船舶動力裝置概論

船舶動力裝置原理與設(shè)計主講：胡義周瑞平電話傳真:86553482E-mail:huyiwhut@163.comdongzhuang2009年03月1主要內(nèi)容船船動力裝置總論推進(jìn)裝置設(shè)計船舶后傳動設(shè)備船舶管路系統(tǒng)船舶推進(jìn)裝置的特性與配合船舶動力裝置設(shè)計2第1章船舶動力裝置概論船舶動力裝置的含義及組成船舶動力裝置的類型及特點(diǎn)船舶動力裝置的基本特性指標(biāo)對船舶動力裝置的要求31.1船舶動力裝置的含義及組成含義組成：推進(jìn)裝置輔助裝置機(jī)艙自動化船舶系統(tǒng)甲板機(jī)械主發(fā)動機(jī)主鍋爐推進(jìn)器傳動設(shè)備船舶電站輔助鍋爐裝置保證船舶正常航行、作業(yè)、停泊以及船員、旅客正常工作和生活所必需的機(jī)械設(shè)備的綜合體。Tips:船舶動力裝置是一個很復(fù)雜能量綜合體

動力管系船舶管系錨泊機(jī)械操舵機(jī)械起重機(jī)械4典型的柴油機(jī)動力裝置能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)重油柴油機(jī)械能熱能電能余熱燃油加熱滑油加熱制淡裝置艙室取暖廚房加熱駁動輔機(jī)船舶照明船舶通訊機(jī)艙自動化5船舶動力裝置的基本類型及特點(diǎn)

6基本類型柴油機(jī)推進(jìn)動力裝置汽輪機(jī)推進(jìn)動力裝置燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)動力裝置核動力推進(jìn)動力裝置聯(lián)合動力推進(jìn)動力裝置052級驅(qū)逐艦首艦“青島”號053H3級導(dǎo)彈護(hù)衛(wèi)艦０９３型攻擊核動力潛艇7發(fā)展歷史8柴油機(jī)推進(jìn)動力裝置的特點(diǎn)A.有較高的經(jīng)濟(jì)性，耗油率比蒸汽、燃?xì)鈩恿ρb置低得多；B.重量輕(單位重量的指標(biāo)小)；C.具有良好的機(jī)動性，操作簡單，啟動方便，正倒車迅速；D.功率范圍廣。A.柴油機(jī)尺寸和重量按功率比例增長快；B.柴油機(jī)工作中的噪聲、振動較大；C.中、高速柴油機(jī)的運(yùn)動部件磨損較厲害；D.柴油機(jī)低速穩(wěn)定性差；E.柴油機(jī)的過載能力相當(dāng)差。9我國船舶大功率柴油機(jī)現(xiàn)狀10汽輪機(jī)推進(jìn)動力裝置1—鍋爐2—過熱器3—主蒸汽管路4—高壓汽輪機(jī)5—低壓汽輪機(jī)6—減速齒輪7—螺旋槳8—冷凝器9—冷卻水循環(huán)泵10—凝水泵11—給水泵12—給水預(yù)熱器11蒸汽輪機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用較少（燃油消耗率高）運(yùn)輸液化天然氣的LNG液貨船原因：在LNG液貨船上，液化氣以-162℃的溫度下裝在隔熱艙中運(yùn)輸。盡管高效隔熱，但仍然不可避免每天有0.1-2.5%液化氣蒸發(fā)。蒸發(fā)的天然氣可用作雙燃料主鍋爐的燃料，生產(chǎn)主渦輪機(jī)用的蒸汽，提供幾乎全部需要的推進(jìn)功率。重燃油則用作輔助燃料和船舶的壓載貨物。12汽輪機(jī)推進(jìn)動力裝置的特點(diǎn)a.單機(jī)功率大,可達(dá)7.5×104kw以上；b.轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，無周期性擾動力，機(jī)組振動噪聲??；c.工作可靠性高；d.可使用劣質(zhì)燃料油，滑油消耗率也很低。a.總重量大，尺寸大；b.燃油消耗率高；c.機(jī)動性差,啟動前準(zhǔn)備時間約為30~35min，緊急須15~20min。Tips:汽輪機(jī)推進(jìn)裝置主要采用的是汽輪機(jī)+減速齒輪箱+定距槳的形式；少數(shù)采用汽輪機(jī)電力傳動形式。13燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)動力裝置1-螺旋槳2-減速齒輪3-壓氣機(jī)4-燃燒室5-燃?xì)廨啓C(jī)6-聯(lián)軸器7-起動電動機(jī)（1）壓氣機(jī)（2）燃燒室（3）燃?xì)廨啓C(jī)14關(guān)于燃機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)裝置是一種以空氣及燃?xì)鉃楣べ|(zhì)的旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動機(jī)，它的結(jié)構(gòu)與飛機(jī)噴氣式發(fā)動機(jī)一致，也類似蒸汽輪機(jī)。主要結(jié)構(gòu)有三部分：1、燃?xì)廨啓C(jī)（透平或動力渦輪）；2、壓氣機(jī)（空氣壓縮機(jī)）；3、燃燒室。其工作原理為：葉輪式壓縮機(jī)從外部吸收空氣，壓縮后送入燃燒室，同時燃料（氣體或液體燃料）也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合，在定壓下進(jìn)行燃燒。生成的高溫高壓煙氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)膨脹作工，推動動力葉片高速旋轉(zhuǎn)，乏氣排入大氣中或再加利用。

