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1、民用船舶电力推进系统的发展民用船舶电力推进系统的发展介绍现代民用船舶电力推进系统的发展情况，分析电力推进相对于传统柴油机推进的优 点，对我国船舶电力推进技术的发展进行了展望。 电力推进是船舶推进方式之一，它由原动机带动发电机发电，再由电动机驱动螺旋桨。 船舶电力推进已有近百年历史。上世纪年代曾出现电力推进的一个发展高峰。由于当 时交流电机调速技术不成熟，多采用直流电力推进，其调速系统简单、调速性能好，但直 流电机结构复杂、体积及重量大，并存在功率及转速极限等问题，故只能用在一些工程船 舶及潜艇上。世纪年代以来，随着电力电子技术迅速发展，大功率交流电机变频 调速技术日臻成熟，基于晶闸管整流逆变方
2、案和器件方案实现的船舶电力推进 技术在国外得以迅速发展，并在可靠性和运行效率等方面都有了突破，从而使电力推进技 术的应用领域不断扩大，除应用于破冰船、挖泥船、渡轮以外，还广泛用于大中型常规船 舶，显示出广泛的市场前景。据统计，近年来新建的油轮、渡轮、游轮、集装箱船有 采用电力推进系统。可以预言，电力推进将是一种被广泛采用的先进船舶推进系统。船舶电力推进系统的工作原理电力推进的主要组成部件有原动机、发电机、配电板、变压器、交直流转换器、变 频控制箱及推进马达。如某大型邮轮的主动力装置为台大型柴油发电机组，发出的交流电能分配至全船各 用电场所，其中送至主推进电机的分支需变压器升压。目前常见的电压等
3、级有： 、等几档，电压值升高有利于减少推进电机尺 寸和线路损耗。升压后的电能送到交直流变流器转换成直流电，然后经直交流转换器 转换成交流并调整频率，最后把满足要求的电流送到推进电机驱动螺旋桨。这种系统也称 全电力推进系统。两种主要的推进电机变频调速技术当今，船舶电力推进系统一般采用可变速电动机拖动固定螺距螺旋桨的驱动模式。推 进电机主要有同步电动机和鼠笼式感应电动机两种。同步电动机适于低速传动，可以和螺 旋桨直接相连；而鼠笼式感应电动机则用于中高速传动，它和螺旋桨之间通常需经减速装 置连接。针对这两种电动机已经开发出两种相应的变速控制系统。用于同步电动机的变速 控制系统的核心是变频器，采用环流
4、型变频器调速，具有谐波影响 小、功率范围大、性价比高等特点，称为系统。在大型船舶上（如穿梭油船、 大型客船等）目前实用的有中压和低压系统两种。用于鼠笼式感应电动机的变 速控制系统的核心是变频器，采用电压型变频器调速， 具有功率因数高、转矩控制平滑等优点，相应的推进系统称为系统（或 系统） 。由于系统可以直接带螺旋桨，且调速范围在 ?觸，适合于大型船舶，目前已成为电力推进系统的首选发展方向。推进器的种类在船舶电力推进系统中，有轴桨推进、管道式推进、方位角推进、吊舱式推进等多种 形式。目前吊舱式推进器应用最为广泛。吊舱式推进是将电机放在一个吊舱内，螺旋桨直 接连接在电机轴上，可度旋转，在任何需要的
5、方向上产生推力，不需要舵和侧推器， 吊舱浸泡在海水中直接向外散热，推进电机也不需额外冷却。这种设计为制造、维护及检 修提供了方便。目前，吊舱式推进器的功率范围从几百到几十不等，生产 的吊舱式推进器单机功率最大可达。电力推进相对于柴油机推进的优点经济性好。多台中速柴油机用于发电，可根据用电负荷选择发电机运行台数，使 机组始终运行于高效工作区，实现最大的经济性。根据公司统计，同功率 的船电力推进要比内燃机推进耗油减少左右，航速可提高节。操纵性好。推进电机转速易于调节，在正反转各种转速下都能提供恒定转矩，因 此能得到最佳的工作特性，使船舶取得优良的操纵性。安全性好。柴油机推进的船舶，一旦主机重要部件
