合理選擇高速船推進系統(tǒng)

◎ 馮世領(lǐng)　廣東江龍船舶制造有限公司

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合理選擇高速船推進系統(tǒng)

◎ 馮世領(lǐng)廣東江龍船舶制造有限公司

摘要：高速船應(yīng)從動力設(shè)備選型、布置等方面區(qū)分于常規(guī)船型的設(shè)計。根據(jù)船舶的航速，選擇高效推進系統(tǒng)，最大程度發(fā)揮主機的功率，達到最佳的船機槳配合，降低主機的廢氣排放及燃油消耗，從而達到一個較高的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞：高速船 廢氣排放 推進系統(tǒng)

1.引言

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人們的交通概念和消費模式也發(fā)展巨大變化，人民出行的交通工具已經(jīng)發(fā)生了出：天上有飛機，地上有高鐵，水上要有高速船。雖然高速船的商業(yè)性開發(fā)與生產(chǎn)僅有20多年的歷史，但近幾年達到空前繁榮的局面，在過去的20年中，高速船的產(chǎn)量幾乎是每5年翻一番，所有對高速船有研制開發(fā)能力的國家和地區(qū)，都非常重視。我國政府于1995年將“特種船、高性能船”列人《外商投資產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄》，作為鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)，從而在政策上為我國引進世界高速船先進技術(shù)和資金，開發(fā)生產(chǎn)高速船提供了保證。

高速船區(qū)別于常規(guī)船的最大特點就是速度，最大航速V滿足下式的船舶：

式中：▽——設(shè)計水線對應(yīng)的排水體積，m3；

V——船舶處于最大營運重量狀態(tài)以核定的最大持續(xù)推進功率，在靜水中航行能達到的航速。

從安全角度來考慮，大致上按速度分類基本可以分為高速船及超高速船。以22Kn以上航速定義為高速船，35Kn以上航速為超高速船。超高速船舶近年來的發(fā)展相當快速，運營模式也日趨完善，主要分布在我國沿海城市（以珠三角、港澳航線為代表）就經(jīng)濟性而言，高速船是一種高技術(shù)投入，高附加值產(chǎn)出的項目，速度越快效益越高，可以說速度是高速船發(fā)展的核心，速度決定價值。器的初始成本必須連同可靠性、維修和運行耗費一起考慮。此外，一些特殊的船型還需要考慮船舶淺吃水的通過性及船舶振動和噪音。高速艇選用推進方式主要有全浸式螺旋槳、表面槳、噴泵等（燃氣輪機推進、電力推進在民用船上應(yīng)用較少，多為軍艦配置，在此不作詳細介紹）。

2.推進裝置分類

高速船的速度—功率的關(guān)系是設(shè)計開發(fā)者最關(guān)心的所在，主機與推進

3.全浸式螺旋槳

圖1　推進器的應(yīng)用選擇

全浸式螺旋槳在高速船上的應(yīng)用，一般而言，多用于30節(jié)以下的船舶。常規(guī)固定槳（高恩槳、MAU槳等）由于設(shè)計簡單、安裝難度小，制作成本地等特點，應(yīng)用比較普遍。采用常規(guī)槳的高速船其操縱能力一般，噪音及振動較大。為得到比較高的螺旋槳效率，高速船推進軸系有傾角大、槳徑小而轉(zhuǎn)速高等幾個明顯的特點，這使得它區(qū)別于常規(guī)船型。

一般來說舷外掛機、舷內(nèi)外機、IPS系統(tǒng)等都屬于全浸式螺旋槳的范疇，只是其可應(yīng)用的高速船范圍分為更廣。1982年 Volvo Penta 率先推出舷內(nèi)外機雙槳對轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)，這是舷內(nèi)外機技術(shù)的一個重大進步，極大提高了舷內(nèi)機的綜合驅(qū)動效率，并且具有極佳的轉(zhuǎn)向性能?，F(xiàn)在市場上知名的舷內(nèi)外機品牌主要有：Volvo Penta，Mercury，Yanmar，Konrad 等。速度適應(yīng)范圍很廣，一般為10-78kn。舷內(nèi)外機取消了舵，艉機可以遙控升降（隨時調(diào)整航態(tài)、達到最佳效率）；取消了軸系并采用水下排氣 ，從艉機吸入冷卻水，節(jié)省了機艙空間 ；通過艉機排出煙霧和降低噪振動和噪聲。推進系統(tǒng)采用全液壓驅(qū)動，操作輕便良靈活，使船艇具有極高的機動性。但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性較低，年使用時間有限制，不太適用于商船，現(xiàn)階段可選功率較小，只適用于小型高速船艇。

