吊舱式电力推进系统
吊舱式电力推进系统
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简介编辑本段回目录
船舶电力推进是将船舶推进原动机(现一般多采用柴油机或燃气轮机)产生的机械能量转变为电能，并以电机驱动船舶螺旋桨的一种推进方式，有常规推进器和吊舱推进器两种形式。
吊舱式推进器，电动机和螺旋桨直接相连，可以360度水平旋转，构成独立的推进模块，吊挂于船体底部，可分为前桨(牵引)式、后桨(推)式和串列式等，还有对转桨、导管桨等多种形式的推进器。
但是，吊舱式推进器有两个难题:一是吊舱和桨轴的密封;二是传递的功率受到一定限制。
吊舱式混合电力推进系统，由芬兰的KMY和ABB两家公司于1989年提出。ABB公司推出的对转桨(contra-rotating propulsion)吊舱式混合电力推进系统，结合了常规推进器和吊舱推进器两种形式，适用于诸如潜水作业供应船、破冰船、旅游船、潜艇、化学品船、油船、LPG船、LNG船等。
吊舱式混合电力电力推进装置的开发及应用，使得船舶采用电力推进的市场份额迅速增长。随着电力电子学、半导体技术、交流电机变频调速等技术日渐成熟，船舶吊舱式混合电力推进系统在机动性、可靠性、运行效率和推进功率等方面都有了突破性的进展，显示出广泛的应用前景。
类型编辑本段回目录
船舶电力推进系统作为船舶IPS 系统的核心组成部分，其主要由推进电动机、电力系统、螺旋桨装置和变速控制装置四个部分组成。
目前在世界各国最流行的电力推进方式即是吊舱式推进方式，它主要由吊舱和推进器组成。流线型吊舱悬挂在船体尾部，由法兰盘和船体相接，吊舱内安装的电动机直接驱动螺旋桨，吊舱可作360 度回转，替代舵的作用，可以显着改善船舶的操纵性能和紧急机动性能。
由于吊舱式推进装置本身完全包含在吊舱内，船身主体省去了轴支架、尾柱等附体，原动机及发电机在船舱内可以比较灵活地布置，尾轴、减速齿轮以及传动轴系等都可省去。
由于吊舱式推进装置在船舶设计制造、操作控制以及运营维护等方面优点较多，因而发展迅速。下面对世界上四种主要吊舱式推进器分别加以介绍，它们是AZIPOD，SSP，MERMAID 和DOLPHIN。这四种推进装置基本概念相同，但各有特点，主要表现在吊舱的水动力特性设计、螺旋桨设计、推进电机的形式以及变频方式等方面。
1、AZIPOD 吊舱式推进方式 二十年前，芬兰海事局开始寻求在冰海区航行的高性能破冰船的解决方案，其初步的想法是推进电机应该提供任意方位的推进力。在此背景下，作为世界传动领域的领先者，ABB芬兰分公司提出了Azipod
的原型方案并提交给芬兰Kvaerner Masa 船厂制造，这是最先应用于船舶的吊舱式推进装置，相关的Azipod 推进技术也申请了专利。现在Azipod 吊舱式电力推进系统已经成为大型豪华游轮的一种标准配置。Azipod 吊舱式电力推进的实物图与结构Azipod 吊舱式推进装置采用空气冷却电动机，这就意味着在定子和吊舱之间存在使空气可以循环的空隙，采用封闭的冷却系统，热交换器安放在舱内，在大型的吊舱内设有通往舱内的通道，可以不必在干坞时装卸，轴封和轴承可以由潜水员在吊舱外面进行更换。在变频控制技术方面，Azipod 系统一般采用交交变频器和直接转矩控制方法来实现对推进电机的调速。从1990
年1500kW 的Azipod 推进装置应用于“SEILI”号航道服务船开始，截至2004 年ABB 公司使用Azipod 推进装置的累计安全运行时间已经超过了130 万小时，良好工况的概率达到了99.75%。由于其系统较高的稳定性，目前Azipod 推进装置已经占据了吊舱推进装置市场一半以上的份额。
为了满足中小型船舶对船舶操纵性能和运行经济性等方面日益增长的市场需求，ABB公司于2000