6、或舵机、轴系出现故障往往导 致瘫船。而电力推进使用多台原动机，个别机组故障不致丧失动力。电力推进系统多采用 两套以上互为备用。在推进系统中，同步电动机定子有两组相互独立的绕组， 一组出了故障仍可减载运行。节省空间。传统船舶轴系长度往往占到船长的左右，电力推进的船舶省却 了传动轴系、减速齿轮箱，改善了机舱布置，使动力装置安排更加合理，节省了大量空间。噪音低。采用电力推进后，主要振动源发动机安装在弹性底座上，以恒定转 速运行，与轴系和船体也无直接联结，大大减少了振动和噪声，提高了船员和乘客舒适程 度。这对客轮十分重要。有利于船舶控制环境污染。对同一功率船舶而言，电力推进中的中速柴油机可以 始终在最
7、佳工作区工作，燃油燃烧质量好，燃烧产物中的含量少；燃气轮机联合装 置的排放水平则更低。采用电力推进须考虑的问题使用大功率的电子器件，容易对船舶的电力系统产生谐波污染。对于运行电机，谐波 将引起附加损耗，使电动机转矩减小，对测量仪表将产生虚假的谐波功率，出现随机误差； 对于继电保护装置，谐波将影响其设定整定值，引起误动作；对于通信网络，谐波将影响 其电磁效应和正常的载波。电力推进系统方案设计时应该考虑变频器的类型、是否加谐波 吸收器或与船舶的低压系统进行电气隔离等方案。一般要求低压配电系统的（总谐 波变形值）小于，推进系统的应小于。国外民用船舶电力推进系统应用情况世界上各大船用设备厂家都推出了电
8、力推进系统。 、等公司都已开发出成套的电 力推进系列产品。其中尤以开发的吊舱式电力推进器最为成功，并得到广泛应用。将马达装入一个流线型壳体内，螺旋桨置于壳体前端，其推进效率高于 常规螺旋桨。操作十分方便，可以在很低转速下运行，又可作为转向装置。 从装有两套 的大型旅游船号的运营效果可 知，航速比装有常规推进的姐妹船快节，推进效率高，回转半径减少， 从全速前进到全速后退仅需秒。截止年，收到订单 套，总功率 ，累计运行时数超过万小时。目前的最大竞争对手是由瑞典公司和法国公 司联合开发的推进器，也称“美人鱼”推进器，功率范围为?觸 ，该系统的独特设计在于轴封甚至整个吊舱都可以在水下进行更换。现在有
9、多艘装备了推进器的船舶正在运营。目前世界上最大的豪华邮轮 “ ”号采用的个推进器中个是“美人鱼” ，采用分散驱 动模式，船尾个主推进器均为，其他部位安装了个辅助推进器，功率均为 。实践证明，减少船体阻力?觸，提高运输效率。国内应用情况年，上海爱德华造船有限公司为瑞典公司建造了一艘 化学品船， 名为“帕劳斯佩拉” ，这是我国制造的首艘吊舱式电力推进船舶。年广船国际为 建造的 吨级半潜船“泰安口” ，是中国建造的第二艘电力推进船舶， 采用两套吊舱电力推进系统，由德国公司和公司联 合研制，采用双螺旋桨形式，分别装在一加长轴的两端，转向相同，吊舱尺寸不超过螺旋 桨直径的?觸。设有船艏侧推器两套，每套功
10、率。 “泰安口”采用 三台中压 发电机组为两台 吊舱推进器和两台侧推 器供电。为防止谐波对低压系统的影响，电力系统中增加了两台交流机组向低压配电板供 电，实现了中、低压系统的电、磁隔离。“泰安口”号的姐妹船“康盛口”号、烟台大连火车轮渡、 吨级海事船、 某化学品船、自航式全回转起重船及一些中小型船舶也采用了电力推进方式。结束语船舶电力推进技术的兴起是现代电力电子技术进步的必然结果。尽管目前电力推进需 较高的初投资，维护管理难度大，但能通过船舶营运后节能和增加舱容、盈利来弥补。随 着电力电子器件的改进、电机控制技术和谐波抑制技术的发展、推进器和推进电机技术的 成熟，必将进一步降低电力推进的初投资。可以预见，科技的进步必将为电力推进技术提 供更加广阔的市场，将成为船舶推进装置的主要发展方向。我国在船舶电力推进系统研究及应用方面起步较晚，但在原动机、发电机、配电、变 频调速等关键技术方面有一定的工业基础。但目前我国在船用大功率永磁电机、高压大容 量电力电子器件、吊舱推进器等设计与制造方面与发达国家还有很大差距。中国应进一步 加强相关技术的研究和开发应用，积极参与这一领域的国际竞争，在市场上占有一席之地。