15關(guān)于燃機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)具有效率高、功率大、體積小、投資省、運(yùn)行成本低壽命周期較長等優(yōu)點(diǎn)。主要用于發(fā)電、交通和工業(yè)動力。燃?xì)廨啓C(jī)分為輕型燃?xì)廨啓C(jī)和重型燃?xì)廨啓C(jī)，輕型燃?xì)廨啓C(jī)為航空發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)型，如LM6000PC和FT8燃?xì)廨啓C(jī)，其優(yōu)勢在于裝機(jī)快、體積小、啟動快、簡單循環(huán)效率高，主要用于電力調(diào)峰、船舶動力。重型燃?xì)廨啓C(jī)為工業(yè)型燃機(jī)，如GT26和PG6561B等燃?xì)廨啓C(jī)，其優(yōu)勢為運(yùn)行可靠、排煙溫度高、聯(lián)合循環(huán)組合效率高，主要用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)。16輕型燃?xì)廨啓C(jī)

17重型燃?xì)廨啓C(jī)

連接發(fā)電機(jī)進(jìn)氣道主軸固定支架軸頸軸承壓氣機(jī)葉片壓氣機(jī)模塊燃?xì)廨啓C(jī)固定支架葉輪葉輪貫穿螺栓進(jìn)氣道定位水平缸封18深圳號導(dǎo)彈驅(qū)逐艦19燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)動力裝置的特點(diǎn)a.單位功率的重量尺寸?。籦.啟動加速性能好；c.重量輕，體積??；d.振動小，噪聲小。a.主機(jī)沒有反轉(zhuǎn)性,配備換向系統(tǒng)或調(diào)距槳；b.必須借助啟動機(jī)械啟動；c.葉片材料昂貴，工作可靠性較差，壽命短；d.進(jìn)排氣管道尺寸大，艙內(nèi)布置困難。e.生產(chǎn)廠家主要為兩家國外公司(英國的rolls2royce公司和美國的通用電氣公司)低負(fù)荷下耗油率高LM250020核動力推進(jìn)動力裝置1—核反應(yīng)堆2—反應(yīng)堆芯3—控制棒4—冷卻循環(huán)泵5—蒸汽發(fā)生器6—高壓汽輪機(jī)7—低壓汽輪機(jī)8—輔汽輪機(jī)9—主冷凝器10—輔冷凝器11—主給水泵12—減速器13—螺旋槳14—穩(wěn)壓筒21核動力推進(jìn)動力裝置22核動力推進(jìn)動力裝置23核動力推進(jìn)動力裝置的特點(diǎn)a.極少的燃料釋放巨大的能量如1.1×106kw之核動力裝置工作一晝夜僅消耗核燃料15-18g；b.功率大；c.無需空氣。a.裝置大；b.操縱管理檢查系統(tǒng)比較復(fù)雜；c.裝置造價昂貴。俄羅斯阿庫拉Akula(鯊魚)級戰(zhàn)略核潛艇０９4型攻擊核動力潛艇24聯(lián)合動力推進(jìn)動力裝置汽輪機(jī)＋加速燃?xì)廨啓C(jī)（COSOG或COSAG）柴油機(jī)＋加速燃?xì)廨啓C(jī)（CODOG或CODAG）燃?xì)廨啓C(jī)＋加速燃?xì)廨啓C(jī)（COGAG或COGOG）

