淺談液壓推進(jìn)在船舶中的使用

龔厚寬

現(xiàn)代船舶逐漸向大型化、專業(yè)化、高速化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的船舶推進(jìn)方式——柴油機(jī)直接推進(jìn)逐漸表現(xiàn)出一些不適應(yīng)。為此，探尋機(jī)動性能良好、綜合性能優(yōu)良的推進(jìn)方式來迎合現(xiàn)代船舶發(fā)展的要求已勢在必行。

隨著各種先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，電子、磁流體等技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于船舶推進(jìn)裝置中，先后出現(xiàn)了電力推進(jìn)、超導(dǎo)電磁推進(jìn)、噴水推進(jìn)等推進(jìn)方式。這些推進(jìn)方式相對于柴油機(jī)直接推進(jìn)方式各有優(yōu)點，但都存在不足。本人在分析各種推進(jìn)方式的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，結(jié)合液壓傳動技術(shù)在船舶中的應(yīng)用，提出了一種新的推進(jìn)方式——船舶綜合液壓推進(jìn)，說明其優(yōu)點。

一、現(xiàn)有推進(jìn)方式及其特點比較

現(xiàn)代船舶所應(yīng)用的推進(jìn)方式主要有四種：柴油機(jī)直接推進(jìn)、電力推進(jìn)、超導(dǎo)電磁推進(jìn)和噴水推進(jìn)。這些推進(jìn)方式的特點如下：

柴油機(jī)直接推進(jìn)雖然結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，但其推進(jìn)裝置功率體積比過大，并且其主機(jī)、軸和推進(jìn)器要求在同一高度，有效艙容??；

電力推進(jìn)似乎是目前最理想的推進(jìn)方式，但由于其主要元件物理特性的限制，增大船舶功率比較困難；噴水推進(jìn)與磁流體推進(jìn)尚在研究階段，仍有許多問題需要研究解決。

二、船舶綜合液壓推進(jìn)船舶液壓推進(jìn)是通過雙向變量液壓泵來調(diào)節(jié)螺旋槳的轉(zhuǎn)速與方向，進(jìn)而實現(xiàn)船舶前進(jìn)、后退、變速等動作

液壓泵是為液壓傳動提供加壓液體的一種液壓元件，是泵的一種。它的功能是把動力機(jī)（如電動機(jī)和內(nèi)燃機(jī)等）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能。輸出流量可以根據(jù)需要來調(diào)節(jié)的稱為變量泵，流量不能調(diào)節(jié)的稱為定量泵。液壓系統(tǒng)中常用的泵有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵3種。齒輪泵：體積較小，結(jié)構(gòu)較簡單，對油的清潔度要求不嚴(yán)，價格較便宜；但泵軸受不平衡力，磨損嚴(yán)重，泄漏較大。葉片泵：分為雙作用葉片泵和單作用葉片泵。這種泵流量均勻，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，工作壓力和容積效率比齒輪泵高，結(jié)構(gòu)比齒輪泵復(fù)雜。柱塞泵：容積效率高，泄漏小，可在高壓下工作，大多用於大功率液壓系統(tǒng)；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料和加工精度要求高，價格貴，對油的清潔度要求高。一般在齒輪泵和葉片泵不能滿足要求時才用柱塞泵。還有一些其他形式的液壓泵，如螺桿泵等，但應(yīng)用不如上述3種普遍。液壓馬達(dá)工作原理：是將液壓泵提供的液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)槠漭敵鲚S的機(jī)械能，是液壓系統(tǒng)的一種執(zhí)行元件。液壓馬達(dá)亦稱為油馬達(dá)，主要應(yīng)用于注塑機(jī)械、船舶、起揚機(jī)、工程機(jī)械、建筑機(jī)械、煤礦機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、船舶機(jī)械、石油化工、港口機(jī)械等。

目前，液壓傳動技術(shù)在船舶上的應(yīng)用日益廣泛，如舵機(jī)、起貨機(jī)、錨機(jī)、絞纜機(jī)、吊艇機(jī)、旋梯升降機(jī)、艙蓋板啟閉裝置等船舶甲板機(jī)械多采用液壓系統(tǒng)作為動力源或推進(jìn)裝置，而傳統(tǒng)的氣動、蒸汽甲板機(jī)械已逐漸淘汰。采用柴油機(jī)直接推進(jìn)、電力推進(jìn)、超導(dǎo)電磁推進(jìn)和噴水推進(jìn)的船舶均需要在船舶上設(shè)置兩套動力系統(tǒng)，以供主推進(jìn)裝置與船舶輔機(jī)使用。液力推進(jìn)雖然使用液壓源，但其推進(jìn)效率極低，僅為60，限于特殊場合應(yīng)用。而若主推進(jìn)裝置采用液壓推進(jìn)，就可與輔機(jī)使用同一動力源，這樣既利于能源的使用，又利于液壓設(shè)備的整合，即“船舶綜合液壓推進(jìn)”。

