船舶电力推进技术发展概述
第08卷 第8期 中 国 水 运 Vol.8 No.8 2008年 8月 China Water Transport August 2008
船舶电力推进技术发展概述
陈新毅，杨 烨
（广州金桥管理干部学院，广东 广州 510260）
摘 要：本文简要介绍了船舶电力推进技术的基本组成，发展历史，吊舱式电力推进系统，以及船舶电力推进技术的展望。
关键词：船舶；电力推进；吊舱式推进；展望
中图分类号：U665.1 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2008）08-0048-02
一、电力推进系统的组成
目前世界上使用电力推进的船舶，主要可分为两类：一类是电力推进与其他发动机推进结合的混合推进，例如英国23型护卫舰；另一类是全电力推进，即使用一个电站供电给推进装置和其他辅助装置，例如美国DD21水面舰艇。
船舶电力推进装置一般由原动机﹑发电机﹑电动机﹑螺旋桨以及控制单元组成。简要结构如下（图1，图2）：
K Y
G
又建造了“列克星敦”号和“萨拉托家”号航空母舰，其动力均采用180000轴马力的电力推进系统。至此，电力推进进入迅速发展和广泛应用时期。二战结束以后，因为齿轮加工技术的提高，电力推进船舶又进入一个相对萎缩的阶段。
20世纪90年代以来，随着电力电子技术的迅猛发展和大功率交流电机的变频调速技术的日益成熟，基于晶闸管IGBT 实现的电力推进技术，在国内外受到了高度的重视，在10多种船型上得到了广泛的应用。1989年，电力推进装置有了突飞猛进的发展，芬兰Kvaerner Masa-Yard和ABB 芬兰公司率先提出了吊舱式电力推进的概念，其设计思路是：把螺旋桨驱动电机置于一个能360°回转的流线型吊舱内，悬挂在船尾下方，吊舱式电力推进有良好的优越性。近年来，综合全电力推进系统使得电力推进船舶在军事舰艇上得到了
J
M
图1 电力推进系统简图
深入的研究。实现了电力和动力两大系统的全面融合。
目前，电力推进越来越广泛的使用在潜艇、起重船、破冰船、挖泥船、消防船、滚装船、领航船、航标工作、船渡船、豪华游船以及军事舰艇上。
1．吊舱式电力推进的发展
吊舱式电力推进系统主要由电力推进器，推进电机，螺旋桨，流线型连接筒等组成。目前，这种推进装置主要有荷兰ABB 公司和Kvaerner Masa船厂联合研制的Azipod 系统，德国西门子公司和Schottel 公司联合开发的ssp 系统，Kame-wa 公司和Alstom 公司联合研制的MERMAID 系统，荷兰Jone Crane-Lips公司和德国STNATLAS 公司联合研制的DOLPHIN 系统。另外还有肖特尔公司研制的肖特尔船用双桨推进器（STP）系统，肖特尔舵桨（SRP）系统，肖特尔喷水推进（SPJ）系统，肖特尔Pod 推进系统，肖特尔Combi Drive推进系统等。
三、船舶电力推进方式的优缺点 1．电力推进方式的优点
（1）操纵灵活，机动性能好，靠离码头时可不需拖轮协助，有更好的经济性；
（2）电力推进装置的操纵由驾驶台直接控制，应付紧急状态能力强，有利于提高安全。见表1。
图2 常规潜艇电力推进简图
原动机Y 带动发电机G，发电机带动推进电机M，电机M 驱动螺旋桨J，推动船舶航行。因螺旋桨所需功率很大，一般需要设置两个单独的电站：推进电机电站和辅机电站，分别给推进电机和辅机供电。目前的原动机一般使用高速或中高速的柴油机，推进装置一般有直流电力推进和交流电力推进两种。
二、电力推进技术的发展历史
自1833年第一艘电动实验船诞生到现在，电力推进系统的发展已经有170多年的历史，船舶电力推进系统是一种比较先进的推进方式，但长期以来电力推进技术并没有很好的得到应用，主要有两个原因：（1）传统观念认为：用发电机﹑配电装置﹑变频器和电动机取代机械推进系统，船舶体积和重量将会增加；（2）因存在两次能量转换，其效率低于机械推进方式。
1912年和1918年美国先后建成了往复式蒸汽机交流电力推进航空母舰和汽轮机交流电力推进“墨西哥”号战列舰，总轴功率达到了4000kw 和22000kw。1925年美国
收稿日期：2008-06-04
作者简介：陈新毅，广州金桥管理干部学院。