尼米茲級航空母艦（美）“林肯”號125聯(lián)合動力推進(jìn)動力裝置的特點(diǎn)a.重量尺寸??；b.操縱方便，備車迅速；c.自巡航到全速工況加速迅速；d.具有多機(jī)組并車的可靠性；e.管理與檢修費(fèi)較低。a.必須配備不同燃料及相應(yīng)的管路及貯存設(shè)備；b.主減速器的小齒輪數(shù)目多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；c.在減速器周圍布置有難度。（英）“無敵”號意-加里博迪號26LNG船推進(jìn)系統(tǒng)27LNG船推進(jìn)系統(tǒng)雙燃料柴油機(jī)迄今第一艘由燃用BOG的Waertsilae50DF雙燃料柴油機(jī)電力系統(tǒng)(DFDE)驅(qū)動的LNG船—75000m3的GazdeFranceEnergy已于2004年末投入營運(yùn)。圖2為驅(qū)動該船的DFDE系統(tǒng)。雙燃料柴油機(jī)的主要特點(diǎn)是:采用燃油和天然氣(BOG)兩種燃料,功率較大,體積小,重量輕,占LNG船艙內(nèi)空間小,有害排放物少。雙燃料柴油機(jī)通常用于驅(qū)動容量不超過155000m3的LNG船28LNG船推進(jìn)系統(tǒng)COGES系統(tǒng)

對于在230000~265000m3載貨量范圍的大型LNG船,CO-GES(燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)聯(lián)合的綜合電力推進(jìn)系統(tǒng))是極具吸引力的。在COGES系統(tǒng)中,燃?xì)廨啓C(jī)的排氣排入余熱鍋爐。余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)做功。燃蒸聯(lián)合循環(huán)中的燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)生產(chǎn)的電力驅(qū)動推進(jìn)用電動機(jī)并向船舶總電網(wǎng)供電,燃蒸聯(lián)合循環(huán)的效率約為45%~50%。在使用低壓蒸汽時,COGES系統(tǒng)的能量利用率高達(dá)80%。COGES系統(tǒng)具有燃料靈活性,可以燃用重燃油、蒸發(fā)氣或兩者的結(jié)合。

29LNG船推進(jìn)系統(tǒng)比較

鍋爐汽輪機(jī)裝置：功率大、可靠性高、使用壽命長、初投資費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。燃料效率只達(dá)到30%左右，,即使應(yīng)用再熱循環(huán)并提高蒸汽初參數(shù),其效率也僅達(dá)到約34·5%

柴油機(jī)裝置：低速機(jī)接近48%，初投資費(fèi)用高、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高、壽命較低等。尺寸重量要比燃?xì)廨啓C(jī)裝置大得多

燃?xì)廨啓C(jī)熱效率已達(dá)到40%、重量尺寸明顯小于鍋爐汽輪機(jī)裝置和柴油機(jī)裝置、機(jī)動性好、自動化程度高，可實現(xiàn)無人機(jī)艙運(yùn)行,CO-GES裝置的總運(yùn)費(fèi)率比雙燃料柴油機(jī)低10%。它的缺點(diǎn)是使用壽命明顯低于鍋爐汽輪機(jī)裝置,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也比較高。30推進(jìn)器類型螺旋槳：在航速低于30kn的船舶中占主導(dǎo)地位噴水推進(jìn)：在航速高于30kn的船舶中占主導(dǎo)地位全回轉(zhuǎn)槳：對機(jī)動性要求較高的船舶，采用該推進(jìn)器節(jié)省了舵，減少了費(fèi)用選擇的主要考慮因素：船舶的大小、航行速度以及操縱靈活性等31新型船舶動力裝置噴水推進(jìn)吊艙推進(jìn)高速主機(jī)全電力推進(jìn)超導(dǎo)磁流體推進(jìn)

NEXT32噴水推進(jìn)(1)在限制直徑情況下，噴水推進(jìn)的效率可以比普通漿為高．這是因為，泵的葉輪可承受比普通槳高的負(fù)荷。(2)可在空泡很低的情況下正常工作．因為泵有較高的抗汽蝕性能。(3)振動小。因為泵的葉輪似在導(dǎo)管中工作，流動均勻，激振力小。(4)倒車和回轉(zhuǎn)時主機(jī)轉(zhuǎn)向不變，倒車回轉(zhuǎn)較靈活，倒車施力較普通漿為大．(5)噴水推進(jìn)系統(tǒng)采用后，減少了船體上的附件，如尾軸和軸架等，有利于減少阻力高速艇尤其如此。(6)由于噴水裝置能在多工況下較好地發(fā)揮主機(jī)功率，因此在多工況船舶上采用也比較有利。33缺點(diǎn)：(1)在吃水不限制的情況下，與普通槳相比，噴水推進(jìn)效率較低，故一般在常規(guī)船上不采用。(2)噴水推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工藝上較復(fù)雜(特別是導(dǎo)流片和倒車裝置)，建造成本高，檢修也較困難。(3)噴水管道內(nèi)因水的重量作用使船舶排水量增加．(4)在卵石多的淺水航道中采用時，泵的葉輪易被打壞．34應(yīng)用噴水推進(jìn)較適用于內(nèi)河拖輪、淺水自航船(如客船、交通)、高速船舶(包括滑行艇、側(cè)壁式氣墊船、水翼船等)，以及要求低噪音的專用船舶上。在速度超過30kn的船舶中占有主導(dǎo)地位35噴水推進(jìn)器–應(yīng)用

