船舶动力系统发展史

船舶动力系统发展史

工业与市场

世界船舶动力系统的

发展趋势与竞争格局

曹惠芬

由船舶主机(柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机等)、传动系统(轴系、齿轮箱、联轴节、离合器等)和推进器(螺旋桨、全向推进器、侧向推进器等)组成的船舶动力系统，是船舶上最主要和最重要的设备，平均来说，其价值约占全船设备总成本的35%，约占总船价的20%。加之，其具有军民通用性和船陆通用性，世界主要造船国家都高度重视并优先发展船舶动力系统。本文试对世界船舶动力系统的技术发展趋势和产业竞争格局做一概括分析，以期对我国船舶动力系统发展提供参考。

刘贵浙

目前，蒸汽轮机推进系统主要是在LNG船和核动力军船上应用。在现有LNG船队中蒸汽轮机推进装置仍占主导地位，艘数占比达83%、舱容占比达76%。LNG船使用蒸汽轮机推进有其

液化特殊的原因:在LNG船上，气装在隔热舱中运输，仍不可避

免地有部分液化气蒸发，而将这部分天然气重新液化的费用很

安全的方式是高，因此，较经济、

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用作锅炉燃料，由锅炉产生的高压蒸汽推进汽轮机。值得注意的是，由于蒸气轮机推进系统自身的不足和其他类型推进系统的竞争，在近年完工交付的LNG船中已出现了新型双燃料柴-电推进装置和低速柴油机作动力，特别是在LNG船手持订

单中，采用蒸汽轮机作动力的LNG船艘数占比仅为29%、舱容占比仅为25%;而采用低速柴油机作动力装置的LNG船艘数占比为17%、容积占比为24%，采用双燃料柴-电推进装置的LNG船艘数占比达到54%、容积占比达到50%。预计未来蒸气轮机推进系

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轮机、柴油机所取代。目前，世界上各类船舶的动力系统主要有以下四种推进方式:

—1.蒸汽轮机推进系统——

取代往复式蒸汽机，又被柴油机所取代，目前主要在LNG船和核动力军船上应用

蒸汽轮机，又称汽轮机、蒸汽透平发动机或蒸汽涡轮发动机，是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械。由于其热效率和功率重量比比往复式蒸汽机有很大改进，发明后逐渐在军船和商船上取代了往复式蒸汽机。20世纪上半叶横跨大西洋往返于欧洲和北美的高速定期班轮多是采用蒸汽轮机作动力。20世纪60年代后，蒸汽轮机又逐渐被热效率更高的柴油机所取代。蒸汽轮机推进系统，主要由蒸汽轮机、主锅炉、凝汽器、齿轮减速器、联轴节、齿轮箱、轴系、螺旋桨等设备组成，其特点是单机功率大，工作可靠，振动和噪声小，———————————————————————————————————————————————维修费用低，可燃用廉价劣质燃料，但是，其热效率较柴油机装置低，且设备多。

一、技术发展趋势

船舶在经历了漫长的以人力、风力作为航行动力的阶段后，直到200年前才进入以机械能作为航行动力的阶段。船舶的机械推进随着蒸汽机、蒸汽轮机、柴油

机、燃气轮机的发明及实船应用，先后出现了由多种原动机做动力的推进方式。蒸汽机在19世纪初至20世纪初是世界航运船舶最重要的原动机，之后，逐渐被蒸汽2010(6?船舶物资与市场

工业与市场

统的应用领域将逐渐变小。作为蒸汽轮机推进系统的主要设备———锅炉的技术发展趋势是:在保证安全可靠运行的基础上，减轻设备的质量、提高经济性;在不断增加蒸汽产量的同时，

因此，锅提高蒸汽的压力和温度。

炉的型式日益改进，近年来强制循环锅炉和蒸汽燃气联合装置中的增压锅炉已得到应用。蒸汽轮机的技术发展趋势是:不断增强可靠性、机动性，提高操纵性，简化设备。

——全2.柴油机推进系统—面取代往复式蒸汽机和蒸汽轮

机，成为最主要的船舶动力，目前在各型船舶上应用

活塞往复式柴油机，是热效率最高的一种热机，具有启动迅速、部分负荷运转性能好、安全可靠、功率范围大、效率高、技术成熟等优点，而且柴油具有能量密度高、成本低、安全性好和便携性等优点。———————————————————————————————————————————————船舶主机和船舶电站多采用柴油机。自上世纪60年代起，柴油机全面取代往复式蒸汽机和蒸汽轮机，成为最主要的船舶动力。根据二冲程柴油机和四冲程柴油机做主机不同，柴油机动力系统又分为柴油机直接驱动和柴油机齿轮传动。柴油机直接驱动就是由二冲程柴油机直接驱动螺旋桨的推进方式，它主要由低速柴油机、轴系和螺旋桨组成，主要应用在大中型远洋运输船舶上。柴油机齿轮传动就是由四冲程柴油机经过齿轮箱降速，再驱

动轴系和螺旋桨的推进形式，它主要由中速柴油机(单机驱动或多机驱动)、齿轮箱、轴系和螺旋桨(可调距螺旋桨)组成，主要应用在中小型货船、客船、滚装船、豪华游船、海洋工程辅助船和军船上。目前以柴油机为动力的船舶占世界商船队的95%以上，其中，柴油机直接驱动占55%，柴柴油机齿轮传动占39%。此外，

油机还是船舶燃气轮机推进系统和电力推进系统的主要设备。

作为柴油机推进系统的主要设备，低速柴油机和中速柴油机的技术发展趋势是:单机、单缸功率越来越大;不断降低排放和烟度，提高环保性能;优化产品性能，提高主机经济性;用智能型主机替代传统型主机，提高综合经济效益等。

——3.燃气轮机推进系统—上世纪50年代开始在商船上作主机，但从未得到

大规模应用，目前主要在军船上使用

燃气轮机，又称燃气透平发

动机或燃气涡轮发动机，与蒸汽轮机、水轮机、风力发电机同属于透平机械，其优点是单位重量和尺寸小、单机功率大、机动性能高、———————————————————————————————————————————————低

缺点是经济性差、进排NOx排放，

气管道大、机舱布置困难、低负荷

运转性能差。上世纪50年代燃气轮机开始在商船上应用，但从未得到大规模

应用。燃气轮机推进系齿轮箱、轴系统，主要由燃气轮机、和螺旋桨等组成。目前，燃气轮机主要在军船上使用，且舰用燃气轮

机系列已发展完善并定型，(20000Hp)左右或以上14700kW

的大功率舰用燃气轮机已发展成熟。随着燃气轮机使用范围的扩大，使用方式由一轴一机扩展到一轴多机，包括蒸汽轮机和燃气轮机联合装置、柴油机和燃气轮机联合装置、柴油机和燃气轮机交替使用装置、燃气轮机和燃气轮机联合使用装置