第8期 陈新毅等：船舶电力推进技术发展概述 49
车钟操作 机械加减速
4 10
4 10
5 25
0 8
0 8
0 13
（3）有很好的低速特性，恒功率特性，恒电流特性和陡转特性；
（4）因省去了主机与螺旋桨之间的轴系以及舵，节省了大量的空间，可以增加船舶有效空间和有效载荷；
（5）可采用中高速的非反转原动机，主机的选择有很大的灵活性；
（6）原动机和螺旋桨系柔性连接，使得螺旋桨的转速不受原动机转速的限制，彼此都可以工作在最佳状态；
（7）噪声小，震动小，废气NOx 排放减少； （8）若采用吊舱式电力推进系统，省去了长轴系，操舵装置和舵，可不设舵机房，也省去了bow throuster，减轻了设备的重量，增加了有效载荷。另外，模块化设计原理使吊舱模块可以在船舶建造完成时安装，缩短了建造时间；不需要进坞就可以维修螺旋桨，吊舱装置可以在水下安装。
2．电力推进方式存在的问题
（1）由于经过两次能量转换，在电气能量转换中，若采用交-直-交变频调速，还有两次电能的能量转换，使得电力推进比传统推进效率降低。额定工况时，一般直接传动为：98%，直流电力推进为：85%～90%，交流电机推进为：94%～95%；
（2）初期投资成本较高。例：中远广州公司18000t 半潜船采用SSP 吊舱式电力推进系统，比传统推进采购费多300万美元，有资料表明，采用全电力推进比机械推进所需初期费用贵25%左右；
（3）需要高技术的电气工程师做维修保养工作。 四、电力推进技术的展望
超导电磁推进系统是电力推进的一种特殊分支，近年来受到重视，电磁推进船的基本设计思想是，船中装置着由导电材料制作的线圈构成的强电磁铁，在船底两侧安装若干对
电极板，电磁铁通电之后能在船尾附近的海水中形成强磁场。当电极板加上电压以后，在含盐的海水中形成电流，电流流经磁场区与磁场相互作用而产生磁力，产生的磁力作用于载电流的海水推动海水后移，船体受海水的反作用力向前航行。超导电磁船具有高推进效率，噪声小，操纵性能好，推力大，综合效率高等优点。上世纪90年代初世界上第一艘超导船“大和１号”在日本建成并开始海上航行。
燃料电池作为电源取代现在传统的同步电机是近年来另一个研究方向，燃料电池是将燃料的化学能直接转换为电能。燃料电池的单位容积和单位重量的能量输出大，只要连续供应燃料就能连续的产生电能。目前，燃料电池按电解质划分已有6个种类得到了发展，即碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell）、磷酸盐型燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell）、熔融碳酸盐型燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell）、固体氧化物型燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell）、固体聚合物燃料电池（Solid Polymer Fuel Cell）、及生物燃料电池（Biology Fuel Cell）。燃料电池产生的是直流电，可以采用DC/AC转换，通过这种方法，电压等级方面的问题可以得到改善，但对于大功率情况，所需费用高，所以仍需进一步研究。
参考文献
[1] 徐筱欣，主编 船舶动力系统，上海交通大学出版社. [2] 张庆文，大连理工大学硕士学位论文，吊舱式电力推进装
置及其螺旋桨设计研究.
[3] 金焘，国外舰船电力推进技术发展概况，上海造船，2006
（02）.
[4] 张崇巍，张兴，PWM 整流器及其控制，机械工业出版社. [5] 黄鹏程，大连海事大学硕士学位论文，吊舱式电力推进原
理和管理控制的研究.
中国计算力学大会2008暨第七届南方计算力学学术交流会
会议背景介绍：为促进计算力学学科的学术交流，推动计算力学学科的发展和在工程中的应用，经南方计算力学联络委员会2007年11月14日泉州工作会议讨论并与中国力学学会计算力学专业委员会商议，决定：2008年7月28－8月1日在湖北宜昌三峡大学召开中国计算力学大会’2008（CCCM2008）暨第七届南方计算力学学术会议（SCCM－7）。
所在城市：湖北省 宜昌市
主办单位：中国力学学会计算力学专业委员会