與現(xiàn)有的推進(jìn)方式相比，液壓推進(jìn)的船舶有如下優(yōu)點：

（1）操縱控制方便，機(jī)動性能好。船舶采用液壓推進(jìn)時，螺旋槳轉(zhuǎn)速可以在反向額定轉(zhuǎn)速與正向額定轉(zhuǎn)速之間進(jìn)行無級調(diào)速和換向，完全不受主機(jī)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的限制。由于液壓推進(jìn)系統(tǒng)幾乎不受執(zhí)行機(jī)構(gòu)和機(jī)械系統(tǒng)運動慣性的影響，因此對螺旋槳可進(jìn)行有效的制動，而且其動態(tài)過程穩(wěn)定、時間短。與用柴油機(jī)變速的直接傳動系統(tǒng)相比，對控制信號的響應(yīng)快得多，易于實現(xiàn)快速起動、換向以及制動等操作，尤其是在船舶高速航行時，該特點更加明顯。

（2）輸出恒定扭矩。這是其它傳動方式所不具備的，充分迎合了螺旋槳轉(zhuǎn)速常變而扭矩恒定的要求。

（3）機(jī)艙布置靈活。柴油機(jī)和螺旋槳的安裝位置可以根據(jù)機(jī)艙位置進(jìn)行多層布置，互不影響，避免了直接推動系統(tǒng)柴油機(jī)軸線必須與軸系中心線、螺旋槳中心線在同一直線上而不得不墊高機(jī)座位置的不合理布置情況的出現(xiàn)。靈活的布置使機(jī)艙空間得到充分的利用，機(jī)艙所需容積減少，有利于貨物的裝載。

（4）功率重量比大。在同等功率情況下，液壓執(zhí)行裝置具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。例如，液壓馬達(dá)的體積只有同等功率電動機(jī)的十二分之一左右。據(jù)SIEMENS公司對電力推進(jìn)船舶設(shè)備重量的統(tǒng)計，其值比直接推進(jìn)的同功率船舶設(shè)備總重量減少30，液壓推進(jìn)比電力推進(jìn)布置更緊湊，重量更輕，因此更有利于機(jī)艙和螺旋槳的布置。

（5）安全可靠性好，振動小，噪聲低。首先，液壓推進(jìn)自身具有較高的機(jī)動性能。其次，不受柴油機(jī)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的限制，可實現(xiàn)微速航行。再次，可使用多臺原動機(jī)，各原動機(jī)既可以獨立工作又可以聯(lián)合使用，推進(jìn)器可采用多個螺旋槳，且都獨立控制，因而即便是部分原動機(jī)和螺旋槳出現(xiàn)故障也不會導(dǎo)致船舶沒有航行能力。最后，由于液壓油具有良好的潤滑性能，只要管理得當(dāng)，液壓系統(tǒng)的故障率很低，同時液壓裝置也易于實現(xiàn)過載保護(hù)。

（6）延長了發(fā)動機(jī)以及元件的使用壽命。如采用液壓推進(jìn)，則船舶航速與航向的改變不依賴主機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向的變化。主機(jī)轉(zhuǎn)速可以為固定值，減少了主機(jī)起、停、換向次數(shù)，因此減輕了運動部件的磨損和受熱部件的熱疲勞損壞。

（7）有利于主機(jī)驅(qū)動輔助負(fù)荷，合理利用能源。采用液壓推進(jìn)，主機(jī)可以恒速運轉(zhuǎn)，這一特點有利于船舶中要求恒速運轉(zhuǎn)的軸帶發(fā)電機(jī)的使用，也有利于某些裝有軸帶輔機(jī)的工程船舶的應(yīng)用，如挖泥船、消防船等。

（8）適用于某些特殊船舶。相對于電力推進(jìn)，從安全角度考慮，液壓推進(jìn)船舶更適于某些特殊船舶，如天然氣船、油船等。

船舶液壓推進(jìn)具有性能穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、推進(jìn)效率高等優(yōu)點，并且在機(jī)動性、安全性等方面與現(xiàn)有推進(jìn)方式均有可比之處?？梢?，對船舶綜合液壓推進(jìn)的研究是極有價值的，該推進(jìn)方式在未來船舶推進(jìn)裝置的設(shè)計制造中必將占有一席之地。

（作者單位：桂林船舶檢驗局）