年推出了Compact Azipod 推进装置，其实物与结构简图如图3-2 所示：Compact Azipod 的结构设计为高度模块化，可以“即插即用”和快速安装，它结构简单只有很少的运动部件，因此可以显着地降低安装成本和缩短交货周期。Compact Azipod 推进装置在离岸支持船、钻井平台、科考船、豪华游轮和渡轮上都有所应用，提供的功率范围从0.5MW～5MW 不等。有资料显示Compact Azipod 推进装置用于半潜式钻井平台的动力定位系统，在提供同样推力的情况下，装机功率可以比机械推进装置减少10%～12%，据离岸支持船运行统计，采用Compact Azipod 推进器与直接机械推进相比可以减少30%～40%的燃油消耗。Compact Azipod 推进器目前在我国已成功应用在“烟-大”火车轮渡项目，通过近几年的运营，其已取得了较好的经济效益。由于Compact Azipod 推进器良好的可靠性和经济性，现已在中小型船舶中得到了广泛的应用。
3、MERMAID 吊舱式推进方式
Mermaid 推进器的独到之处在于用户可以选择Kamewa 公司在转向推力器方面的专有技术，利用一个闭锁回转装置使维护人员安全地进入吊舱式推进器内部进行检查、拆卸桨叶或整个螺旋桨、轴密封或整个导流罩而无需进坞。这样，船舶可以保持不间断运营，获得全寿命期内最长的运营时间，降低维修费用提高运营收益，目前可提供的推进器功率范围为5MW～30MW。Mermaid 推进器的电机设置与Azipod 推进器不同的是，它的定子烧嵌在吊舱内壁上，利用周围的海水对流来冷却部件，这样的吊舱装置在尺寸上要比采用全空气冷却系统的吊舱装置小，因而提高了水动力效率。
Mermaid 的推进系统采用的是交直交变频器来实现对推进电机的调速，交直交变频器的突出优点是与大功率异步电动机有着良好的配合，与采用交交变频器的电力推进系统相比，这种系统具有效率高、噪声低和震动小的特点。Mermaid 推进器提供了牵引式，顶推式和高推力顶推式三种形式的吊舱供船东选择。牵引式Mermaid 推进器适用于高速双螺旋桨船，如客滚船和豪华游船等；顶推式Mermaid 推进器适用于中速单螺旋桨船；高推力顶推式Mermaid 推进器用于需要最大拉力的低速船，如拖轮、近海工程船和海洋平台等。
3、SSP 吊舱式推进方式
SSP 吊舱式推进器系统是德国西门子（Siemens）公司和肖特尔（Schottel）公司合作的产品，为了反映出该推进器系统的合作开发的特点取名为SSP。SSP 是一种吊挂式推进器系统，其功率输出范围在5MW~30MW 之间，其推进装置实物与结构图。
SSP 推进器结构上主要分为三层：最上面一层是安装在船体内的推进操作室，里面配有电动液压操作系统，可以改变推进装置的方位（可起到舵的作用）；中间一层是方位模块；下面一层则是伸入水中的推进模块。焊接在推进模块上位于两个螺旋桨之间的两个鳍，用于补偿吊舱在非线性螺旋桨滑流场中产生的不平衡力，有助于提高推进器的总体效率。双螺旋桨的结构设计可使两个螺旋桨分摊推进功率，这样可以降低单个螺旋桨的负荷。
SSP 吊舱推进器采用Permasyn
永磁同步电动机用以驱动Schottel 公司的前后配对的螺旋桨。由于最初设计开发永磁式同步电动机是作为潜艇的动力部件，因此电动机的结构紧凑。
和传统的同步电动机相比同样功率的Permasyn 电动机直径可减少40%，重量可减少15%。
SSP 推进器的推进电机通常采用基于IGBT 的直接水冷式交交变频器驱动，该驱动系统按12脉波设计，这样可降低由变频器导致的船上电网的总谐波畸变量，选用这种变频器也保证了电动机电流接近于一个正弦波形，使结构噪声减小。交交变频器由于可以和螺旋桨直接相连，所以不需要减速齿轮箱等传动机构，从而大大提高了传动效率。
4、DOLPHIN 吊舱式推进方式
Dolphin 推进器和Azipod 推进器一样也采用空气冷却定子和转子，螺旋桨轴的密封使用工业标准的唇密封，并采用六相同步电机作为推进电机。牵引式的推进器使轴向吸入性能得到改善，空泡性能好，低励磁，低噪音。一般采用交直交变频器，如果功率需求比较低或有特殊要求时可以采用PWM 变频器，Dolphin 推进装置可提供的功率范围为3MW~19MW。
概述编辑本段回目录
1、吊舱式混合电力推进系统的结构形式
对转桨吊舱式混合电力推进系统，由两部分组成:
(1)固定螺距的主螺旋桨
由二冲程柴油机直接推进，或由四冲程机通过减速箱推进，还可全电力推进(即由机舱内的电动机推进，能在很低的转速例如10%额定转速状态下连续运行)。
(2)一台电动吊舱牵引式螺旋桨(与主螺旋桨对转)
吊舱是在原来舵的位置上的一个流线型的壳体，变频调速的交流马达直接装入壳内，螺旋桨置于壳体前端。因为推进系统本身完全包含在吊舱内，可省去如轴支架、尾轴、减速齿轮装置等附属部分。
