船舶动力装置发展的新趋势

船舶动力装置发展的新趋势

【摘要】随着世界的经济发展，贸易往来和人员交流日益密切，船舶运输得到了快速的发展，人们对船舶的要求也越来越高，要求船舶动力大、稳定高效、节能环保等。船舶动力装置是船舶的核心部件，其性能直接决定船舶的整体性能，在现代船舶技术的推动下，船舶动力装置推陈出新，一大批新型动力装置得到应用，本文主要研究常规动力系统的船舶动力装置，通过分析现状、比较优缺点、探讨船舶动力装置发展的未来趋势。

【关键词】船舶；动力装置；柴油机动力装置；混合动力装置

船舶动力经历了蒸汽动力、内燃动力、燃气动力、核动力以及混合动力几种具有代表性的动力类型。主要是通过直接传动或者间接传动的形式为船舶提供源源不断的动力，满足船舶各种动力以及生产生活需要。然而受到经济大环境、技术进步、社会发展趋势等因素的影响，船舶动力装置也发展迅猛。本文主要分析船舶常规动力装置的技术发展变化及趋势，重点分析了几种新型动力装置的应用情况和发展趋势。

一、柴油机动力装置发展

1.柴油机动力装置现状分析

柴油机是一种启动速度快、运转性能好、安全性能高、效率高以及技术成熟的内燃机。从上个世纪六十年代取代蒸汽机以及蒸汽轮机之后，一直是应用最广泛的船舶动力。柴油机动力驱动主要分为柴油机直接驱动和柴油机齿轮传动。目前在以柴油机为动力的船舶占世界船舶95%以上，并且柴油机还是其他船舶动力装置的重要设备和组成部分[1]。世界范围内，柴油机两大巨头MAN公司和瓦锡兰公司占据了大部分市场份额，随着技术的引进学习以及自主研发能力的提高，我国柴油机也有了较快的发展。

2.柴油机动力置发展趋势

随着技术的成熟，柴油机的技术已经达到较高水平，未来将朝高出功率、高可靠性、低排放量以及低污染发展。并且随着电子技术的应用，柴油机工作也将走向智能化。特别是世界大环境的影响，低排放、节能环保已经成为了动力装置发展的必然趋势。

（1）柴油机推进装置整体供货方式被广泛接受

船舶动力装置是一个整体性的系统，除了柴油机本身，还应包括联轴节、齿轮箱、螺旋桨、控制设备等，只有它们之间的密切配合才能发挥柴油机的最大功效，这就类似组装一台电脑，全部选择高性能的设备，但是由于设备与设备之间存在磨合和适应的问题，很容易造成高性能低效果。所以在柴油机的设计时，应

采用整体设计的选择，成套的供货方式不仅有利于船舶本身，也有利于提高船厂的经济效益。

（2）电子技术在柴油机中广泛的使用

柴油机的经历了一百年的发展，特别是电子技术的应用大大提高其使用效果，将繁琐的操作过程变得更加的简单，也能提高对柴油机的控制和维护。例如RT-flex“智能型”柴油机，采用脉动型高效喷油泵，经过电子控制的喷油调节单元，可以将油送到每缸可以单独控制的喷油阀，其设备的电子控制及检测设备，能实现随时检测机器的运行状态，调节各参数，做到精准控制，大大提高了使用效率，使柴油机达到最佳的运行状态。

二、燃气轮机动力装置发展

燃气轮机动力装置具有重量轻、功率大、动力响应好等优点，但是与柴油机相比，燃气轮机也有许多的不足之处，比如，燃油经济性差、燃油高、还要使用高质高价的蒸馏油，导致其推广受到严重的阻碍。

2000年，大西洋船厂设计建造了一台，燃气轮机与蒸汽机联合装置（GOGES）联合动力装置，航速可达24节，推进功率2×19500KW，使其整体性能得到大幅提升，另外它具有加速性能好、可靠性高以及较低的NOX排放量，克服了油耗高的缺陷，是高速船的理想选择，在高速船中得到广泛的推广与应用。

