船舶推進(jìn)器的發(fā)展

　　本文總結概括了船舶推進(jìn)器的演變歷史，分析了各時(shí)期推進(jìn)器的發(fā)展狀況，簡(jiǎn)單介紹了幾種新型推進(jìn)器，展望了推進(jìn)器的前景。

　　摘 要：推進(jìn)器是船艇的關(guān)鍵部件，是能量轉化的設備，是將主機發(fā)出的能量轉化成船艇推動(dòng)力的設備。提高推進(jìn)器性能，開(kāi)發(fā)高性能推進(jìn)器一直是船艇推進(jìn)器研究領(lǐng)域的主要方向。自從19世紀初期螺旋槳作為一種實(shí)用推進(jìn)器被應用于船艇，一直到現在人們以螺旋槳為核心發(fā)展了各種推進(jìn)器形式：如吊艙推進(jìn)器、導管槳、泵噴推進(jìn)器、對轉槳、泵噴推進(jìn)器，同時(shí)也產(chǎn)生了替代螺旋槳的推進(jìn)方式的推進(jìn)器：如噴水推進(jìn)和超導磁流體推進(jìn)等。

　　關(guān)鍵詞：船舶;推進(jìn)器;展望

　　1 、船艇推進(jìn)器的演變

　　從推進(jìn)器的誕生到現在，經(jīng)過(guò)人們的探索與研究，船艇推進(jìn)器的發(fā)展已經(jīng)逐漸向高性能的方向靠近，從古到今，推進(jìn)器的形式逐漸增多。

　　1.1 原始推進(jìn)

　　原始推進(jìn)主要包括人力、畜力和風(fēng)力推進(jìn)。這種推進(jìn)技術(shù)應用于獨木舟和木板船的時(shí)代，其效率低、穩定性差、降低了船舶的總體性能。自19世紀末第一艘鋼船誕生后，原始推進(jìn)技術(shù)也逐漸被機器推進(jìn)所取代，船舶行業(yè)開(kāi)始進(jìn)入以鋼船為主的時(shí)代。

　　1.2 螺旋槳推進(jìn)器

　　螺旋槳推進(jìn)器可分為普通螺旋槳、導管螺旋槳、可調距螺旋槳、串列螺旋槳和對轉螺旋槳。

　　1)普通螺旋槳的結構最為簡(jiǎn)單，船舶在低速航行下效率較高。因此普通螺旋槳的制造工藝較為簡(jiǎn)單、安裝方便，但其在推進(jìn)過(guò)程中會(huì )存在相當多的能量損失：

　�、佥S向誘導速度的損失。

　�、谥芟蛘T導速度的損失，也可以稱(chēng)為水流扭轉損失。

　�、燮拭孀枇�損失，即運轉時(shí)水與槳葉的粘性摩擦作用而產(chǎn)生的損失。

　　2)導管螺旋槳也叫做套筒螺旋槳，它是將一個(gè)環(huán)形的套筒加在螺旋槳的外圍，分為加速型導管(收縮管)和減速型導管(擴張管)。

　　優(yōu)點(diǎn)：

　�、俅�舶的螺旋槳載荷較大時(shí)，效率比較高。

　�、诖�舶在航行時(shí)，導管螺旋槳受外界情況變化影響較小。

　�、蹖Ч軐β菪龢�起到一定的保護作用。

　　缺點(diǎn)：

　�、僭诘管�(chē)時(shí)，降低了船艇的操縱性。

　�、诖�艇在淺水區時(shí)，導管容易吸入沙石、雜物，遭到損壞。

　　3)可調距螺旋槳，主要應用于多工況船舶，能夠充分發(fā)揮主機效率，適應各種工況的變化，提高船艇的操縱性。

　　4)串列螺旋槳，是將兩只特定的螺旋槳安裝在同一軸上，并且轉速相同、方向相同。

　　5)對轉螺旋槳，是由兩個(gè)普通螺旋槳分別裝于同心的兩軸上，以相反的方向旋轉的一種推進(jìn)方式，也叫做雙反轉螺旋槳。

　　1.3 噴水推進(jìn)器

　　推進(jìn)機構位于船內，利用噴射流體所產(chǎn)生的反作用力推動(dòng)船舶前進(jìn)的推進(jìn)器。其原理是利用水泵作為動(dòng)力，將水從船底孔吸入，經(jīng)過(guò)舷部的管子，把水從船后方向排出，依靠水的反作用力來(lái)使船舶行進(jìn)。

　　1.4 電力推進(jìn)器

　　電力推進(jìn)器主要由電站、配電板、變壓器、變頻器、推進(jìn)電機、全回轉型推進(jìn)器、服務(wù)系統、監控系統等組成。電力推進(jìn)器的主要代表為吊艙式推進(jìn)器，在下一章節中會(huì )有所詳細的介紹。