发电机位于船舱内，电力和相关的控制数据经电缆和滑环装置传送给电动吊舱式螺旋桨的电动机。
电动吊舱可以作360度回转，不仅省去舵装置，也不再需要装备艉侧推器。这样，全部转速范围内，它都能输出较高的扭矩;各种流体动力状态下，它都可使螺旋桨达到最佳状态。
2、吊舱式混合电力推进系统性能
芬兰的技术与研究中心(VTT)，与荷兰的MARIN，对对转螺旋桨吊舱式混合电力推进系统(Hybrid
CRP pod)进行了大量船模试验池研究。压力波动试验和气穴试验在荷兰的MARIN进行。
试验在船名为ENVIROPAX的二艘大型渡轮姊妹船进行。船舶装备柴油机机械推进和电动吊舱式对转桨推进(CRP)的混合电力推进系统。
混合电力吊舱推动系统在CRP和主推进器之间有两种不同的功率分配选择。一艘船装备10000kW吊舱式推进器，33600 kW机械推进器，总功率43600kW，称为“小吊舱装置”，;另一艘船装备19000k W吊舱式推进器，23200 kW机械推进器，总功率42200 kW，称为“大吊舱装置”。
研究项目主要有: 功率分配对船舶推进效率的影响;
船体的压力波动和水动力特性;
不同情况下桨叶和吊舱式推进器的气穴现象，等。
(1)机械推进与吊舱推进的功率分配
两船吊舱推进与机械推进的功率分配百分比，试验范围都是从20%:80%到55%:45%(吊舱式推进器:机械推进器)。
试验明显表明，吊舱式推进与机械推进之间功率分配的不同，对螺旋桨效率没有产生任何明显的影响。功率分配在各50%时运行更平稳。
姊妹船同样航速所需要的功率，“小吊舱装置”更小，说明“小吊舱装置”比“大吊舱装置”阻力小。
混合式对转桨吊舱推进器空泡性能浅析
【科技创新论坛】 ？ ｌ一
混合式对转桨吊舱推进器空泡性能浅析
金璐
（渤海船舶职业学院辽宁葫芦岛１２５０００）
摘要： 研究混合式吊舱推进器空泡性能。基于空泡形成的原因和空泡形成的部位，研究影响空泡的因素，即吊舱的形状、螺旋桨的受力和航速等，为推进
器的优化设计提供可靠的信息。 关键词：混合式吊舱推进器：空泡效应；螺旋桨
中圈分类号：ｕ６文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－－７５９７（２０１０）０６１０１７５—０１
０引言
吊舱推进器（ＰＯＤ）利用发电机（一般为柴油机发电机组、燃油轮机
发电机组或涡轮机发电机组）把其他形式的能量转变为电能，再通过发电
机把电能转换成机械能，实现了能量的非机械化方式传递。吊舱推进装置
具有体积小、重量轻、附加阻力小、空泡性能更佳的优点。它提高了推进
器的水动力性能，弥补了传统电力推进系统效率不高的缺陷。
混合式对转桨吊舱推进器是由一个常规螺旋桨（由舷外主机驱动）和
一个吊舱推进器构成，常规桨与吊舱桨旋向相反，形成一组对转桨，其目
的是为了降低螺旋桨负荷、提高推进效率。这一概念避开了与常规对转桨
相关的复杂轴系。而且，它依赖于已经得到证实的技术：前桨能够用任何
原动机来驱动，如柴油机、电动机或涡轮机。如果是现代吊舱式推进器，
那么后推进器必须是固定螺距的电力驱动推进器。
１空泡效应
螺旋桨在水中工作时，桨叶的背面压力降低形成吸力面，若某处的压
力降至临界值以下时，导致爆发式的汽化，水汽通过界面，进入气核并使
之膨胀，形成气泡，称为空泡。一般认为，压力的临界值即为该温度时水
的汽化压力ｐｖ（或称饱和蒸汽压力）。
与传统的螺旋桨空泡性能试验相比，ＰＯＤ推进器空泡试验的不同之处
在于：除螺旋桨外，还要对推进器的其他部位（吊舱、支架、鳍、副翼
等）的空泡性能进研究。图１描绘了拖式ＰｏＤ推进器在空泡初生试验中观察
到的几种典型的空泡类型。
图ｌ拖式ＰＯＤ推进器的典型空泡类型
电力推进系统在船舶中的应用与研究
电力推进系统在船舶中的应用与研究
摘要：本文对船舶电力推进系统进行介绍，分析了船舶电力推进系统的原理和特点，并针对船舶电力推进术介绍其发展现状。
关键词：船舶；电力推进；现状
前言：