三、电力推进装置发展

1.船舶电力推进装置

电力推进装置主要由以下几个部分组成：原动机、发电机、电动机、推进器以及控制设备等组成。根据推进器的不同，分为常规轴桨推进（如图1所示）以及全回转推进器。相比柴油推进装备，其具有较好的经济性、良好的操纵性、空间小、噪音低以及节能环保等优点，海洋工程船中，低航速以及低负荷的工作环境下，相同的推进功率下，电力推进要比柴油推进省大约10%的油[2]。

2.电力推进装置发展趋势

随着技术的不断进步，交流变频技术在船舶动力系统中得到了广泛的推广和应用，这大大优化了电力推进系统。使其布局更简单，工作效率更高以及自动控制和维护简单。另一个大趋势是船舶电力系统和船舶电力推进系统在科学合理和整合的情况下，实现一体化供电。这样能把动力机械能转换成电能，使电力推进装置拥有稳定的电力供应，保证其正常运转。

四、混合动力装置发展

混合动力装置是一种新型的船舶动力装置，它主要分为机械推进、电力推进

以及混合动力推进。随着技术的成熟和推广使用，商用船舶也逐渐采用了这种新型的动力装置，混合动力装置最早是柴油动力装置，在常规柴油机的基础上，增加了轴带发电机和可调桨设备，这保证了主机出现问题，轴带发电机还能够低速航行，该系统现在普遍应用于集装箱以及多用途船舶中，大大提高动力装置的可靠性。现在工况工程船上一般采用最先进的混合动力装置，其主要特点是既可以由柴油机推进，也可以由柴-电推进提供动力。

在混合动力装置中一个重要的环节是机-桨的配合，即充分发挥柴油机功率、齿轮箱减速比、发电机组功率以及螺旋桨之间的关系[3]。在功率-转速特性图上调节相应的特征曲线，找到最佳的平衡点位置，从而达到最佳组合。其中主柴油机和发电机的功率储备是影响船舶性能的重要因素，其功率储备分为海况储备和柴油机、发电机功率储备。海况储备计算公式为：

其中：SM为海况储备功率百分比；Pemax主机最大功率；Pec同航速、同载重下要求新主机功率。主柴油机、发电机工功率储备计算公式为：

其中：EM是主柴油机功率储备百分比；PeMCR是最大持续功率；Pec是主机持续功率。由于混合动力装置具有高可靠性和经济适用性，所以在未来商用船舶中具有较大的发展空间，现阶段提倡节能环保，必将推动船舶动力的新能源的使用。通过混合动力推进，一方面保证了船舶动力的可靠供给，另一方面，更增加了船舶的节能减排目标。

五、特种推进装置应用与发展

特种推进装置主要应用与一些特种船舶，随着海洋开发的速度不断加快，需要具有特殊功能的海洋工程船、勘探船以及高速客滚船。为了满足其特种船的操纵性能而进行特殊改造。这些设备的推广使用，也推动了船舶动力装置的发展和进步。

1.动力装置加可调桨推进系统

动力装置加装可调桨推进系统，能够提高装置的节能性以及可操作性。在国外中速柴油机已经推广使用了可调桨推进系统，一些大型的船舶使用的低速柴油机也开始尝试在柴油发动机装置可调桨。它能充分配合机桨操作，发挥主机功率，达到节能减排的目的。在发展趋势中，可调桨装置也将朝着大功率方向发展。

2.大功率喷水推进系统的发展

随着现代客船朝大型化，高速化的趋势发展，加速了喷水推进系统发展，对船舶的速度越来越快，对于喷水推进系统的需求也将不断增加，对于喷水系统的要求也越来越高。如意大利MDV300木星型高速渡船，145m长，可载客1800名、汽车460辆，航速达到40n。由两台22000kW燃气轮机驱动两套喷水推进装置。随其发展的大趋势是，高功率、高效率的方向发展，并且随着动力装置的一体化系统发展，更加注重相互的配合，喷水系统也将不断的改进和优化，以满