主要發(fā)動機(jī)

Passengervessel(Trimaran)

2xSPJ57RD(230kWeach)

Shipyardandowner:Lux-WerftundSchiffahrtGmbH,Niederkassel-MondorfundSchiffahrtGmbH,GermanyDouble-endedferry

(1.70mdraught),

4xSPJ220(555kWeach)

Shipyard:ScheepswerfBijlsama,TheNetherlands

Owner:WagenborgPassagierdienstenBV,TheNetherlands36主要制造商的研制進(jìn)展情況

新西蘭Hamilton公司瑞典Kamewa公司荷蘭LipsJet公司其他公司英國UltraDynamics公司美國，Kodiak公司、AmericanJet公司和AmericanTurbine公司瑞典的MJP公司中國上海的708所37船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)MarineElectricPropulsionSystem(MEPS)Energysources：FossilAtomic…PropellersMotorGeneratorPrimeengine：DieselTurbine...FuelCellOtherloadsMechanicalEnergyElectricenergyMEPS:WHAT’s&WHY38艦船電力推進(jìn)的應(yīng)用概況39艦船電力推進(jìn)的應(yīng)用概況馬島之戰(zhàn)后，英國海軍在23型護(hù)衛(wèi)艦上首先采用了柴電-燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合動力裝置（CODLAG）。該艦艇低速航行時，由兩臺CEC公司的750V/1.3兆瓦（MW）直流電機(jī)驅(qū)動，巡航速度17節(jié)，航程7000海里。其直流電機(jī)直接驅(qū)動定距槳，由四臺柴油發(fā)電機(jī)組給推進(jìn)電機(jī)及全船其它設(shè)備供電。美國海軍在1980年就和西屋公司簽定了為排水量6500噸的雙軸驅(qū)逐艦研制綜合電力（IED）推進(jìn)系統(tǒng)的合同，設(shè)計的電力推進(jìn)系統(tǒng)采用發(fā)電機(jī)供給全艦其它設(shè)備的用電，為能與推進(jìn)系統(tǒng)完全綜合，其推進(jìn)的電機(jī)為普通交流電機(jī)，變頻器采用可控硅元件，整個系統(tǒng)的重量、體積比常規(guī)推進(jìn)系統(tǒng)大。由于在研制過程中，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)不是經(jīng)濟(jì)上可承受的、性能上能滿足要求的合理結(jié)構(gòu)，在1994年美國海軍提出了綜合電力系統(tǒng)（IPS）概念，即綜合全電力推進(jìn)（IFEP）系統(tǒng)。我國在2005年第1艘電力推進(jìn)海監(jiān)船下水40電力推進(jìn)的組成部分艦艇電力推進(jìn)系統(tǒng)一般由以下幾部分組成：螺旋槳電動機(jī):采用直流他勵雙樞雙換向器電動機(jī)或交流同步電動機(jī)、異步電動機(jī)。目前用的最多的是直流雙樞電動機(jī)發(fā)電機(jī):采用直流他勵或差復(fù)勵電機(jī)、交流整流同步發(fā)電機(jī)或交流同步發(fā)電機(jī)。原動機(jī):采用柴油機(jī)、汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)。目前一般采用高速或中速柴油機(jī)。大功率時多采用汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)?？刂普{(diào)節(jié)設(shè)備。潛艇蓄電池也是一種電力推進(jìn)裝置41目前艦艇電力推進(jìn)裝置的發(fā)展動向42目前艦艇電力推進(jìn)裝置的發(fā)展動向43綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)44綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)45綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足同機(jī)械推進(jìn)方式相比，綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性、提高戰(zhàn)斗力、增強(qiáng)生命力等方面具有優(yōu)勢：經(jīng)濟(jì)性好。IFEP系統(tǒng)油耗小，據(jù)美國近期報道，驅(qū)逐艦采用全電力推進(jìn)，在30年工作壽命期間將比機(jī)械推進(jìn)節(jié)省16%以上的燃料費(fèi)。IFEP節(jié)油的原因在于：a)低速航行時，電力推進(jìn)可用較少的發(fā)動機(jī)提供相同的凈功率。b)電力推進(jìn)艦艇在低速航行時，能夠使原動機(jī)在高功率工作點(diǎn)運(yùn)行，而機(jī)械推進(jìn)艦艇在低速航行時，原動機(jī)效率下降，耗油量增大。c)IFEP系統(tǒng)減去了艦艇的輔助裝置和戰(zhàn)斗系統(tǒng)所需的單獨(dú)發(fā)電機(jī)組。