电力推进系统已有上百年历史，受到各种因素的制约，发展缓慢。到20世纪80年代起，供电系统、推进电机及信息技术的迅猛发展，使得电力推进装置打破了长期徘徊局面，电力推进系统得到大力的发展。近年，在特种船及海工装备领域，我国电推技术的应用日益广泛，所配套的电力推进系统，以ABB、西门子等成套进口为主。在电推船舶核心装置电力推进系统的研发配套领域，我国相关单位的自主研发刚刚起步，大型船舶的电推进装置，目前仍以成套进口为主。尤其是在供电系统、配电系统、推进系统方面的集成设施及配套模块相对缺乏，行业标准化也未系统形成。随着开发研究的逐步完善，电推船舶建造及应用会在未来发生变化，船舶推进及建造模式也将随之发生改变。
一、电力推进原理
随着技术进步，提出了发展综合全电力推进系统（IPS）概念，将船舶的电力系统和推进系统组成一个整体，把动力机械能转化为电能，提供给推进设备和船上其它设备使用，使船舶日用供电和推进供电一体化，实现能源的综合利用和统管理习船舶综合全电力推进系统包括：发电、输电、配电、变电、推进、储能、监控和电力管理。是现行船舶平台的电力和动力两大系统发展的综合：它不是电力推进加自动电站的简单组合，而是从概念到方案、组成、配置、技术等方面均发生重大变化，给未来的船舶带来一场革命电力推进船舶，主要指船舶的主推进系统是由电动机所带动的。它利用发电机（一般为柴油机发电机组、燃气轮机发电机组或涡轮机发电机组）把其它形式的能量转变成电能，再通过电动机把电能转换成机械能，实现了能量的非机械方式传递。典型电力推进系统船的系统原理框图如下：
G—主发电机；EG—应急发电机；Q—主开关；MSB—主配电板；ESB—应急配电板；M—电动机；T—变压器；VFD-变频器 BT -----侧推 MT----主推进器
船舶动力系统发展史
船舶动力系统发展史
工业与市场
世界船舶动力系统的
发展趋势与竞争格局
曹惠芬
由船舶主机(柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机等)、传动系统(轴系、齿轮箱、联轴节、离合器等)和推进器(螺旋桨、全向推进器、侧向推进器等)组成的船舶动力系统，是船舶上最主要和最重要的设备，平均来说，其价值约占全船设备总成本的35%，约占总船价的20%。加之，其具有军民通用性和船陆通用性，世界主要造船国家都高度重视并优先发展船舶动力系统。本文试对世界船舶动力系统的技术发展趋势和产业竞争格局做一概括分析，以期对我国船舶动力系统发展提供参考。
刘贵浙
目前，蒸汽轮机推进系统主要是在LNG船和核动力军船上应用。在现有LNG船队中蒸汽轮机推进装置仍占主导地位，艘数占比达83%、舱容占比达76%。LNG船使用蒸汽轮机推进有其
液化特殊的原因:在LNG船上，气装在隔热舱中运输，仍不可避
免地有部分液化气蒸发，而将这部分天然气重新液化的费用很
安全的方式是高，因此，较经济、
———————————————————————————————————————————————
用作锅炉燃料，由锅炉产生的高压蒸汽推进汽轮机。值得注意的是，由于蒸气轮机推进系统自身的不足和其他类型推进系统的竞争，在近年完工交付的LNG船中已出现了新型双燃料柴-电推进装置和低速柴油机作动力，特别是在LNG船手持订单中，采用蒸汽轮机作动力的LNG船艘数占比仅为29%、舱容占比仅为25%;而采用低速柴油机作动力装置的LNG船艘数占比为17%、容积占比为24%，采用双燃料柴-电推进装置的LNG船艘数占比达到54%、容积占比达到50%。预计未来蒸气轮机推进系
3
轮机、柴油机所取代。目前，世界上各类船舶的动力系统主要有以下四种推进方式:
—1.蒸汽轮机推进系统——
取代往复式蒸汽机，又被柴油机所取代，目前主要在LNG船和核动力军船上应用
蒸汽轮机，又称汽轮机、蒸汽透平发动机或蒸汽涡轮发动机，是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械。由于其热效率和功率重量比比往复式蒸汽机有很大改进，发明后逐渐在军船和商船上取代了往复式蒸汽机。20世纪上半叶横跨大西洋往返于欧洲和北美的高速定期班轮多是采用蒸汽轮机作动力。20世纪60年代后，蒸汽轮机又逐渐被热效率更高的柴油机所取代。蒸汽轮机推进系统，主要由蒸汽轮机、主锅炉、凝汽器、齿轮减速器、联轴节、齿轮箱、轴系、螺旋桨等设备组成，其特点是单机功率大，工作可靠，振动和噪声小，———————————————————————————————————————————————
