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1、船舶电力推进系统的发展陈家金X1,王和平2(1.山东海事局,山东青岛266002;2.天津海事局,天津300451)=关键词>电力推进系统;超导电磁推进;推进电机=摘要>列举了船舶推进系统的4种电力推进系统,介绍了船舶电力推进与传统的柴油机推进在经济、机动性和安全性等方面所具有的优点,分析了船舶电力推进系统还需在3个方面进行深入研究。第29卷第4期世界海运Vol.29,No.42006年8月WorldShippingAug.2006中图分类号:U664.14文献标识码:B文章编号:1006-7728(2006)04-0009-030引言船舶电力推进系统已有
2、近百年历史,但是由于受各种因素制约,发展缓慢,且大多数只应用在特种船舶上。从20世纪80年代起,供电系统、推进电机和微电子及信息技术的迅猛发展,使船舶电力推进装置打破了长期徘徊局面,得到了大力的发展。电力推进系统基本由机械原动机(柴油机、燃气轮机或核动力)构成,用以驱动交流发电机,发电机再为推进电动机提供动力。电动机可能是直流、交流同步电动机或交流感应电动机。同传统的机械推进方式相比,采用电力推进系统的船舶在经济性、振动噪声、船舶操纵、布置安全可靠性等方面具有明显优点。船舶综合全电力推进系统包括:发电、输电、配电、变电、拖动、推进、储能、监控和电力管理,是
3、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、技术等均发生重大变化,给未来的船带来一场革命。1船舶电力推进装置的组成常用船舶电力推进装置一般由下述几部分组成:原动机、发电机、电动机、螺旋桨以及控制调节设备。其结构如图1所示。2船舶电力推进系统的方案分类2.1永磁电机技术现代永磁电机采用稀土材料励磁,不仅使电机尺寸大大减小,重量减轻,而且使之维护方便,运行可靠,效率提高。与同容量的异步电动机相比,永磁电机效率提高了4%～13%,功率因子提高了5%～20%。由于转子磁场强度受到当前永磁材料的限制,
4、10～30MW额定功率的永磁电动机的设计仍面临极大的困。2.2超导电磁推进技术超导电磁推进技术是利用安装在船上的超导线圈产生的磁场与通过海水的电流之间的作用,产生一个沿着船的纵轴方向的劳伦磁力,并由向船尾运动的海水喷射而获得推力。美国于1980年完成了300kW的电磁推进船海上试验,并制造了2250kW的样机。日本于1985年成立了超导电磁推进开发委员会,开始从事超导电磁推进船的开发工作。1992年,世界上第一艘载人超导电磁推进船大和一号在日本神户港正式试航成功,标志着超导电磁推进技术进入实用阶段。2.3潜艇燃料电池电力推进装置潜艇燃料电池电力推进装置是以
5、燃料电池为潜艇水下航行动力源的推进装置。燃料电池是一种能把化学能直接转换成电能的能量转换装置,电池本体加上燃料、氧化剂及它们的贮存器构成一个完整的燃料电池系统。其特点是:在能量转换方式上与蓄电池相同,都是化学能转换成电能,因此具有安静、效率高的优点;在构成方式上则与柴油发电机组相似,即贮能部分(贮存燃料及氧化剂的贮存器)与能转换装置部分相分离,因此具有长时间连续工作的能力(只要燃料和氧化剂足够),而不像蓄电池那样要来回充放电。各国曾主要研究过两种潜艇用燃料电池:氢-氧电池和肼-过氧化氢电池。近年来,燃料电池研究取得了一些重大的技术突破。例如:潜艇上液态氧贮
6、存器采用新式壳体结构,有些国家研究了用氢化物制取氢的方法等。2.4吊舱式电力推进系统吊舱式电力推进系统是当今备受推崇的一种推进方式。它是一种全方位转动的装置,电动机位于吊舱内,直接驱动螺旋桨。该系统的操纵性能和推进效率非常好,而且由于不需要轴系、舵及助推器,节省了大量的空间,减轻了自身重量,降低了噪声和振动,机动性能更佳,安装也更方便。在民用船舶推广电力推进过程中,促进了吊舱式推进模块的发展。这是一种特殊的推进模块,尽管它的体积不大,却能够代替完整的传统轴系。吊舱式推进的主要优点如下:o①吊舱可以360转动,向各个方向发出推力,为舰船提供了更快、更安全的机
7、动性能。舰船可以在各种气候和紧急条件下实施机动,大约可减少20%的反应时间,舰船制动的距离更短。②节省燃料,极大减少废气排放。③降低了振动和噪声。④维修工作量小。⑤推进装置可在舰船建造后期进行安装,不会与其他建造工序发生冲突。⑥可采用对转螺旋桨等推进技术,改善空泡性能和提高效率。因此,吊舱式电力推进对舰船技术的发展具有重要意义,它将是未来舰船的主要推进方式之一。近年来,由于一些大型船舶的需要,吊舱式电力推进装置的功率已经达到几万千瓦,技术也日趋成熟。3电力推进系统的优点(1)空间配置灵活。大型船舶的柴油机几乎是毫无例外安装在船尾的下部空间,同时需要一根较长
8、的传动轴系连接螺旋桨。而电力推进的电动机通常和螺旋桨靠得很近,省去