d）在雙體船、三體船等非常規(guī)船型上使用時，IFEP系統(tǒng)易于實現(xiàn)自動化、可減少人員配置，降低培訓(xùn)費(fèi)；布置的靈活性可使艦船結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減少艦船的排水量；改善了艦船的可生產(chǎn)性，降低了生產(chǎn)費(fèi)用。艦艇航行時，只讓所需的最小數(shù)量的原動機(jī)運(yùn)行，減少了原動機(jī)總運(yùn)行時間，可節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。46綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足提高了艦艇的戰(zhàn)斗力a)由于減少了原動機(jī)數(shù)量，去除了許多機(jī)械傳動系統(tǒng)，可騰出有效空間以裝載更多武器。b)能為未來的激光、電磁武器提供足夠的電力。c)改善了操縱性.螺旋槳由電機(jī)控制，能在全速范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，對指令的響應(yīng)快；而機(jī)械系統(tǒng)具有一個最小的軸速，其響應(yīng)受聯(lián)軸節(jié)的較長的響應(yīng)時間的制約。d)增加了續(xù)航力。由于降低了耗油量，同樣的燃油可提供更大的續(xù)航力。e)不管是柴油機(jī)，還是燃?xì)廨啓C(jī)，都不容易實現(xiàn)正、反兩個方向運(yùn)轉(zhuǎn)的操作，為解決此問題，現(xiàn)代艦艇多采用可調(diào)距螺旋槳，但這種方式需耗費(fèi)大量的燃料。而電力推進(jìn)的反向問題可通過使用電力電子設(shè)備轉(zhuǎn)換所用電源的極性或相位來方便地實現(xiàn)。可提高艦艇的操縱靈活性。f）系統(tǒng)布置靈活，可降低排水量。由于突破了將發(fā)動機(jī)、推進(jìn)器、傳動軸系布置在一條直線上的傳統(tǒng)設(shè)計模式，用電纜完全取代機(jī)械連接，原動機(jī)可以布置在任何地方，使全艦系統(tǒng)和設(shè)備布置更加靈活，從而降低艦艇排水量。47綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足增強(qiáng)了生命力a)降低了噪聲、提高了隱蔽性。由于原動機(jī)可以布置在水線以上，從而可以降低水下輻射噪聲，而且由于取消了齒輪箱，也大大降低了振動噪聲。與機(jī)械推進(jìn)相比，在寬頻帶可降低15~20分貝，在窄頻帶降低更多。b）操作人員可選擇最合適的發(fā)動機(jī)組合形式，確保發(fā)動機(jī)以最佳效率工作，避免了發(fā)動機(jī)的低負(fù)載運(yùn)行。c)IFEP系統(tǒng)由其左右舷雙重總線向負(fù)載供電，具有很強(qiáng)的抗故障能力。推進(jìn)系統(tǒng)也有備用線路，不易完全損壞。48綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足當(dāng)一艘艦艇的大部分航行時間是滿功率高速航行時，使用效率低的全電力推進(jìn)系統(tǒng)是不利的。全電力推進(jìn)系統(tǒng)不適合于航空母艦使用。航母盡管有可能采用綜合電力系統(tǒng)，但目前采用標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械推進(jìn)更為合適，因為象航母那樣大型的艦船，電力推進(jìn)與蒸汽動力裝置相比并不節(jié)約空間和重量。未來航母可能需要更大的電力，以滿足電磁彈射與回收裝置、未來的電磁武器以及對抗措施的需要，而增加電力的最經(jīng)濟(jì)的方法是使用功率更大的汽輪機(jī)組。全尺寸系統(tǒng)試驗的綜合電力系統(tǒng)（IPS）不適合潛艇使用，因為這種IPS使用感應(yīng)電機(jī)，不是使用永磁電機(jī)，體積和噪音太大，只適合于水面艦艇使用。4950吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用