客滚船应用电力推进系统的可行性研究
《管理与杖术》２００６年摹１期
客滚船应用电力推进系统的可行性研究
周凌辉沈勃
摘要：客滚船是一种特种船舶，在保
证安全和航速下，既要多装车辆又要改善乘 客的舒适性。电力推进系统可以满足嗓音低、
振动小、机动性好、机舱布置灵活、经济性
好、可靠性高的要求。 本文简要介绍了电力推进方式，并与柴
油机推进进行比较评估。分析了客滚船采用 电力推进方式的可行性、经济性等。依托在
制的１４０００ｔ客滚船提出了电力推进方案。 关键词：客滚船船用变频器 Ｚ推进
器 中心电站
１、引言 随着电力电子技术和现代交流调速技术
的迅速发展，船舶采用电力推进方式逐渐成 为重要的发展趋势。这主要是因为电力推进
同传统的柴油机推进相比具有多个方面的优
０ 点，例如噪音低，振动小，机动性能好；机
舱布景灵活，经济性好，可靠性高等。 船舶电力推进系统主要是由推进电动机
及其主推进电力系统、螺旋桨装置和变频调 速控制装置３部分组成
它与柴油机推进最大的区别是，金船的
使用功率均由电力系统的中心电站统一提 供，螺旋桨由变频器供电的推进电机驱动。
因而取消了柴油机推进的中问刚性轴系和齿 轮箱装置。原动机与推进电机之间通过电缆
连接。 电力推进适用于越来越多种类的船舶， 包括滚装船和客船等，能显著提高船舶的总
体性能。因此电力推进正在走向越来越广阔 的船舶及海洋工程领域。
本文将针对客滚船的特殊要求对电力推
进应用于客滚船进行介绍和分析。
≮≈ ０
图１电力推进系统筒圈
２、交流电力推进的主要类型及其特点 交流电力推进技术经过一百多年的发 展，形成了多种不同的推进形式。下面我们 按电力推进系统中的主要设备类别来分别进
一３７一 ～ 一 ｒ
维普资讯 管理与技术》２００６耳第１期
行说明。 （１）推进器类型 目前在电力推进船舶中使用较多的推进 器主要有全回转ｚ推装置和吊舱推进单元
（ＰＯＤ）。 ①Ｚ型推进器 ｚ型推进器是一种舵桨合一的特种推进
船舶中压电力系统简介
船舶中压电力系统简介
【内容提要】船舶中压电力系统是我国海运界刚开始接触的崭新领域，此文以最近建造的“泰安口”半潜式电力推进特种运愉船的电力系统为例，简介船舶中压电力系统的结构和运行模式特点。
关键词：船舶 中压电力系统
有关中压电力系统的定义，世界各处以及在不同领域的标准不是完全一致的。IEEE
标准100 规定的中压交流电力系统定义是指额定电任大于1，000V ，小于10 , 000V的电力系统；在中压之上，还有高压和超高压。对于额定频率为60HZ的电力系统，中压的额定值有2.3 、4.16 、6.6kv 等等级；而额定频率为50HZ的电力系统，中压的额定放有3.3 、6.0、10KV 等级。
我们日常生活和动力用电中，常见的是额定电压为380V ( 50HZ）或440V ( 60HZ）的低压电力系统。低压电气设备的造价低，防止人身触电的安全性比中压电力系统高得多。但是当用电设备的功率很大时，作为低压系统，电流数值会很大，对于常用的电动机负载，起动时的电流更将大得惊人。因为决定绕组导休截面积的因素是I2R ，大的电流要求大的导体截面积，而绕组的极大截面将使大功率的低压电机无法制作。同时，极大的线路传输电流会使线路的功率损耗很大，以及在发生短路时产生巨大的短路电流，使与之相配的导线和断路器等设备的设计制作将变得难以实现。为此，在电网中，除了为了避免长距离输电损耗而采用了高电压及超高电压输电技术之外，对于大功率的用电设备和供配电网还采用了中压标准。选择电机是否采用中压标准的传统功率值分界点是45Okw ，但是这不是死规定，考虑具体条件和设计要求，会有更合理的不同数值。
目前国内外建造的大多数交流船舶电网的额定电压是44OV ，或者380V ，这是属于低压交流电力系统。但是随着船舶用电最的增加，发电机容量的增加，持别是一些特种用途船舶所装备的大功率中压用电设备，使中压开始进人船舶电力系统和供配电装置领域。例如，一些大型集装箱船舶侧推器的中压电动机、变频控制装置和配电网络，电力推进船舶的中压发电、配电、用电设备和网络。本文将以2002年底新建成的“泰安口”半潜式电力推进特种运输船的中压电力系统为例，简介中压电力系统的结构和运行模式特点。
极地考察破冰船吊舱推进系统分析及其控制性能仿真研究
