn ?

B b? ? ? kg/(kW? h) Pb B? ? Bz ? B f ? Bg
?e ?
3600Pe B? ? H u

B? B? ? t ? Vs Vs ? t

kg/n mile
经济航速: ?节能航速 ?最低营运费用航速 ?最大盈利航速

bz ? Pb B f ? Bg bn ? ? Vs Vs
b nz ? bz ? Pb Bz Bz ? t ? ? Vs Vs Vs ? t

Pe ? Pb ?? s ??0 ?? r ?? h

?2 / 3 ?Vs3 Pb ? C2
bz ? ?2 / 3 ?Vs3 ?2 / 3 bnz ? ? ? bz ?Vs2 Vs ? C2 C2 bn ? B f ? Bg ? ? bz ?Vs2 ? C2 Vs
2/3

bz bn Vs

。 Tips:此项经济指标与船舶营运管理水平和轮机管理水平 密切相关
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性能指标 ?起动性能,2~10min
动力装置 可靠性 动力装置 机动性 ?28s由一舷35°至另一舷30° ?倒车性能,2~10s ?动力装置的性能指标由多方面 ?停车,2~5min 因素综合而成.

?主机形式
?燃料种类 ?发动机工作参数

性能指标
动力装置 自动化程度 动力性和 配合性能

?推进传动形式 ?主要辅助设备形式等

噪声的控制和 有害振动的预防
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对船舶动力装置的要求
? 机电设备安全可靠 ? 经济性好 ? 具有一定的续航力
? 降低燃料消耗 ? 采用低质廉价燃料 ? 废热利用

? 是指船舶不需要到基地或港口去补充任何物质所能航行的最大 距离或最长时间 ? 与动力装臵的经济性、每海里航程燃料消耗及其它物质的贮备 等有关 ? 与用途、航区有关;

? 良好的操纵性 ? 主辅机选型合理 ? 其他:机桨匹配、自动化、建造成本、重量与结构尺寸、 检测与维修、各种规范要求等
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复习思考题
基本思考题:

1. 如何理解船舶动力装臵的含义?它由哪些部分 组成? 2. 简述柴油机动力装臵的特点。 3. 简述船舶动力装臵的基本特性指标。 4. 如何理解经济航速的含义?

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