先進(jìn)的吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)，就是推進(jìn)用電機(jī)直接和推進(jìn)螺旋槳相連，制成一個獨(dú)立的推進(jìn)模塊，并吊掛在船體底部。該推進(jìn)模塊可以360°水平旋轉(zhuǎn)。這樣，推進(jìn)的方位角可以人為地進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。其直接后果就是取消了舵機(jī)系統(tǒng)及相應(yīng)的操縱機(jī)構(gòu)。在吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)中，螺旋槳和推進(jìn)電機(jī)共軸，兩者之間沒有任何其他環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，通常制成一個獨(dú)立的推進(jìn)模塊。它可以在船舶試航前安裝，甚至可以在海上進(jìn)行裝卸51吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)和傳統(tǒng)的船舶推進(jìn)系統(tǒng)相比有如下一些特點(diǎn)：推進(jìn)效率高。取消了尾軸、尾側(cè)推器、舵機(jī)系統(tǒng)等，不需專門的冷卻系統(tǒng)，從而節(jié)省了艙容，簡化了安裝?？臻g配置靈活，可以在機(jī)艙整個空間內(nèi)立體布置，既方便靈活，又充分利用了機(jī)艙艙容，為船體設(shè)計，尤其是船尾和集控室部分的設(shè)計提供了很大的靈活性。從消防和安全性方面考慮，還可以把發(fā)電機(jī)分成幾組（如全船共有6臺發(fā)電機(jī)的情況下，可以分成3臺1組）布置在不同的艙室中。模塊化設(shè)計原理使得推進(jìn)模塊可在船舶建造基本完成、準(zhǔn)備試航前安裝，必要時，可在海上安裝和拆卸推進(jìn)模塊。噪聲低、振動小、廢氣排放減少最短的應(yīng)急停車時間推進(jìn)器可在360°水平范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，極大地提高了船舶的操縱性和機(jī)動性。根據(jù)需要決定并入電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)臺數(shù)，使每臺機(jī)組都能工作在比較理想的負(fù)荷下，這樣不僅對柴油機(jī)的良好燃燒和使用重油有好處，而且可以減少維修保養(yǎng)工作和降低備件費(fèi)用。52吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用53吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用54Pod指吊于船外的水下艙室，室內(nèi)有推進(jìn)電機(jī)，通過軸系及推進(jìn)軸承和推進(jìn)器，電機(jī)與母船只有動力電纜及通信電纜相連接。FixPod與Azipod：Azipod指可沿Z軸360o旋轉(zhuǎn)動的吊艙，其中Azi－指Azimurth。Azimurth傳動過去由錐齒輪系組成的Z－drive實現(xiàn)，后來又用于側(cè)推器（Thruster）。在九十年代中期ABB率先將Azimurth概念用于主電力推進(jìn)。其后又提出了對向反轉(zhuǎn)吊艙推進(jìn)裝置的概念。生產(chǎn)吊艙系統(tǒng)的著名公司ABBIndustry（Azipod）Rolls-Royce（Mermaid）Schottel-Siemens（SSP）JohnCranelips（Dolphin）55其他吊艙56Azipod吊艙的結(jié)構(gòu)如圖所示57Azipod吊艙的結(jié)構(gòu)圖5859緊湊式吊艙推進(jìn)器60吊艙式推進(jìn)裝置(PoddedPropulsor)Azipodwasthefirstazimuthingpoddedpropulsionsystemintroducedinthemarket.AzipodisanextentiontotheproductsprovidedbyABBMarinetotheworld′sshipbuilderswithstate-of-theartelectricpropulsiondrivesforluxurycruisevessels,ro-rovessels,tankers,offshoreandspecialpurposevessels

61Azipod?PropulsionPerformanceTheAzipodpropulsionsystemcombinestheadvantageofvariousconventionalpropulsionsystemsavailabletoday.

TheAzipodpropulsionsystemoffersmajorbenefitsinexcellentdynamicperformanceandmanoeuvringcharacteristics,hydrodynamicefficiencyresultinginshorterharbourtimes,reducedfuelconsumption,saferoperationalsoinharshweather,restrictedpassagesand

offshoreenvironments.

62ManouveringPerformanceofCruiseVessel

M/SParadiseTurningCircle

Performanceof

Shuttletanker

UikkuoniceMultipurposeSupplyVesselandIcebreakerBotnicarammingiceridges.63Azipod?PropulsionUnitABBdesignsandmanufacturesAzipodpropulsionunitsforallmarinepropulsionapplications

TheAzipodsystemisanazimuthingelectricpropulsiondrivewherethepropulsionmotorisinstalledinsideasubmergedazimuthing(unlimited360degrees)podandcoupleddirectlytoanextremelyshortpropellershaft.Thevariablespeedelectric(AC/AC)driveproducessmoothtorqueovertheentirespeedrangeincludingzerospeed.Azipodunitsareavailableinupto25MWpowers.64Azipod?Structure65AZICool-CoolingModule

ClosedcircuitAZICoolmoduleincorporatesheatexchangersandventilationfansthatarecirculatingairfromthemotorkeepingtemperatureatoptimallevel.

TransmissionandSteeringModule

Steeringgearunitincorporateshydraulicmotors,drivingpinions,rimwheelandrollertypeslewingbearing.Separatelylocatedhydraulicpumpunitsuppliesthesteeringsystemmotors.

Poweranddatatransmissiontothepodisarrangedthroughaslipringunitlocatedontopofsteeringunit.

