船舶推进器的发展与展望

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摘 要 本文总结概括了船舶推进器的演变历史，分析了各时期推进器的发展状况，简单介绍了几种新型推进器，展望了推进器的前景。

关键词 船舶；推进器；展望

中图分类号：U664.3 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）051-006-02

推进器是船艇的关键部件，是能量转化的设备，是将主机发出的能量转化成船艇推动力的设备。提高推进器性能，开发高性能推进器一直是船艇推进器研究领域的主要方向。自从19世纪初期螺旋桨作为一种实用推进器被应用于船艇，一直到现在人们以螺旋桨为核心发展了各种推进器形式：如吊舱推进器、导管桨、泵喷推进器、对转桨、泵喷推进器，同时也产生了替代螺旋桨的推进方式的推进器：如喷水推进和超导磁流体推

进等。

1 船艇推进器的演变

从推进器的诞生到现在，经过人们的探索与研究，船艇推进器的发展已经逐渐向高性能的方向靠近，从古到今，推进器的形式逐渐增多。

1.1 原始推进

原始推进主要包括人力、畜力和风力推进。这种推进技术应用于独木舟和木板船的时代，其效率低、稳定性差、降低了船舶的总体性能。自19世纪末第一艘钢船诞生后，原始推进技术也逐渐被机器推进所取代，船舶行业开始进入以钢船为主的时代。

1.2 螺旋桨推进器

螺旋桨推进器可分为普通螺旋桨、导管螺旋桨、可调距螺旋桨、串列螺旋桨和对转螺旋桨。

1）普通螺旋桨的结构最为简单，船舶在低速航行下效率较高。因此普通螺旋桨的制造工艺较为简单、安装方便，但其在推进过程中会存在相当多的能量损失：

①轴向诱导速度的损失。

②周向诱导速度的损失，也可以称为水流扭转损失。

③剖面阻力损失，即运转时水与桨叶的粘性摩擦作用而产生的损失。

2）导管螺旋桨也叫做套筒螺旋桨，它是将一个环形的套筒加在螺旋桨的，分为加速型导管（收缩管）和减速型导管（扩张管）。

优点：①船舶的螺旋桨载荷较大时，效率比较高。

②船舶在航行时，导管螺旋桨受外界情况变化影响较小。

③导管对螺旋桨起到一定的保护作用。

缺点：①在倒车时，降低了船艇的操纵性。

②船艇在浅水区时，导管容易吸入沙石、杂物，遭到损坏。

3）可调距螺旋桨，主要应用于多工况船舶，能够充分发挥主机效率，适应各种工况的变化，提高船艇的操纵性。

4）串列螺旋桨，是将两只特定的螺旋桨安装在同一轴上，并且转速相同、方向相同。

5）对转螺旋桨，是由两个普通螺旋桨分别装于同心的两轴上，以相反的方向旋转的一种推进方式，也叫做双反转螺旋桨。

1.3 喷水推进器

推进机构位于船内，利用喷射流体所产生的反作用力推动船舶前进的推进器。其原理是利用水泵作为动力，将水从船底孔吸入，经过舷部的管子，把水从船后方向排出，依靠水的反作用力来使船舶行进。

1.4 电力推进器

电力推进器主要由电站、配电板、变压器、变频器、推进电机、全回转型推进器、服务系统、监控系统等组成。电力推进器的主要代表为吊舱式推进器，在下一章节中会有所详细的介绍。

1.4.1 电站与配电板

电站由柴油发电机组和一套主配电板组成，通过柴油机发电供电给高压电网再到中压电网，为主要设备进行供电。中低压配电板确保电力分配，经过变压到变频器再到推进电机，实现推进电机的动力供给。另外变压器和高压电缆的洁净度、接地保护、中性点等都有严格的要求，要确保符合标准。

1.4.2 变频器

变频器主要是进行交流推进电机的控制或变速驱动。变频器内部有冷却单元，通过专用的外部淡水冷却系统，经过内部热交换器，将变频器实现自我冷却，除此之外，为了防止各种原因的漏水，设备还自带漏水检测传感器。

1.4.3 推进电动机

是整个系统中的动力源，因需要大功率长时间的运转，导致发热严重，因此需供给外部冷却水，且为了防止冷却水在内部泄露，通常会安装漏水检测系统。

电动机的主要类型有：

1）交流电动机。由异步电动机和同步电动机两种。异步电动机结构简单，没有电刷装置；同步电动机气隙较大，能够承受冲击，励磁损耗小，功率因数可以为1。

2）永磁电动机。有多种不同结构的永磁同步电机，其功率范围从几百瓦到应用于船舶推进的几兆瓦。永磁电机与常规电机相比具有功率密度高、转矩密度高的特点，其构成的推进系统噪声低、效率高、维护性好。

1.4.4 服务系统

主要包括：滑由单元、液压油单元、淡水冷却单元，泄放泵单元。滑由与液压油单元主要为推进器设备服务；淡水冷却系统为变压器、变频器、推进电机冷却服务，泄放泵单元为推进器为多余滑由泄放服务。

1.4.5 电站管理及监控系统

1）电站管理系统是将控制器和可编程序控制器相连，通过预设好的管理程序，相互连接的计算机化的数字同步和负荷控制器，来实现PLC处理上层功率管理任务、启动柴油机、发电机合闸、自动离闸、停机等。

2）监控系统。由推进器控制中心、推进操纵单元、舵角控制单元和报警、监视单元组成。

1.4.6 新型推进方式

例如模拟鱼类游动的水下仿生推进器、超导磁流体推进器等。

1）各种模拟鱼类游动的水下仿生推进器。是将仿生学与船艇推进技术相结合的一种新型推进技术，与传统的推进器相比较，有着低噪音、低扰动、高效率等突出优点。

2）超导磁流体推进器。超导磁流体推进是用电磁力推进船舶运动的一种新颖船舶推进方式，它的设计概念比其它推进技术更为超前，不仅消除了传统螺旋桨推进器产生的巨大噪声，还可以抑制潜艇机械噪声和流体动力噪声的产生。超导磁流体推进器去除了一些传统推进装置的部分机构，减轻了总重量，受各类影响程度减小效率得到提高。

2 新型船舶推进器的发展前景

综合船舶推进器的各项性能来看，电力推进系统存在更多的优越性，在未来的十五至二十年后，全电力推进系统在民用远洋船舶的使用率有望从10%升至50%左右。掌握船舶全电力推进系统的开发设计以及制造核心是一项技术变革，只有加快民用船舶电力推进系统装备研究及产业化工作，才能在未来的市场竞争中占领制高点。

水下仿生推进器是随着生物流体力学，仿生机电与神经元网络控制等关键技术发展，仿生水下推进去将进一步向高速、高效、大载荷空间、高机动性、低噪声以及长航程方向发展，将会逐步实用化。

3 结束语

进入21世纪以后，推进器船舶的发展和应用更是方兴未艾，异彩纷呈。现代航运事业和军事用途的驱动，要求现代船舶必须达到或维持高航速、高适航、高稳定性、高操作性、高适用性和低能耗的高经济性等性能指标。现如今已经到了高性能复合船型发展的年代。世界高性能船舶的发展和运用在高新技术的推动下呈现出一派蓬勃的景象，船舶推进技术并将迎来广阔的发展空间。

参考文献

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[2]周伟新，唐登还，洪方文，等.中国船舶科学研究中心推进器研究进展[A].第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集[C].2009.

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