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船舶動力裝置發(fā)展的新趨勢
【摘要】隨著世界的經濟發(fā)展，貿易往來和人員交流日益密切，船舶運輸?shù)玫搅丝焖俚陌l(fā)展，人們對船舶的要求也越來越高，要求船舶動力大、穩(wěn)定高效、節(jié)能環(huán)保等。船舶動力裝置是船舶的核心部件，其性能直接決定船舶的整體性能，在現(xiàn)代船舶技術的推動下，船舶動力裝置推陳出新，一大批新型動力裝置得到應用，本文主要研究常規(guī)動力系統(tǒng)的船舶動力裝置，通過分析現(xiàn)狀、比較優(yōu)缺點、探討船舶動力裝置發(fā)展的未來趨勢。
【關鍵詞】船舶；動力裝置；柴油機動力裝置；混合動力裝置
船舶動力經歷了蒸汽動力、內燃動力、燃氣動力、核動力以及混合動力幾種具有代表性的動力類型。主要是通過直接傳動或者間接傳動的形式為船舶提供源源不斷的動力，滿足船舶各種動力以及生產生活需要。然而受到經濟大環(huán)境、技術進步、社會發(fā)展趨勢等因素的影響，船舶動力裝置也發(fā)展迅猛。本文主要分析船舶常規(guī)動力裝置的技術發(fā)展變化及趨勢，重點分析了幾種新型動力裝置的應用情況和發(fā)展趨勢。
一、柴油機動力裝置發(fā)展
1.柴油機動力裝置現(xiàn)狀分析
柴油機是一種啟動速度快、運轉性能好、安全性能高、效率高以及技術成熟的內燃機。從上個世紀六十年代取代蒸汽機以及蒸汽輪機之后，一直是應用最廣泛的船舶動力。柴油機動力驅動主要分為柴油機直接驅動和柴油機齒輪傳動。目前在以柴油機為動力的船舶占世界船舶95%以上，并且柴油機還是其他船舶動力裝置的重要設備和組成部分[1]。世界范圍內，柴油機兩大巨頭MAN公司和瓦錫蘭公司占據(jù)了大部分市場份額，隨著技術的引進學習以及自主研發(fā)能力的提高，我國柴油機也有了較快的發(fā)展。
2.柴油機動力置發(fā)展趨勢
隨著技術的成熟，柴油機的技術已經達到較高水平，未來將朝高出功率、高可靠性、低排放量以及低污染發(fā)展。并且隨著電子技術的應用，柴油機工作也將走向智能化。特別是世界大環(huán)境的影響，低排放、節(jié)能環(huán)保已經成為了動力裝置發(fā)展的必然趨勢。
（1）柴油機推進裝置整體供貨方式被廣泛接受
船舶動力裝置是一個整體性的系統(tǒng)，除了柴油機本身，還應包括聯(lián)軸節(jié)、齒輪箱、螺旋槳、控制設備等，只有它們之間的密切配合才能發(fā)揮柴油機的最大功效，這就類似組裝一臺電腦，全部選擇高性能的設備，但是由于設備與設備之間存在磨合和適應的問題，很容易造成高性能低效果。所以在柴油機的設計時，應采用整體設計的選擇，成套的供貨方式不僅有利于船舶本身，也有利于提高船廠的經濟效益。
（2）電子技術在柴油機中廣泛的使用
柴油機的經歷了一百年的發(fā)展，特別是電子技術的應用大大提高其使用效果，將繁瑣的操作過程變得更加的簡單，也能提高對柴油機的控制和維護。例如RT-flex“智能型”柴油機，采用脈動型高效噴油泵，經過電子控制的噴油調節(jié)單元，可以將油送到每缸可以單獨控制的噴油閥，其設備的電子控制及檢測設備，能實現(xiàn)隨時檢測機器的運行狀態(tài)，調節(jié)各參數(shù)，做到精準控制，大大提高了使用效率，使柴油機達到最佳的運行狀態(tài)。
二、燃氣輪機動力裝置發(fā)展
燃氣輪機動力裝置具有重量輕、功率大、動力響應好等優(yōu)點，但是與柴油機相比，燃氣輪機也有許多的不足之處，比如，燃油經濟性差、燃油高、還要使用高質高價的蒸餾油，導致其推廣受到嚴重的阻礙。
2000年，大西洋船廠設計建造了一臺，燃氣輪機與蒸汽機聯(lián)合裝置（GOGES）聯(lián)合動力裝置，航速可達24節(jié)，推進功率2×19500KW，使其整體性能得到大幅提升，另外它具有加速性能好、可靠性高以及較低的NOX排放量，克服了油耗高的缺陷，是高速船的理想選擇，在高速船中得到廣泛的推廣與應用。
三、電力推進裝置發(fā)展
1.船舶電力推進裝置
電力推進裝置主要由以下幾個部分組成：原動機、發(fā)電機、電動機、推進器以及控制設備等組成。根據(jù)推進器的不同，分為常規(guī)軸槳推進（如圖1所示）以及全回轉推進器。相比柴油推進裝備，其具有較好的經濟性、良好的操縱性、空間小、噪音低以及節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，海洋工程船中，低航速以及低負荷的工作環(huán)境下，相同的推進功率下，電力推進要比柴油推進省大約10%的油[2]。