Azipod-Module

TheAzipodincorporatessynchronousorasynchronousmotorwithafixedpitchpropeller(FPP)mounteddirectlyontothemotorshaft.Shaftingincludesalsothrustandpropellerbearings,sealingsystemandpossibleexcitatator.Steelstructureisdesignedforhighhydrodynamicefficiencyatvariousoperationalconditions,optimalsteeringcapabilityandtofullywithstandloadsatalloperationalconditions.Connectiontosteeringandpowertransmissionmoduleisdonewithboltedflangeconnection.

Azipod?Structure66ElectricPropulsionABBMarineprovidestheworld`sshipbuilderswithstate-of-theartelectricpropulsiondrivesforluxurycruisevessels,ro-rovessels,tankers,offshoreandspecialpurposevesselsformorethanhalfacentury.Tomaintainourtechnologicalleadership,wewerethecompanytointroduceAzipod?,thefirstazimuthingpoddedpropulsionsystem67ElectricPropulsionFunctionallythepropulsiondrivecanbedividedintofollowingparts:supplytransformer,propulsionmotorandfrequencyconverter.InanACdrive,afrequencyconverterisusedtocontrolthespeedandtorqueofelectricmotor.ThespeedoftheACelectricmotorcanbecontrolledbyvaryingthevoltageandfrequencyofitssupply.Afrequencyconverterworksbychangingtheconstantfrequencymainselectricalsupplyintoavariablefrequencyoutput.

Thebenefitsofthiskindofcontrollingsystemareobvious.Preciseandsmoothspeedcontrolmeanslessequipmentstressresultinginalowermaintenancecosts.Anelectricmotoritselfisvirtuallymaintenance-free.

Thefrequencyconverterdriveprovidessteplesscontrolofthree-phaseACcurrentsfromzerotomaximumoutputfrequency,

correspondingtoadesiredshaftspeedbothaheadandastern.Hightorqueisavailableatallspeeds.

Controllerhardwareandsoftwarearedesignedforsafeoperationinallconditions,aswellasforhighdynamicperformance.Optionalcontrolparametersareflexiblyprogrammableaccordingtospecialrequirements68CompactAzipod?PropulsionConcept69CompactAzipod?PropulsionConcept（1）InordertoutiliseAzipodpropulsionsystemtheshipmusthaveanelectricpowerplant.Generatorsetsareconnectedtothemainelectricswitchboardtodistributeelectricpowerforallpowerconsumersonboard,includingAzipodpropulsion.Withmultipleprimemoversitisalsopossibletoschedulemaintenanceactivities,ortoshutdownageneratorformaintenanceduringavoyage,stillkeepingthevesselinfullservice.Incaseofdieselelectricpowerplantallthedieselenginescanbeofthesametype,whichminimisesthesparepartsinventories.Thenumberofvulnerableauxiliarysystemsisreducedtoaminimum.Thespeed(rpm)oftheAzipodpropulsionmotoriscontrolledandchangedbyalteringtheincomingACelectricfrequency.ThisisdonebyACS600MarineDrive,whichhasfeaturesasfollows:watercooling,lowvoltage(690V),andfullnominaltorquefromzerospeedtothemaximumpropellerspeedinbothrotationdirections.70CompactAzipod?PropulsionUnitThenewCompactAzipodpropulsionsystemwasdevelopedwiththeexperiencegainedfromexistingAzipodUnits.CompactAzipodisdesignedforapowerrangefrom400kWupto5MWtomeettheconstantlygrowingdemandforenhancedmanoeuvrabilityandoperationeconomyalsoforsmallervessels.ThelatestmarinepropulsiontechnologycombinedwithstandardiseddesignsmakesthenewCompactAzipodseriesattractiveforawiderangeofmerchantandoffshorevessels.

71CompactAzipod?Structure72Motormodule

TheCompactAzipodincorporatesapermanentmagnetsynchronousmotorwithafixed-pitchpropellerthatismounteddirectlyontothemotorshaft.Permanentmagnettechnologygivesthesystemanumberofbenefits.Theouterdiameterofthepodcanbedecreased,whichimproveshydrodynamicefficiency.Theuniformframedesignenablesthemotortobedirectlycooledviaconvectiontothesurroundingseawaterwithoutusinganyadditionalcoolingmedia.StrutmoduleactsasaconnectiveelementinCompactAzipodstructure.Controlcables,pipingandpowersupplybusbarsforpropulsionmotorarelocatedinsidetheone-piececaststrutmodule.Powertransmissionandsteeringmoduleconsistsoflocalcontrolandequipmentbox,cabledrum(slipringunitasanoption),steeringmotorswithgearboxesandassemblyblock,seeFigure5.Thismoduleislocatedinsidethehulloftheship.CompactAzipod?Structure73瑞典KAMEWA“美人魚”（Mermaid）74“美人魚”裝置的結(jié)構(gòu)電力裝置部分由以下設(shè)備和部件組成：發(fā)電機(jī)組；雙繞組電動機(jī)，功率最大可達(dá)數(shù)十兆瓦；滑環(huán)裝置及其相關(guān)的冷卻室；功率轉(zhuǎn)換器傳動箱；主配電板；船舶管理系統(tǒng)，包括電力管理系統(tǒng)；諧波過濾系統(tǒng)；動力定位系統(tǒng)；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；75“美人魚”裝置的類型和用途

