淺析船舶動力系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

盛德奎 黃宏友

摘 要：船舶的核心部分就是船舶動力系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以為船舶提供動力，并且還與船舶的運行穩(wěn)定性、節(jié)能、安全性等因素密切相關?，F(xiàn)代科學技術的快速發(fā)展，使得船舶動力系統(tǒng)的發(fā)展也變得更加新型化。本文分析了船舶動力系統(tǒng)的優(yōu)勢以及不足之處，同時介紹了新型船舶動力系統(tǒng)的應用、優(yōu)點，并且對其今后的發(fā)展方向進行了分析。

關鍵詞：船舶；動力系統(tǒng)；發(fā)展趨勢

1 船舶動力系統(tǒng)種類及產業(yè)格局

船舶動力系統(tǒng)是由船舶主機、傳動系統(tǒng)以及推進器所組成，船舶動力系統(tǒng)是船舶中最重要和最主要的設備，用列數(shù)字的說明方法來舉例，就是其價值是總船價的百分之二十，是全船設備總成本的35%。如今，全世界所有的船舶動力系統(tǒng)都是使用以下四種推進方式來運轉的：第一，蒸汽輪機推進系統(tǒng)替代了往復式蒸汽機，而后又被柴油機替代，當前一般在LNG船和核動力軍船上使用，蒸汽輪機這一技術的原理是通過不間斷地增強其機動性、可靠性，從而使其操縱性提升，達到設備簡化的目的。第二，柴油機推進系統(tǒng)全面替代了往復蒸汽輪機，變成了如今最重要的船舶動力，當前應用在各種船舶上，變成了柴油機推進系統(tǒng)的重要設備之一。第三是燃氣輪機推進系統(tǒng)，在20世紀50年代它作為主機在商船上應用，不過一直沒有進行大規(guī)模的應用，如今重點在軍船上應用，變成了燃氣輪機推進系統(tǒng)的重要設施。第四，電力推進系統(tǒng)，當前主要在軍船上以及小型商船上應用，但是日前使用電力推進的船舶可能性還很小。

如今，美國、歐洲、日本等國家在船舶動力系統(tǒng)的研制方面仍占居領先及壟斷的地位，同時這些國家的企業(yè)工廠還分別掌握了燃氣輪機、蒸汽輪機和鍋爐以及電力推進裝置的生產技術。而中、日、韓三國目前已基本掌握了船舶動力系統(tǒng)最大比例的柴油機推進系統(tǒng)的生產方法。

2 船舶新能源動力系統(tǒng)推廣的意義

日前，在船舶動力系統(tǒng)中，有百分之九十五以上都使用了柴油機動力裝置，所以船舶柴油機在節(jié)能、環(huán)保方面有一些不足，其一，使用不可再生的能源柴油以及重油。其二，存在大量的老舊柴油機，對環(huán)境造成了嚴重污染。其三，由于柴油機的自身結構以及它的工作原理使得其振動、噪音等問題無法得到解決，這對員工的工作質量以及生活水平造成了嚴重的影響。對于船舶柴油機在排放、能源類型、振動以及噪音方面的不足，世界上所有的研究人員均在分析能夠替代柴油的能源以及新型船舶動力裝置。

3 動力船舶的發(fā)展趨勢

3.1 柴油機推進系統(tǒng)

熱效率最高的一種熱機是活塞往復式柴油機，它有著部分負荷運轉性能好、效率高、啟動迅速、功率范圍大、安全可靠、技術成熟的優(yōu)勢，柴油的能量密度比較高、其成本低、安全性好和便攜性的優(yōu)勢也讓它受到用戶的歡迎。船舶主機以及船舶電站常常使用柴油機。自20世紀60年代開始，柴油機全面取代了往復式蒸汽輪機，使其成為了最主要的船舶動力。由于二沖程柴油機以及四沖程柴油機做主機時的性能的不同，可以將柴油機動力系統(tǒng)變?yōu)椴裼蜋C齒輪傳動與柴油機直接驅動。柴油機直接驅動的概念是依據(jù)二沖程柴油機來使用螺旋槳的推進方法，它常常是由軸系、低速柴油機以及螺旋槳構成，經(jīng)常是在大中型的遠洋運輸船舶上使用。柴油機齒輪傳動一般通過四沖程柴油機流經(jīng)齒輪箱來降速，然后驅使軸系與螺旋槳來推進，它一般由齒輪箱、中速柴油機、軸系以及螺旋槳構成，一般在中小型船、滾裝船、客船、豪華游船以及軍船上使用。當前世界商船隊的95%以上的船舶都是以柴油機為動力，其中，柴油機齒輪傳動占39%，柴油機直接驅動占55%。除此之外，船舶燃氣輪機推進系統(tǒng)以及電力推進系統(tǒng)的重要設備還是柴油機。