4.噴水推進裝置

噴水推進裝置是一種新型的特種動力裝置，與常見的螺旋槳推進方式不同，噴水推進的推力是通過推進水泵噴出的水流的反作用力來獲得的，并通過操舵及倒舵設(shè)備分配和改變噴流的方向來實現(xiàn)船舶的操縱。就效率而言，噴泵在30節(jié)以上中高航速時推進效率比螺旋槳高，并且噴水推進船舶具有卓越的高速機動性和極佳的操縱性，在多工況下均能較好地發(fā)揮主機功率，主機不易過載，船體的附件少，艙內(nèi)噪音和振動較小，通常比具有螺旋槳的船舶低（7-10）dB（A），比較適合高速艇。安裝噴泵的高速船吃水淺、淺水效應(yīng)小、傳動機構(gòu)簡單、淺水通過性強，適合河道吃水較淺的河道。但是船航速較低時（低于20kn時），噴水推進的效率比螺旋槳要低一些，發(fā)動機低轉(zhuǎn)速較低時，高速艇的的多效比較差，在淺吃水航段，易吸入砂礫、水草或雜物。單泵功率較螺旋槳小，功率有限制。

5.表面槳

表面槳又稱為半浸槳，是80年代后出現(xiàn)的一種新型的螺旋槳推進方式。一般分可調(diào)和固定兩種安裝方式。表面槳就是船只在航行時水線正好穿過其槳轂的螺旋槳，傳統(tǒng)的螺旋槳與槳軸都浸沒在水中，而表面槳只有螺旋槳的槳葉浸入水中。槳軸及其支架都在水面上，它們不再產(chǎn)生附加阻力，而且改善了流經(jīng)螺旋槳的水流，螺旋槳的工作效率大大提高。

表面槳可有效的避免產(chǎn)生空泡，因此表面槳不會產(chǎn)生振動、表面剝蝕以及水下噪音等現(xiàn)象，對螺旋槳及鄰近船體不會造成損壞。

與傳統(tǒng)螺旋槳對比，表面積速度可以增加約15～30%，燃油節(jié)能15～30%，水下阻力減少50%，更高的推進效率，并且可以兼顧較低的巡航速度，高速時具有良好的機動性，在2倍船長范圍完成掉頭動作?？梢栽跍\水區(qū)域使用，架構(gòu)簡單可靠，只有20多個運動部件，只需要很少的備件庫存。螺旋槳尺寸無限制，水下容易更換螺旋槳。安裝簡單，易于維護，不需要專業(yè)人員。表面槳的縱傾調(diào)節(jié)用來匹配不同操作條件下的主機功率，這個操作過程相當于調(diào)整螺旋槳的直徑及螺距，可以適應(yīng)不同的負載。但是，不是所有的船型都可以應(yīng)用表面槳，表面槳在滑行艇的船上可以得到最好的效果，并且在航速40Kn以上才能發(fā)揮最高效率，設(shè)備造價昂貴，對船體的制造精度要求高。

6.結(jié)論

高速船推進系統(tǒng)的選擇應(yīng)根據(jù)船舶的航速、運行狀態(tài)及運行水域進行選擇。保障航速的情況下，兼顧噪音、振動及燃油消耗。一般來說30kn以下可以考慮選用全浸式螺旋槳，根據(jù)機艙布置可以選擇掛機、舷內(nèi)外機、常規(guī)螺旋槳、IPS等方式。大于30kn的高速船，小排水量船可以考慮選用掛機和舷內(nèi)外機，大排水量的高速船建議采用噴水推進和表面槳推進的方式。而對于大于40Kn的船舶，噴水推進與表面槳推進都可以考慮，具體選型根據(jù)實船情況進行選擇。60kn以上船舶基本都有采用表面槳推進系統(tǒng)，以獲得最高的推進效率。合理選擇高速船推進系統(tǒng)可以最大程度上發(fā)揮主機功率，達到最高的推進效率，提高船舶性能。

參考文獻：

［1］中華人民共和國海事局.國內(nèi)航行海船法定檢驗技術(shù)規(guī)則（2011），人民交通出版社，2011.07，第6篇第1章2.1條.

［2］2008.10.ISBN978-7-5453-0092-5.朱珉虎.高速艇與游艇設(shè)計手冊.珠海出版社.第九章9.1綜述.

［3］ISSN：1671-7570，王緒明.近期國內(nèi)外高速船市場分析.水運科技信息.交通科技雜志編輯部1998年04期.4-6頁.

［4］張承山《現(xiàn)代船舶驅(qū)動系統(tǒng)概述》.VOLVO PENT，2015-03-18.