吊舱式电力推进系统

吊舱式电力推进系统

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••吊舱式混合电力推进系统评估

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船舶电力推进是将船舶推进原动机(现一般多采用柴油机或燃气轮机)产生的机械能量转变为电能，并以电机驱动船舶螺旋桨的一种推进方式，有常规推进器和吊舱推进器两种形式。

吊舱式推进器，电动机和螺旋桨直接相连，可以360度水平旋转，构成独立的推进模块，吊挂于船体底部，可分为前桨(牵引)式、后桨(推)式和串列式等，还有对转桨、导管桨等多种形式的推进器。

但是，吊舱式推进器有两个难题:一是吊舱和桨轴的密封;二是传递的功率受到一定限制。

吊舱式混合电力推进系统，由芬兰的KMY和ABB两家公司于1989年提出。ABB公司推出的对转桨(contra-rotating propulsion)吊舱式混合电力推进系统，结合了常规推进器和吊舱推进器两种形式，适用于诸如潜水作业供应船、破冰船、旅游船、潜艇、化学品船、油船、LPG船、LNG船等。

吊舱式混合电力电力推进装置的开发及应用，使得船舶采用电力推进的市场份额迅速增长。随着电力电子学、半导体技术、交流电机变频调速等技术日渐成熟，船舶吊舱式混合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，显示出广泛的应用前景。

船舶电力推进系统作为船舶IPS 系统的核心组成部分，其主要由推进电动机、电力系统、螺旋桨装置和变速控制装置四个部分组成。

目前在世界各国最流行的电力推进方式即是吊舱式推进方式，它主要由吊舱和推进器组成。流线型吊舱悬挂在船体尾部，由法兰盘和船体相接，吊舱内安装的电动机直接驱动螺旋桨，吊舱可作360 度回转，替代舵的作用，可以显着改善船舶的操纵性能和紧急机动性能。

由于吊舱式推进装置本身完全包含在吊舱内，船身主体省去了轴支架、尾柱等附体，原动机及发电机在船舱内可以比较灵活地布置，尾轴、减速齿轮以及传动轴系等都可省去。

由于吊舱式推进装置在船舶设计制造、操作控制以及运营维护等方面优点较多，因而发展迅速。下面对世界上四种主要吊舱式推进器分别加以介绍，它们是AZIPOD，SSP，MERMAID 和DOLPHIN。这四种推进装置基本概念相同，但各有特点，主要表现在吊舱的水动力特性设计、螺旋桨设计、推进电机的形式以及变频方式等方面。

1、AZIPOD 吊舱式推进方式

二十年前，芬兰海事局开始寻求在冰海区航行的高性能破冰船的解决方案，其初步的想法是推进电机应该提供任意方位的推进力。在此背景下，作为世界传动领域的领先者，ABB芬兰分公司提出了Azipod 的原型方案并提交给芬兰Kvaerner Masa 船厂制造，这是最先应用于船舶的吊舱式推进装置，相关的A zipod 推进技术也申请了专利。现在Azipod 吊舱式电力推进系统已经成为大型豪华游轮的一种标准配置。Azipod 吊舱式电力推进的实物图与结构Azipod 吊舱式推进装置采用空气冷却电动机，这就意味着在定子和吊舱之间存在使空气可以循环的空隙，采用封闭的冷却系统，热交换器安放在舱内，在大型的吊舱内设有通往舱内的通道，可以不必在干坞时装卸，轴封和轴承可以由潜水员在吊舱外面进行更换。在变频控制技术方面，Azipod 系统一般采用交交变频器和直接转矩控制方法来实现对推进电机的调速。从1990 年1500kW 的Azipod 推进装置应用于“SEILI”号航道服务船开始，截至2004 年ABB 公司使用Azip od 推进装置的累计安全运行时间已经超过了130 万小时，良好工况的概率达到了99.75%。由于其系统较高的稳定性，目前Azipod 推进装置已经占据了吊舱推进装置市场一半以上的份额。

为了满足中小型船舶对船舶操纵性能和运行经济性等方面日益增长的市场需求，ABB公司于2000

年推出了Compact Azipod 推进装置，其实物与结构简图如图3-2 所示：Compact Azipod 的结构设计为高度模块化，可以“即插即用”和快速安装，它结构简单只有很少的运动部件，因此可以显着地降低安装成本和缩短交货周期。Compact Azipod 推进装置在离岸支持船、钻井平台、科考船、豪华游轮和渡轮上都有所应用，提供的功率范围从0.5MW～5MW 不等。有资料显示Compact Azipod 推进装置用于半潜式钻井平台的动力定位系统，在提供同样推力的情况下，装机功率可以比机械推进装置减少10%～12%，据离岸支持船运行统计，采用Compact Azipod 推进器与直接机械推进相比可以减少30%～40%的燃油消耗。Compact Azipod 推进器目前在我国已成功应用在“烟-大”火车轮渡项目，通过近几年的运营，其已取得了较好的经济效益。由于Compact Azipod 推进器良好的可靠性和经济性，现已在中小型船舶中得到了广泛的应用。

3、MERMAID 吊舱式推进方式

Mermaid 推进器的独到之处在于用户可以选择Kamewa 公司在转向推力器方面的专有技术，利用一个闭锁回转装置使维护人员安全地进入吊舱式推进器内部进行检查、拆卸桨叶或整个螺旋桨、轴密封或整个导流罩而无需进坞。这样，船舶可以保持不间断运营，获得全寿命期内最长的运营时间，降低维修费用提高运营收益，目前可提供的推进器功率范围为5MW～30MW。Mermaid 推进器的电机设置与Azip od 推进器不同的是，它的定子烧嵌在吊舱内壁上，利用周围的海水对流来冷却部件，这样的吊舱装置在尺寸上要比采用全空气冷却系统的吊舱装置小，因而提高了水动力效率。

Mermaid 的推进系统采用的是交直交变频器来实现对推进电机的调速，交直交变频器的突出优点是与大功率异步电动机有着良好的配合，与采用交交变频器的电力推进系统相比，这种系统具有效率高、噪声低和震动小的特点。Mermaid 推进器提供了牵引式，顶推式和高推力顶推式三种形式的吊舱供船东选择。牵引式Mermaid 推进器适用于高速双螺旋桨船，如客滚船和豪华游船等；顶推式Mermaid 推进器适用于中速单螺旋桨船；高推力顶推式Mermaid 推进器用于需要最大拉力的低速船，如拖轮、近海工程船和海洋平台等。

3、SSP 吊舱式推进方式

SSP 吊舱式推进器系统是德国西门子（Siemens）公司和肖特尔（Schottel）公司合作的产品，为了反映出该推进器系统的合作开发的特点取名为SSP。SSP 是一种吊挂式推进器系统，其功率输出范围在5MW~30MW 之间，其推进装置实物与结构图。

SSP 推进器结构上主要分为三层：最上面一层是安装在船体内的推进操作室，里面配有电动液压操作系统，可以改变推进装置的方位（可起到舵的作用）；中间一层是方位模块；下面一层则是伸入水中的推进模块。焊接在推进模块上位于两个螺旋桨之间的两个鳍，用于补偿吊舱在非线性螺旋桨滑流场中产生的