新型船舶动力装置基本情况和发展趋势

新型船舶动力装置基本情况和发展趋势

船舶动力装置是船舶的核心设备，船舶动力装置只有正常运行，才能够为船舶的正常运行以及船员的日常生活提供保障。船舶动力装置由主动力装置、辅助动力装置和辅机及其设备共同组成,三大部分的相互协调共同为船舶提供源源不断的动力。在船舶动力装置中,主动力装置是提供推进动力的装置,其主要有蒸汽轮机、柴油机、燃气轮机、电动机和混合动力机几种主要类型，但新型船舶动力装置包括燃气轮机推进，喷水推进，吊舱推进，表面浆推进，超导磁推进，AIP 系统等。

一、柴油机动力装置

柴油机动力装置是以柴油为燃料的内燃机,其优点在于启动速度快、运行状态可靠和功率大等。柴油机动力装置是目前应用最为普遍的船舶动力装置,因此其技术成熟度也相对更高。柴油机动力装置在上世纪60年代开始全面取代了蒸汽轮机,成为最主流的船舶动力装置。柴油机动力装置分为四冲程柴油机和两冲程柴油机,其中二冲程柴油机的特点是转速相对较低，可以直接驱动螺旋机进行工作,主要应用于大中型远洋运输船舶上。而四冲程柴油机转速较高，一般主要应用于小型运输船、客船、军舰和豪华游艇上。

二、燃气轮机动力装置

燃气轮机动力装置是以油气作为燃料的动力装置，燃气轮机动力装置其突出的特点在于装置体积较少、重量轻、加速性能强,且燃气轮机动力装置运行过程中所产生的污染物远远少于柴油机动力装置。但是,燃气轮机动力装置也存在着较多的缺点和不足，如燃气轮机的燃料一一蒸馏油价格非常昂贵、燃气轮机油耗较高、经济性不高等,因此很难在船舶当中得到普及。目前,只有少部分的高速客船和军用舰艇上配备了燃气轮机动力装置。

三、电力推进装置

顾名思义是以电动机做功来推动船舶运行的动力装置，当前在船舶动力装置中被广泛使用的推进装置主要由电动机、原动机、变频器还有就是推进变压器以及控制调节器等构成。对于操纵性能要求不是特别高的船舰来说，经常使用的轴桨推进装置如可调桨以及定距桨等，对于操作性能要求相对高一点的船舶来说，通常采用的全回转推进器。电力推进装置工艺较柴油机动力装置要更为复杂, 但具有更好的经济性以及操纵空间，较为适合于多工况特种船舶。目前多数的电力推进装置还需要配备柴油机或者燃气轮机产生电力能源,为电动机提供能源。其主要优势在于:

(1) 船上大型机械设备布置更灵活、有效空间更多、费用降低

(2) 电动机由电网供电，增加了系统的可靠性，提高了生命力

(3) 减少了维护的工作量;

(4) 可以采用中高速不逆转原动机，以减少设备的体积和重量

(5) 可以采用低速电动机直接与推进轴连接，省去机械的减速齿轮

(6) 操纵灵活，机动性能好

(7) 易于获得理想的拖动特性

(8) 减小螺旋桨等机械振动和噪声、环境更好

船舶电力系统和船舶电力推进系统一体化供电的船舶综合电力系统是未来发展的新趋势，该系统将船舶的电力系统和推进系统有机的组合在一起，把动力机械能源转换为电力，提供给推进设备和船上的其他设备使用，使得船舶日用供

电和推进供电一体化，实现电力的综合利用和统一管理。并且伴随着船舶事业不断推进发展，这样的技能必定会得到更为广泛的应用。

在电推进动力系统中吊舱式电力推进系统是当今备受关注和重视的推进方式。吊舱式电力推进是一种全方位转动的装置，电动机直接驱动螺旋桨，具有良好的操作性能和很高的推进效率。而且它由于不需要轴承等辅助推力设备，能够大大地减小整个动力机的空间，减轻了自身重量，降低了噪声和振动的大小。吊舱式推进装置是一种潜水式方位推进器,吊舱的外形为流线体，流线形的吊舱外壳可以抑制船尾波系。在高速航行时，船尾波系通常占了总阻力的很大比例。吊舱内部是一台同步电机，电机转子轴的端部直接连接螺旋桨。吊舱能够360°回转,螺旋桨轴线可以指向任意方向，与传统的舵系统相比,船舶的假速航行操纵性大大提高。若在高速航行遭遇磁撞危险全速制车时,向前滑行的距离较短，船舶在冰区航行的破冰能力增强,特别是在倒车时，吊舱推进装置采用内燃电力动力系统,发动机与螺旋桨之间没有直接的传动轴,船舶尾的设计和制造简化了电动机、发电机和电气设备可以布置在最佳位置上,船体尾部的形状也得以进一步优化，使得流经螺旋桨的水流更加均匀，推进效率更高,振动更小采用这一系统的另一个好处是机舱较短,船舶的装载能力可以提高约5%。对传统的双螺旋桨装置与新型的双吊舱装置的模型试验表明，吊舱装置可以节省20%‐25%的功率。功率的节省来源于船体和吊舱形状的优化、轴系和舵的取消以及转向操纵性的提

高。

四、超导磁流体推进装置是根据电磁原理设计的。在潜艇上安装电磁铁，通电后，海水中就会有磁力线，同时产生方向与磁力垂直的电流，在磁场和电流相互作用下，由于潜艇与海水之间产生大小相等方向相反的反作用力，潜艇将获得向前运动的推力，推力的大小与磁场强度和电流大小的乘积成正比。磁流体推进技术已在一些国家获得应用，但它的磁场还不能满足潜艇的要求。

五、AIP系统的一种形式是允许柴电潜艇继续在水下继续运转其柴油发电机，然后利用电力进行推进，水下滞留时间可以延长到2周。AIP系统是一个闭环系统，通过气态氢和液态氧之间的连续化学反应来产生电能此外，AIP系统非常安静，不会产生大量的热量，使潜艇不易被发现。现时燃料电池是一种发展较为成熟的AIP系统，由固态聚合物燃烧装置、液氧系统、氢系统、热交换器、海水冷却器、淡水冷却泵、冷却水箱、催化剂罐、造水箱等装置和燃料电池组件的电器设备构成,特点是装置中无转动机械部件，因而没有噪音辐射；无机械能和电能辐射，电能转换效率高达70%；能量转换温度低，工作环境较安全。其中包括这几种AIP系统：闭式循环柴油机（CCD/AIP）除了进、排气系统与普通柴油机不同外，其工作原理与目前常规动力潜艇所使用的普通柴油机是一样的。斯特林发动机（SE/AIP）系统与闭式循环柴油机系统大致相同，最主要的不同就是发动机。SE/AIP系统使用的是热气机，而CCD/AIP系统使用的是闭式循环柴油机。闭式循环汽轮机系统（MESMA/IP）系统主要由4个分系统构成：液氧储存罐、燃料储存罐及一、二回路系统。核电混合推进系

（SSN/AIP）的研制工作也在不断推进和深入，加拿大在此类AIP系统的研究方面走在了世界各国的前面，其研制的AMPS型核电混合推进系统即将迈入实用阶段，这种只需经过简单改装就可使常规潜艇变成小型核潜艇的动力系统日益引起各国海军的注意。但必须指出的是，目前无论哪种AIP系统，其输出功率均不能满足常规潜艇水下最大航速航行的需求