极地考察破冰船吊舱推进系统分析及其控制性能仿真研究
黄嵘; 李文明; 袁东方
【期刊名称】《《极地研究》》
【年(卷),期】2019(031)004
【总页数】6页(P441-446)
【关键词】极地航行; "雪龙2"号; 吊舱推进; 控制性能; 仿真分析
【作 者】黄嵘; 李文明; 袁东方
【作者单位】中国极地研究中心 上海 200136
【正文语种】中 文
所谓吊舱式电力推进器, 就是推进电机直接和推进螺旋桨相连, 制成一个独立的推进模块, 并吊挂在船体底部。吊舱式推进器可以在360°范围内任意旋转, 并产生任意方向的推力, 配有此种推进器的船舶具有极佳的机动性能[1-3]。为能满足操作灵活、扭矩范围大等要求, 破冰船很多采用吊舱式电力推进器, 并搭载相应的电力推进系统[4-5]。
本文首先介绍“雪龙2”号极地考察破冰船的概况。再以其使用的ABB公司Azipod®吊舱式推进器为例介绍推进器的设备组成、机械构成及特点, 分析与传统机械式推进器相比的优点。进而, 详细分析“雪龙2”号一侧吊舱式电力推进系统的构成。最后, 利用仿真实验, 在突变负载条件下考查是否会触发飞车保护, 验证吊舱推进器控制系统的可靠性。
“雪龙2”号极地考察船是多功能科考破冰船, 设计与建造符合中国船级社(CCS)和英国劳氏船级社(LR)入级规范要求。设计船长122.5 m, 船宽22.3 m, 船深11.8 m,
吃水深度7.85 m, 排水量为13990吨级, 具有国际领先的双向破冰能力。可在两极水域混有陈冰的次年海冰中航行作业, 艏向和艉向航行能在1.5 m厚的层冰加20
cm的雪中达到2—3节连续破冰速度。其装有技术先进的考察装备和全球定位系统, 具备2万海里续航力, 几乎可以绕地球航行一圈。
“雪龙2”号采用ABB公司的Azipod® VI1600电力推进系统, 包括2套吊舱推进器。每个吊舱推进器的额定功率为7 500 kW, 主推电机为无刷励磁同步电机。每套推进器配有一个直径约为4.2 m的四叶螺旋桨, 桨和桨叶的材料为不锈钢。螺旋桨通过液压形式安装在锥形推进主体上, 螺旋桨桨叶通过螺栓连接在桨毂上。螺旋桨的制造满足ISO 484/1中的船舶制造船舶螺旋桨公差要求, 桨叶公差满足ISO
船舶电力推进概述
2012年第28期渊总第43期冤科技视界Science&TechnologyVision
SCIENCE&TECHNOLOGYVISION科技视界0引言伴随船舶工业的发展和电力技术的进步袁船舶电力推进的发展已经有100多年的历史遥近20年来船舶电力推进技术发展迅速袁已经在船舶推进领域形成了较为明显的特点袁正日益成为船舶工业研究的热门话题遥1船舶电力推进系统的组成和应用船舶电力推进动力组成目前主要有两种形式袁一种是柴油机-电力推进相结合的混合动力推进袁另一种是全电力推进遥船舶电机推进装置包括以下几个主要部分院发电部分袁推进部分以及控制系统遥几大部件主要有原动机袁发电机袁电动机袁螺旋桨以及控制单元遥船舶电力推进简图如图员遥
图员船舶电力推进技术的应用领域广泛袁目前主要应用于以下船舶院邮轮尧渡轮尧破冰船尧水面战舰尧潜艇尧各种工程船尧侧推器辅助控位浮式采油设施和油货轮等遥2船舶电力推进系统的特点2.1船舶电力推进系统主要具有以下优点1冤由于可以优化发动机或者发电机组负荷袁所以能够有效降低船舶的燃油消耗和排放遥发电机组可以在高负载时以较高的效率运行遥特别是应用在运行工况负荷变化较大的船舶上袁例如袁对许多动力定位船来说袁其行驶操作的时间和进行控位/机动操纵的时间通常各占一半遥2冤由于多引擎的冗余袁推进系统的可靠性高遥即使一台发电机组故障袁仍然有足够的动力保持船舶的安全操作遥3冤降低了生命周期成本袁从而降低运营和维护的成本遥如果船舶的运行模式相对来说比较平稳袁则使用电力推进系统经济效益不明显袁但对于多重运行模式的船舶袁使用电力推进系统的经济性较好遥4冤通过部署特殊的推进器袁如全方位角推进器或吊舱式推进装置袁改善的船舶的机动操纵能力和位置保持能力遥5冤动力装置占用的船体空间较少袁增加了船舶的有效载荷遥6冤由于推进器通过电缆提供电力供给袁因此可以不与原动机布置在一起袁这样就可以更加灵活的选择推进器的位置遥7冤由于缩短了传动轴的长度袁而且固定原动机的转速袁加上所采用的特殊螺旋桨使水流更加均匀袁削弱了空泡现象