3.2 電力推進系統(tǒng)

提供的扭矩就是船舶使用的電力推進系統(tǒng)，它是使用機械傳動到螺旋槳來同時將扭矩化為向前推進的動力。它一般由原動機、電動機、配電設備、發(fā)電機、螺旋槳以及調節(jié)控制輔助設備等構成。如今，很多船舶電力推動系統(tǒng)的動力一般來源為燃氣輪機，這些燃氣輪機是使用高速和中速柴油機。依據(jù)動力來源的不同，從而把電力推進系統(tǒng)分為燃氣輪機式電力系統(tǒng)以及柴油機式電力推進系統(tǒng)；還可以依據(jù)電源的形式不同，將其分為直流電力推進系統(tǒng)、交流電力系統(tǒng)以及交直流電力推進系統(tǒng)；還可以劃分為吊艙式和機艙式，這是依據(jù)電動機不同的布置方式。電力推進系統(tǒng)有著環(huán)保、安全性高、方便布置、舒適、強操縱性、經(jīng)濟等優(yōu)點。在20世紀末的時候，船舶的推動形式就使用了電力推進系統(tǒng)，這一系統(tǒng)一般使用在豪華游船、軍船領域、渡船、海洋工程船舶等方面。就現(xiàn)在的發(fā)展技術來說，電力推進系統(tǒng)的原動力一般是柴油機提供的，主要使用在體型較小的船舶上，而且絕大部分是小型的船舶，所以說電力推進系統(tǒng)還是有較為廣闊的發(fā)展前景的。

3.3 混合動力推進系統(tǒng)

混合動力推進系統(tǒng)是根據(jù)電動組以及主柴油機一起作用在齒輪減速箱的輸入軸從而達到聯(lián)合動作實現(xiàn)的目的。這時，軸帶電機的工作模式是電動機，它可以給船舶提供輔助的推力。所以，選擇主柴油機時，要優(yōu)先選擇類型小、功率小的柴油機，這樣可以減少燃油的消耗，從而使機艙內的空間節(jié)省，提升它的經(jīng)濟效益以及使用性。在一般的設計方法里，因為不使用變頻器，所以即使是把電動組或者主柴油機一起接入到齒輪減速箱的輸入軸也不可以確保二者的穩(wěn)定性，就算實現(xiàn)并車也不可以一直合理分配柴油機和軸帶電動機的輸出功率。所以不可以達到柴油機和軸帶電動機的穩(wěn)定并車，就算是使用小型號柴油機也依然不能確保其不過載運行。

4 結語

近些年，在柴油機、混合推進、電力推進以及推進裝置方面，船舶動力系統(tǒng)有了新的技術以及新的發(fā)展趨勢，尤其是特種船舶以及海洋作業(yè)船舶的發(fā)展，這使得船舶動力系統(tǒng)逐漸開始往智能化、大型化以及節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。我國的企業(yè)也開始發(fā)現(xiàn)新型動力系統(tǒng)的潛力巨大，也開始對其進行研究，并有了相對成熟的產品。

參考文獻

[1]劉昌盛，張大慶，蔣蘋，等.工程機械混合動力技術的發(fā)展與應用[J].建筑機械月刊， 2009，（5）：59-62.

[2]秦立新，查長松，徐建中.船舶綜合電力推進系統(tǒng)的發(fā)展及應用[J].艦船科學技術，2009， 31（5）：42-45.

（作者單位：中國人民解放軍92213部隊）