船舶动力装置的分析及发展

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[摘 要]船舶动力装置是船舶航行的核心部分。文章对几种船舶动力装置进行了分析，并对未来动力装置的发展方向进行了探讨。

[关键词]船舶动力装置 柴油机动力系统 燃汽轮机动力系统 电力推动系统

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0364-01

[Abstract]Ship power system is the key part of ship.This paper introduces the several Ship power systems and development direction of future ship power system.

[Key words]shippower system；diesel propulsion； hybrid propulsion； electrical propulsion

在船舶航行过程中，船舶的动力系统是船舶最主要的技术部分，由主机、轴系、轴系附件、传动设备和螺旋桨组成。在船舶的总造价中动力系统的价值为船舶设备总成本的35%以上。船舶的动力系统类型主要有柴油机动力系统、燃汽轮机动力系统、电推进动力系统和混合动力系统等。船舶动力系统的研究也成为了整个造船行业技术研究的重点，也是世界主要船厂技术竞争的关键。

一、船舶动力装置的性能及特点

船舶动力装置主要包括三大类：柴油机动力系统、燃汽轮机动力系统和电力推动系统。

1、柴油动力系统的性能特点

柴油机的技术已趋近极限，无论是低速机还是中速机，近年来继续向强化、低耗、可靠及低排放发展。低油耗已非追逐的主要目标，代之以低排放成为重大课题。柴油机作为内燃机在启动时能够比较迅速，而且它的负荷运转性能好，安全可靠技术成熟。在现代船舶建造行业中船舶主机和电站多采用柴油机。柴油机动力系统按驱动形式的不同主要分为柴油机直接驱动和齿轮传动两种形式，按照转速的高低分为二冲程柴油机和四冲程柴油机。二冲程柴油机主要应用在大中型远洋运输船舶上，具有转速低动力持久等特点，四冲程柴油机主要应用在中小型船舶（客船、豪华游船以及军船等）上，相比二冲程柴油机它主要具有转速高等特点。柴油机还是船舶燃气轮机推进系统和电力推进系统的主要设备。

2、燃气轮机动力系统的特点

燃气轮机相比柴油机在质量和尺寸方面占有绝对的优势，还具有重量轻、功率大、动力响应性好 ，它具有良好的加速性能和很低的污染气体排放，配上柴油机组成联合动力装置 ，可克服低工况油耗高的缺点 ，是高速船最合适的动力装置 。加上其特有的低排污 ，特别适应渡船的使用环境。它的缺点主要在于燃油经济性上不能够做到充分燃油。而且燃汽轮机需要燃用干净清洁、价格昂贵的蒸馏油，价格比较昂贵。

3、电力推动系统的特点

船舶电力推动系统相对柴油机动力系统来说，主要由原动机、发电机、电动机、变频器、推进变压器和推进器以及控制调节设备等组成。其主要运用电能来提供动力，电力推进系统根据推进器的不同可分为轴桨推进和全回转推进器两类。其中全回转推进器具有很高的操作性能，主要应用于要求动力定位的海工船。其经济性比较好，同时电推进系统的操控性相比柴油机更加稳定，由于电子变频技术的突破性进展 ，可以采用简单的交流电动机带动定螺距螺旋桨，根据需要从零到满负荷自由选择转速。多台柴油机形成的电网 ，电传动可根据负荷率调整单机工况 ，使其始终处于最佳运行状况 ，达到低耗、低排放，更加有效地提高整个船舶航行的经济性。

二、船舶动力装置的发展趋势

1、柴油机动力装置的发展

（1）柴油机混合动力系统是柴油机未来的发展方向。

它主要包括柴―燃、柴―电、柴―电/燃气轮机推进系统等。其中最简单的系统是以柴油动力系统为主。在柴油动力系统的基础之上采用轴带发电机和可调桨配置来实现整艘船舶的动力推进。当船舶在航行过程中遇到故障停车时，主推进柴油机停止工作轴带电动机驱动螺旋桨低速航行，从而能够保证船舶的正常航行。目前此系统主要被运用到单机单桨系统的船舶，主要用于集装箱和多用途货船、化学品船。目前最先进的混合动力系统一般运用在多工况工程船上。

（2）大型客船、滚装船的航速趋高，高速货运船舶的出现促进了大功率中速机的开发。中速机由于单机功率增大 ，油耗降低 ，可靠性提高 ，加上其尺寸小、重量轻的固有特点 ，故在客船、滚装船及高速货船等船上已获得广泛的应用和发展

（3）强化、低耗、可靠、低排放仍是今日柴油机发展的基本目标，环境保护使柴油机动力系统向低排放发展。

近年来，国际海事组织对船用发动机废气排放的管制越来越严格，世界船用发动机厂商纷纷加紧进行技术研发，将液化天然气作为船机的新型燃料进行重点攻关，使得气体燃料发动机成为当前的研发热点。部分厂商已取得了突破性进展， 已经向市场推出双燃料发动机产品。

2、燃气轮机动力系统的发展

高速船的发展为燃气轮机动力装置带来了生机，随着大型客船的航速趋高， 促进了喷水推进系统向大功率方向发展，燃气轮机驱动喷水推进装置重量轻、功率大、动力响应性好，配上柴油机组成联合动力装置，可克服低工况油耗高的缺点 ，是高速船最合适的动力装置 。未来在高速船领域内对喷水推进装置的需求必将扩大，而增大功率、提高效率、减轻质量将成为喷水推进装置的发展趋势，随着整个系统的进一步优化喷水推进，燃气轮机将会更广泛地应用于各类船舶。

3、电力推动系统的发展

随着技术的进步，交流变频调速技术得到迅速发展，从而使得电力推进系统具有布置方便、工作噪声低、节能、易于实现自动控制等优点，在船舶电力推进系统中得到越来越广泛的应用。在电推进动力系统中吊舱式电力推进系统是当今备受关注和重视的推进方式。吊舱式电力推进是一种全方位转动的装置，电动机直接驱动螺旋桨，具有良好的操作性能和很高的推进效率。而且它由于不需要轴承等辅助推力设备，能够大大地减小整个动力机的空间，减轻了自身重量，降低了噪声和振动的大小。

船舶电力系统和船舶电力推进系统一体化供电的船舶综合电力系统是未来发展的新趋势，该系统将船舶的电力系统和推进系统有机的组合在一起，把动力机械能源转换为电力，提供给推进设备和船上的其他设备使用，使得船舶日用供电和推进供电一体化，实现电力的综合利用和统一管理。

经过对几种船舶动力系统的特点以及发展趋势的详细分析，主要对柴油机动力装置、燃汽轮机动力装置、电力推动装置的功能以及特点进行了介绍，同时对船用柴油机、燃汽轮机、电力推动系统出现的新的技术和新的发展趋势进行了阐述。船舶动力系统向大型化、智能化、混合动力和节能环保方向发展，性能可靠、节能环保的动力系统越来越受到人们的关注，新型动力系统有着巨大的发展潜力。