袁从而使得整个推进系统的噪声和振动大为减轻遥8冤高效的性能和高的电机转矩袁可以使系统在低转速的情况下提供最大扭矩遥如在结冰条件下航行则具有一定的优势遥2.2电力推进系统也存在一些缺点1冤初期成本较高遥现代电力推进系统的发展还处在初期阶段袁装备电力推进系统的船舶投资成本增加袁如果采用全船电力推进所需的初期成本比机械推进高20%以上遥2冤能量转换损耗增加遥由于不是原动机与螺旋桨的直接传动袁一般经过两次能量转换袁加大了船舶满载时的传输损耗遥3冤管理与专业人才的缺乏袁对于使用电力推进系统的新用户袁缺少管理该种船舶的经验袁同时电力推进系统对于船舶电气工程师的要求更高遥虽然电力推进系统有以上缺点袁但是总体来说袁电力推进系统的优势更为明显袁随着电力推进技术的不断发展以及相关管理经验的积累袁船舶电力推进技术肯定将日益受到各方的重视遥3船舶电力推进发展展望3.1发电技术目前的船用柴油发电技术已经十分成熟袁但是排放的废气以及产生油水混合物袁都会对环境造成污染袁所以人们正在努力寻找除传统发电机以外的其它发电技术遥自1939年开始袁人们开始对电化学电池产生较大的兴趣遥电化学电池被称之为燃料电池袁它的原理是通过某种燃料和氧气发生反应袁产生电力以及水和热量遥燃料电池发电时不发生燃烧袁以氢燃料电池为例袁几乎不会产生环境污染遥燃料电池结构较柴油发电机更为紧凑袁船舶空间利用率更高遥并且由于是由燃料反应直接转换成电能袁因而燃料的效率叫传统内燃机相比也要高遥另外袁由于不需要运动部件袁也大大降低了噪声的产生袁同时提高了可靠性遥目前袁各类燃料电池的研究都在进行之中袁如院磷酸燃料电池尧质子交换膜或者固体聚合物燃料电池尧熔融碳酸盐燃料电池尧固体氧化物燃料电池尧碱燃料电池尧直接甲醇燃料电池尧锌空气燃料电池以及质子陶瓷燃料电池等遥船舶电力推进概述
船用柴油电力推进器的发展与应用
２００４—２００５年度报道的船用推进 装置订货量调查报告显示，柴油电力 推进装置的销售量明显增加。在船舶 市场对大型吊舱式推进装置的需求达到 高峰的２００１—２００２年，柴油电力推进 装置的总功率就达到了各种船舶推进装 置总功率的１％。虽然在过去五年，柴 油电力推进装置还没有占到整个船用推 进装置市场的最高比例，但机械推进 系统市场继续增长，装船柴油电力推 进装置占到了３．８％，远远超过了去年 的２．４％。 世界市场的变化是在不久的将来电 力推进装置的市场份额将逐年增加。 ２００５年报道的增长都集中在较低端的 输出功率范围为０．５—３．５兆瓦的电力推 进装置。功率范围为０．５—１兆瓦的电 力推进装置与２００３—２００４年相比增长 了５２０％，总功率超过了９２．５兆瓦； 而１．０ｌ一２兆瓦的电力推进装置只增加 了３４％，还不到７０兆瓦；２．０—３．５兆 瓦的电力推进装置增加了３５％，总功 率达到了２３６兆瓦。 在其他功率范围的电力装置中， 只有功率大于７．５兆瓦的有所增加，非 常可观增加了８１％。而这些高端功率 电力推进装置的销售确实有很大增长， 大量的船舶需要装备电力推进装置才能 满足增长的需求。 在９０年代末，大型吊舱式推进装 置开始产生影响，看起来，好像在大 型船舶上柴油电力推进装置要替代机械 推进系统；特别是代替在旅游船和渡 船上使用传统机械推进系统。 吊舱式推进器可以产生比传统的机 械推进装置更加平稳和安静的推力。 此外，吊舱式推进器在船体内所占的 空间小，有助于将柴油机以发动机组 灵活地安装，既可以为吊舱式推进器 提供动力，又可以为船上的其他消费 者提供服务。 由于具有可控制的推进，吊舱式 推进器还能按船舶的操纵灵活性和稳定 性要求按新的尺寸设计。旅游船以舒 适至上，毫无疑问，在旅游船上装吊 舱式推进器具有优势，因此最近几年 休闲旅游船上用的很普遍。 在２０００年代初期，旅游公司的生 意持续火爆，对吊舱式推进器的需求 也看好。因此诞生了三家主要的吊舱 式推进器生产公司：ＡＢＢ公司有自己 的吊舱式全电力推进系统 （Ａｚｉｐｏｄ）；Ｒｏｌｌｓ．Ｒｏｙｃｅ公司有自己 的Ｍｅｒｍａｉｄ（美人鱼）推进器，Ｓｉ． ｅｍｅｎｓ Ｓｃｈｏｔｔｅｌ公司生产的西门子．肖特 尔双螺旋桨推进器（ＳＳＰ）。 不幸的是，２００１年９月１１日的事 件将旅游业推向了严重萧条的境地， 中断了吊舱式推进器的发展。 据行业统计，目前大型吊舱式推 进器的年销售总量大约为２０台，总功 率还不到２００兆瓦，２００１年的高峰期 达到了３０台左右，总功率接近５００兆 瓦。主要是提供给大型旅游船的巨型 吊舱式推进器占了绝大部分。其中， 主要的生产厂家２００４年向大约７０艘船 口李积轩译