牽引式（PullingMermaid）:適用于高速雙螺旋槳船，如客滾船和豪華游船等頂推式（PushingMermaid）:適用于中速單螺旋槳船高推力頂推式（HighThrustPushingMermaid）:用于需要最大系柱拉力的低速船，如拖輪、近海工程船和海洋平臺等?！懊廊唆~”電力推進(jìn)裝置可用于油輪、車客渡船、滾裝船、豪華游船、拖輪、近海工程船和半潛式海洋平臺以及軍用艦船等。76“美人魚”裝置的主要優(yōu)點(diǎn)

77“美人魚”裝置的應(yīng)用78船舶動力裝置設(shè)計的特點(diǎn)和主要要求79設(shè)計的特點(diǎn)80原則要求1.營運(yùn)經(jīng)濟(jì)性2.可靠性(冗余度)3．操縱性(操縱簡單,管理方便)4．可維性(設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式\系統(tǒng)與管路的布置應(yīng)使維修方便簡捷)5．建造經(jīng)濟(jì)性6．重量、尺寸指標(biāo)7．振動、噪聲指標(biāo)81具體要求符合任務(wù)書或規(guī)格書或合同文本對動力裝置的要求。符合船舶總體性能對動力裝置的要求。符合該船所入船級的船級社規(guī)范的要求。符合該船登記國(船旗國)的有關(guān)法規(guī)。如掛中國旗，應(yīng)符合“船舶和海上設(shè)施法定檢驗規(guī)范”，符合該船受控的國際公約、規(guī)則的要求(Solas公約、MARPOL公約)。符合該船營運(yùn)中所涉水域或港口的有關(guān)規(guī)定（如進(jìn)入美國水域或?qū)俳?jīng)濟(jì)區(qū)則應(yīng)符合美國海岸警衛(wèi)隊USCG的規(guī)則；巴拿馬運(yùn)河規(guī)則等）。符合設(shè)備廠規(guī)定或推薦的系統(tǒng)設(shè)計要求，或與其協(xié)調(diào)，以最終滿足具體船舶的要求82船舶動力裝置設(shè)計的主要內(nèi)容83主要內(nèi)容(1)主推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計。包括主機(jī)選型、主機(jī)及齒輪箱配套、主機(jī)及齒輪箱和調(diào)距槳配套等；(2)軸系設(shè)計；·(3)電站設(shè)計(主電站及應(yīng)急電站)；(4)熱源系統(tǒng)設(shè)計(蒸汽、熱媒油等)；(5)動力系統(tǒng)設(shè)計(燃油、滑油、冷卻水、壓縮空氣、進(jìn)排氣、加熱蒸汽或熱媒油等系統(tǒng))和輔助設(shè)備選擇；(6)船舶系統(tǒng)設(shè)計(疏排水系統(tǒng)，注入、測量、空氣系統(tǒng)，供水系統(tǒng)，艙底水系統(tǒng)，壓載水系統(tǒng)，消防系統(tǒng)等，以及油船、液化氣船和化學(xué)品船的專用系統(tǒng))；(7)自動控制、監(jiān)測、報警系統(tǒng)設(shè)計；(8)防污染系統(tǒng)設(shè)計(機(jī)艙防油污系統(tǒng)、油船防油污系統(tǒng)、生活污水防污染系統(tǒng)及防止有毒液體物質(zhì)污染系統(tǒng)等)；(9)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計。84船舶動力裝置設(shè)計的階段劃分方案設(shè)計或初步設(shè)計技術(shù)設(shè)計施工設(shè)計報價設(shè)計及合同設(shè)計詳細(xì)設(shè)計生產(chǎn)設(shè)計85報價設(shè)計與合同設(shè)計船東僅提供造船的主要要求船東提供招標(biāo)書船東提供任務(wù)書船東提供造船合同規(guī)格書第1階段合同設(shè)計方案設(shè)計初步設(shè)計報價設(shè)計合同設(shè)計868788功率指標(biāo)船舶有效功率主機(jī)輸出功率相對功