现代船舶电力推动系统的发展

吊舱式电力推进系统
吊舱式电力推进系统是当今备受推崇的一种推进方式。它是一种全方位转 动的装置，电动机位于吊舱内， 直接驱动螺旋桨。该系统的操纵性能和推 进效率非常好，而且由于不需要轴系、舵及助推器，节省了大量 的空间， 减轻了自身重量，降低了噪声和振动，机动性能更佳，安装也更方便。
在民用船舶推广电力推进过程中，促进了吊舱式推进模块的发展。这是一 种特殊的推进模块，尽管它的体 积不大，却能够代替完整的传统轴系。吊 舱式推进的主要优点如下：①吊舱可以 360°转动，向各个方向发 出推力， 为舰船提供了更快、更安全的机动性能。舰船可以在各种气候和紧急条件 下实施机动，大约可减 少 20％的反应时间，舰船制动的距离更短。②节省 燃料，极大减少废气排放。③降低了振动和噪声。④维 修工作量小。⑤推 进装置可在舰船建造后期进行安装，不会与其他建造工序发生冲突。⑥可 采用对转螺旋 桨等推进技术，改善空泡性能和提高效率。因此，吊舱式电 力推进对舰船技术的发展具有重要意义，它将 是未来舰船的主要推进方式 之一。近年来，由于一些大型船舶的需要，吊舱式电力推进装置的功率已 经达 到几万千瓦，技术也日趋成熟。
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 船的纵轴方向的劳伦磁力， 并由向船尾运动的海水喷射而获得推力。
美国于 1980 年完成了 300 kW 的电磁推进船海上试验， 并制造了 2250 kW 的样机。 日本于 1985 年成立了“超 导电磁推进开发委员 会”，开始从事超导电磁推进船的开发工作。1992 年，世界上第一 艘载人超导电磁推 进船“大和一号”在日本神户港正式试航成功， 标志着超导电磁推进技术进入实用阶段。
Hale Waihona Puke Baidu
电力推进系统的优点
提 高了船舶的操纵性。柴油机推进的船舶操纵通过改变 柴油机转速以改变船舶速度，改变舵角以改变航 向。电 力推进的螺旋桨转速通过驱动控制器改变推进电机转速 实现，吊舱单元在动力定位系统的控制下， 可以绕竖直 轴作 360°的转动，吊舱单元的方向决定了螺旋桨的推进 方向，船舶倒航只需让吊舱旋转 180°即 可。相比而言， 螺旋桨转速的改变更迅速，船舶转向过程中不但只由装 船力矩作用，取消了最大舵角的限 制，船舶的航速与船 舶的航向都得到了更好的控制，船舶的操纵性能得到提 高。
电力推进系统的优点
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。一般情况， 柴油机运 行于 80％～90％标定转速作为长期运转转速，即所谓的 降速运行。当柴油机处于低速低负荷或高 速高负荷，尤 其是低速低负荷工况下，由于机械效率低，燃油效率高， 柴油机的经济性严重降低。
电力推进系统的优点
潜艇燃料电池电力推进装置
潜艇燃料电池电力推进装置是以燃料电池为潜艇水下航 行动力源的推进装置。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置，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)与能量转换装置部分相分 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)，而不像蓄电 池那样需要来回充放电。各国 曾主要研究过两种潜艇用 燃料电池：氢-氧电池和肼-过氧化氢电池。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。
现代船舶电力推动系统的发展
引言
船舶电力推进系统已有近百年历史，但是由于受各种因素制约，发展 缓慢，且大多数只应用在特种船舶上。 从 20 世纪 80 年代起，供电系 统、推进电机和微电子及信息技术的迅猛发展，使船舶电力推进装置打 破了 长期徘徊局面，得到了大力的发展。电力推进系统基本由机械原 动机(柴油机、燃气轮机或核动力)构成， 用以驱动交流发电机，发电机 再为推进电动机提供动力。电动机可能是直流、交流同步电动机或交流 感应 电动机。同传统的机械推进方式相比，采用电力推进系统的船舶 在经济性、振动噪声、船舶操纵、布置和 安全可靠性等方面具有明显 优点。船舶综合全电力推进系统包括：发电、输电、配电、变电、拖动、 推进、 储能、监控和电力管理，是现行船舶平台的电力和动力两大系 统发展的综合；它不是电力推进加自动电站 的简单组合，而是从概念 到方案、组成、配置、技术等均发生重大变化，给未来的船舶带来一场 革命。
电力推进系统的优点
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。而电力推进的电动机通常和螺旋桨靠得很近， 省去了传动轴系，相应的节省了空间；发电 设备可以根 据全船的配置合理安排，不受推进电动机和螺旋桨的限 制。可以在机舱整个空间内立体布置， 既方便灵活，又 充分利用了机舱舱容。如果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 3 台一组)布置在不同的舱室中。
船舶电力推进装置的组成
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。如图1
船舶电力推进系统的方案分类
永磁电机技术 超导电磁推进技术 潜艇燃料电池电力推进装置 吊舱式电力推进系统
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，10～30 MW 额定 功率的永磁电动机的设计仍面临极大的困 难。