舰船电力推进文献综述
舰船电力推进文献综述
摘要：本文简要介绍了舰船电力推进的历史，以及国内外发展的现状，电力推进在民用和军用中的发展，最后介绍吊舱式推进器的应用以及优缺点。
关键词：电力推进，吊舱式推进器
1引言：
起源于19世纪前期的电力推进, 作为舰船推进技术的一个重要分支, 伴随着电力电子和变频调速理论、技术的重大突破, 自20世纪80年代起进入了快速发展阶段。一般来说,
电力推进是指由舰船自带原动机组(电池、汽轮发电机、柴油发电机、燃气轮机发电机等)产生电能, 再由推进电动机将电能转换为机械能驱动螺旋桨(推进器) 实现舰船机动的一种推进方式。
电力推进从功能上可分为2类: 一是混合电力推进, 即在以大功率机械直接推进为主的动力系统中加入小功率电力推进, 以满足舰船低速巡航时的经济性和低噪声需求; 二是全电力推进, 即在舰船运行的全速范围内完全由电动机驱动螺旋桨(推进器)。
2电力推进的优缺点
与传统推进方式相比, 电力推进系统的优越性主要体现在以下几个方面:
( 1)减少了燃油消耗和维护费用, 船舶的全寿命费用相应大幅度降低, 而且在船舶负荷变化较大时效果更加显著。如动力定位船的控位/机动操纵时间通常很长, 基本和行驶操作时间相当, 这类船舶使用电力推进系统可以大量减少燃油消耗和维护费用;
( 2)不易受到单个故障的影响, 并且可以对原动机(柴油机或燃气轮机)的负荷进行优化;
( 3)为电力推进系统提供电力的高中速柴油机, 其重量小于作为主机的低速机, 设备体积小, 占用的船体空间更少, 从而增加了船舶的有效载荷, 为舰船的总体布置和设计提供了更多的空间;
( 4)通过电缆供电, 系统可以不与原动机布置在一起, 因此电力推进系统的位置选择具有较大的灵活性;
( 5)动态性能好, 使船舶具有良好的灵活性, 大幅提高了舰船的机动性能;
( 6)调速范围宽广, 可以保证船舶在不同工况下的各种船速。
电力推进系统与常规推进装置相比也有其不足之处:
船舶电力推进系统
电力推进系统
1引言
传统的船舶推进方式利用柴油机带动螺旋桨推动船舶前 进，但是随着人类环保意识的进一步加强，国际海事组织 （IMO）对排放（尤其是对 NOX 与 SOX 的排放）提出了严格的要求。燃用低质燃油受到限制。石油资源的短缺、燃油 价格的上涨进一步影响了船舶营运者的利益。船舶制造商和 船舶柴油机生产商采取各种措施提高营运中的经济利益。与 此同时，电力推进作为船舶的新型推进动力，世界各国都在进行深入的研究。国外已经开发了多种类型的电力推进系统，并在多型船舶上应用。国内在此领域内的研究则刚刚起步。 作为船舶主动力系统的电力推进系统，由于其高效率、高可 靠性、高自动化以及低维护，正成为水面船舶青睐的主推进系统。
2电力推进系统组成
电力推进系统一般由电站（柴油发电机组、配电盘、变压器）、变频器、推进电机变频异步电动机（驱动螺旋桨）、一般动力负载（辅助机械需要的电动机如各种泵）、螺旋桨、控制设备等其他负荷组成
电力系统基本结构
1．电站 （柴油发电机组、配电盘、变压器）
电站由柴油发电机组和一套主配电板组成。在电力推进 的船舶上，一般配置 2~3 台航行柴油发电机组，另加一台停泊发电机组。发电机组通常供电给一个 380V 或 690V 的低压电网， 为船上的电力推进系统和其他主要设备供电。对电力需求量较大 的特种工程船舶来说，电站的用电设备多、容量大，可能采用 3.3KV 中压电网，以降低电网传输电流，减小发电机体积。
2．变频器
交流推进电机的控制或变速驱动依赖于变压变频技术。 交流推进电动机的调速主要采用变频调速，这就要求向交流 电机供电的电源能够同时改变电压和频率。目前常用的变频 器有三种：同步变频器（交-交变频器）、循环变频器（交-直 -交变频器）和脉宽调制变频器。间接变频方式的工作原理是先将电网输入的交 流电变为直流电，然后再在变流电路中将直流转变为频率可调的交流输出。变频器具有结构简单、输出频率变化范围大、功率因数高、谐波易于消除、可应用于各种大功率设备等优点。