现代船舶电力推进系统的发展

《现代船舶电力推进系统的发展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、现代船舶电力推进系统的发展0640304215亢晓勇摘要：本文研究了各种船舶电力推进系统，从船舶电力推进装置的组成，电力推进系统的方案分类，与传统的推进方式相比电力推进系统有哪些优点，以及普及电力系统需要研发的关键技术四个方面，全面总结了现代船舶电力推进系统的现状以及将来的发展趋势。关键词：船舶电力推进；磁流体推进；永磁电动机；变频器一、引言一直以来，船舶推进方式是船舶科技工作者们研究的一个重要领域。传统的船舶推进方式是利用原动机直接推进。而船舶电力推进则是一种由原动机带动发电机发电，经变频器把满足要求的电流送到推进电动机，从而驱动螺旋桨的推进方式。它具有体积

2、重量小、布置灵活、安全可靠性好、自动化程度高、环保效果好等特点，深受各国造船业的青睐。事实上，早在20世纪初，船舶电力推进已开始用于潜艇和救难舰等特种船舶，但由于受保养不易、推进力不足等因素的限制发展缓慢。自20世纪80年代以来，随着电力半导体技术、交流调速理论和微机控制技术的迅速发展，船舶电力推进系统在机动性、可靠性、运行效率和推进功率等方面都有了突破性的进展。本文在研究了各种不同的船舶电力推进系统的控制方案的基础上，从动力源、推进器和关键技术三个方面详细介绍了现代船舶电力推进系统的发展状况及未来的发展趋势。二、船舶电力推进装置的组成船舶电力推进装置一般是指

3、采用电动机械带动螺旋桨来推动船舶运动的装置。采用电力推进装置的船舶称为电力推进船舶或电动船。常用船舶电力推进装置一般由下述几部分组成：原动机、发电机、电动机、螺旋桨以及控制调节设备。由于螺旋桨所需功率很大（一般为几百kw至几千kw），推进电动机不能由一般船舶电网供电，必须设置单独发电机或其他大功率的电源；另一方面，由于功率相差悬殊，船舶的一般电能用户（如辅机、照明等），也不能由推进电站供电。因此，电力推进船舶一般总是有两个独立的电站—电力推进电站和辅机电站。电力推进用的原动机可以采用柴油机、汽轮机或燃气轮机。目前一般采用高速或中高速柴油机，大功率是多用汽轮机或

4、燃气轮机。发电机可以采用直流他激、差复激电机或交流同步发电机。电动机可以采用直流他激电动机或交流同步电动机、异步电动机、同步-异步电动机等。船舶推进器一般都采用螺旋桨，因为其效率高，尺寸较小。三、电力推进系统的方案分类在船舶电力推进系统中，根据不同的设计需求或者性能要求，采用的推进器也有所不同，主要有轴桨推进、管道式推进、方位角推进、吊舱式推进、永磁式电机技术、超导电磁推进技术。3-1轴桨推进一般应用在穿梭油轮等船舶中，它是采用水平的变速电机齿轮箱直接驱动螺旋桨。管道式推进结构一般有两种，即马达垂直安装并通过L型齿轮传动和马达水平安装并通过Z型齿轮传动。3-2

5、管道式推进的推进方式分为变速恒螺距推进和恒速变螺距推进。3-3方位角推进则是利用旋转机构在任何方向上产生推进输出。在方位角推进系统中，马达一般也是垂直安装来驱动L型齿轮传动，通常采用变速马达来驱动固定螺距螺旋桨方式。目前，在船舶电力推进系统中，应用最为广泛的推进器是吊舱式推进器。3-4吊舱式电力推进装置的结构是将电机放在一个吊舱内，定距螺旋桨直接连接在电机轴上汉阳科技版权所有，可360度旋转，在任何方向上产生推力，不需要舵和侧推器。整个吊舱位于船体外侧浸泡在海水中直接向外散热，从而整个推进器不需要额外冷却。这种设计有利于减轻船体自身重量、节省空间，并且能够降低

6、噪声和振动，使得机动性能更加良好，同时，还为推进器的制造、维护和检修提供了方便。目前，吊舱式推进装置的推进功率在1MW～20MW之间。3-5永磁电机技术：现代永磁电机采用稀土材料励磁，不仅使电机尺寸大大减小，重量减轻，而且使之维护方便，运行可靠，效率提高。与同容量的异步电动机相比，永磁电机效率提高了4％～13％，功率因子提高了5％～20％。但由于转子磁场强度受到当前永磁材料的限制，10～30MW额定功率的永磁电动机的设计仍面临极大的困难。3-6超导电磁推进技术：超导电磁推进技术是利用安装在船上的超导线圈产生的磁场与通过海水的电流之间的作用，产生一个沿着船的纵轴

7、方向的劳伦磁力，并由向船尾运动的海水喷射而获得推力。随着船舶向快速化和大功率化的方向发展，上述几种推进器的使用将会受到限制，这就要求我们开发新的适合大功率要求的高效的推进器。喷水推进和磁流体推进是目前被电力推进领域认为最理想的提高功率的推进方式。四、电力推进系统的优点4-1空间配置灵活。大型船舶的柴油机几乎是毫无例外安装在船尾的下部空间，同时需要一根较长的传动轴系连接螺旋桨。4-2节省燃油，提高经济性。柴油机的推进特性是：转速升高，机械效率逐步增加，指示油耗率先是逐步降低，但当转速升高到较高转速时，由于机械效率增加很少，有效油耗率会随转速的升高而降低。4-3提

8、高了船舶的操纵性。柴油机推进的船舶操纵