2.電力推進裝置發(fā)展趨勢
隨著技術的不斷進步，交流變頻技術在船舶動力系統(tǒng)中得到了廣泛的推廣和應用，這大大優(yōu)化了電力推進系統(tǒng)。使其布局更簡單，工作效率更高以及自動控制和維護簡單。另一個大趨勢是船舶電力系統(tǒng)和船舶電力推進系統(tǒng)在科學合理和整合的情況下，實現(xiàn)一體化供電。這樣能把動力機械能轉換成電能，使電力推進裝置擁有穩(wěn)定的電力供應，保證其正常運轉。
四、混合動力裝置發(fā)展
混合動力裝置是一種新型的船舶動力裝置，它主要分為機械推進、電力推進以及混合動力推進。隨著技術的成熟和推廣使用，商用船舶也逐漸采用了這種新型的動力裝置，混合動力裝置最早是柴油動力裝置，在常規(guī)柴油機的基礎上，增加了軸帶發(fā)電機和可調槳設備，這保證了主機出現(xiàn)問題，軸帶發(fā)電機還能夠低速航行，該系統(tǒng)現(xiàn)在普遍應用于集裝箱以及多用途船舶中，大大提高動力裝置的可靠性�，F(xiàn)在工況工程船上一般采用最先進的混合動力裝置，其主要特點是既可以由柴油機推進，也可以由柴-電推進提供動力。
在混合動力裝置中一個重要的環(huán)節(jié)是機-槳的配合，即充分發(fā)揮柴油機功率、齒輪箱減速比、發(fā)電機組功率以及螺旋槳之間的關系[3]。在功率-轉速特性圖上調節(jié)相應的特征曲線，找到最佳的平衡點位置，從而達到最佳組合。其中主柴油機和發(fā)電機的功率儲備是影響船舶性能的重要因素，其功率儲備分為海況儲備和柴油機、發(fā)電機功率儲備。海況儲備計算公式為：
其中：SM為海況儲備功率百分比；Pemax主機最大功率；Pec同航速、同載重下要求新主機功率。主柴油機、發(fā)電機工功率儲備計算公式為：
其中：EM是主柴油機功率儲備百分比；PeMCR是最大持續(xù)功率；Pec是主機持續(xù)功率。 由于混合動力裝置具有高可靠性和經濟適用性，所以在未來商用船舶中具有較大的發(fā)展空間，現(xiàn)階段提倡節(jié)能環(huán)保，必將推動船舶動力的新能源的使用。通過混合動力推進，一方面保證了船舶動力的可靠供給，另一方面，更增加了船舶的節(jié)能減排目標。
五、特種推進裝置應用與發(fā)展
特種推進裝置主要應用與一些特種船舶，隨著海洋開發(fā)的速度不斷加快，需要具有特殊功能的海洋工程船、勘探船以及高速客滾船。為了滿足其特種船的操縱性能而進行特殊改造。這些設備的推廣使用，也推動了船舶動力裝置的發(fā)展和進步。
1.動力裝置加可調槳推進系統(tǒng)
動力裝置加裝可調槳推進系統(tǒng)，能夠提高裝置的節(jié)能性以及可操作性。在國外中速柴油機已經推廣使用了可調槳推進系統(tǒng)，一些大型的船舶使用的低速柴油機也開始嘗試在柴油發(fā)動機裝置可調槳。它能充分配合機槳操作，發(fā)揮主機功率，達到節(jié)能減排的目的。在發(fā)展趨勢中，可調槳裝置也將朝著大功率方向發(fā)展。
2.大功率噴水推進系統(tǒng)的發(fā)展
隨著現(xiàn)代客船朝大型化，高速化的趨勢發(fā)展，加速了噴水推進系統(tǒng)發(fā)展，對船舶的速度越來越快，對于噴水推進系統(tǒng)的需求也將不斷增加，對于噴水系統(tǒng)的要求也越來越高。如意大利MDV300木星型高速渡船，145m長，可載客1800名、汽車460輛，航速達到40n。由兩臺22000kW燃氣輪機驅動兩套噴水推進裝置。隨其發(fā)展的大趨勢是，高功率、高效率的方向發(fā)展，并且隨著動力裝置的一體化系統(tǒng)發(fā)展，更加注重相互的配合，噴水系統(tǒng)也將不斷的改進和優(yōu)化，以滿足各類船舶的需求。
六、總結
現(xiàn)代船舶動力裝置是船舶的核心所在，如果沒有安全、穩(wěn)定的動力做支撐，再好的船舶也沒有任何作用，伴隨科學技術的進步，船舶動力裝置和發(fā)生了巨大的變化，其中發(fā)展的主要趨勢是裝置多樣化、裝置系統(tǒng)化、大功率化、節(jié)能環(huán)保以及高安全性。
參考文獻
[1]馮明志.船舶大功率柴油機的發(fā)展與技術創(chuàng)新[J].柴油機，2007（29）：1-5.
[2]秦立新.船舶綜合電力推進系統(tǒng)的發(fā)展與應用[J].艦船科學技術，2009（31）：42-45.
[3]沈錦康，陳偉忠.混合動力在深海作業(yè)多用途工作船上的前景展望[J].江蘇船舶，2010，27（4）.
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