　　1.4.1 電站與配電板

　　電站由柴油發(fā)電機組和一套主配電板組成，通過(guò)柴油機發(fā)電供電給高壓電網(wǎng)再到中壓電網(wǎng)，為主要設備進(jìn)行供電。中低壓配電板確保電力分配，經(jīng)過(guò)變壓到變頻器再到推進(jìn)電機，實(shí)現推進(jìn)電機的動(dòng)力供給。另外變壓器和高壓電纜的潔凈度、接地保護、中性點(diǎn)等都有嚴格的要求，要確保符合標準。

　　1.4.2 變頻器

　　變頻器主要是進(jìn)行交流推進(jìn)電機的控制或變速驅動(dòng)。變頻器內部有冷卻單元，通過(guò)專(zhuān)用的外部淡水冷卻系統，經(jīng)過(guò)內部熱交換器，將變頻器實(shí)現自我冷卻，除此之外，為了防止各種原因的漏水，設備還自帶漏水檢測傳感器。

　　1.4.3 推進(jìn)電動(dòng)機

　　是整個(gè)系統中的動(dòng)力源，因需要大功率長(cháng)時(shí)間的運轉，導致發(fā)熱嚴重，因此需供給外部冷卻水，且為了防止冷卻水在內部泄露，通常會(huì )安裝漏水檢測系統。

　　電動(dòng)機的主要類(lèi)型有：

　　1)交流電動(dòng)機。由異步電動(dòng)機和同步電動(dòng)機兩種。異步電動(dòng)機結構簡(jiǎn)單，沒(méi)有電刷裝置;同步電動(dòng)機氣隙較大，能夠承受沖擊，勵磁損耗小，功率因數可以為1。

　　2)永磁電動(dòng)機。有多種不同結構的永磁同步電機，其功率范圍從幾百瓦到應用于船舶推進(jìn)的幾兆瓦。永磁電機與常規電機相比具有功率密度高、轉矩密度高的特點(diǎn)，其構成的推進(jìn)系統噪聲低、效率高、維護性好。

　　1.4.4 服務(wù)系統

　　主要包括：滑由單元、液壓油單元、淡水冷卻單元，泄放泵單元�；�由與液壓油單元主要為推進(jìn)器設備服務(wù);淡水冷卻系統為變壓器、變頻器、推進(jìn)電機冷卻服務(wù)，泄放泵單元為推進(jìn)器為多余滑由泄放服務(wù)。

　　1.4.5 電站管理及監控系統

　　1)電站管理系統是將控制器和可編程序控制器相連，通過(guò)預設好的管理程序，相互連接的計算機化的數字同步和負荷控制器，來(lái)實(shí)現PLC處理上層功率管理任務(wù)、啟動(dòng)柴油機、發(fā)電機合閘、自動(dòng)離閘、停機等。

　　2)監控系統。由推進(jìn)器控制中心、推進(jìn)操縱單元、舵角控制單元和報警、監視單元組成。

　　1.4.6 新型推進(jìn)方式

　　例如模擬魚(yú)類(lèi)游動(dòng)的水下仿生推進(jìn)器、超導磁流體推進(jìn)器等。

　　1)各種模擬魚(yú)類(lèi)游動(dòng)的水下仿生推進(jìn)器。是將仿生學(xué)與船艇推進(jìn)技術(shù)相結合的一種新型推進(jìn)技術(shù)，與傳統的推進(jìn)器相比較，有著(zhù)低噪音、低擾動(dòng)、高效率等突出優(yōu)點(diǎn)。

　　2)超導磁流體推進(jìn)器。超導磁流體推進(jìn)是用電磁力推進(jìn)船舶運動(dòng)的一種新穎船舶推進(jìn)方式，它的設計概念比其它推進(jìn)技術(shù)更為超前，不僅消除了傳統螺旋槳推進(jìn)器產(chǎn)生的巨大噪聲，還可以抑制潛艇機械噪聲和流體動(dòng)力噪聲的產(chǎn)生。超導磁流體推進(jìn)器去除了一些傳統推進(jìn)裝置的部分機構，減輕了總重量，受各類(lèi)影響程度減小效率得到提高。

　　2、 新型船舶推進(jìn)器的發(fā)展前景

　　綜合船舶推進(jìn)器的各項性能來(lái)看，電力推進(jìn)系統存在更多的優(yōu)越性，在未來(lái)的十五至二十年后，全電力推進(jìn)系統在民用遠洋船舶的使用率有望從10%升至50%左右。掌握船舶全電力推進(jìn)系統的開(kāi)發(fā)設計以及制造核心是一項技術(shù)變革，只有加快民用船舶電力推進(jìn)系統裝備研究及產(chǎn)業(yè)化工作，才能在未來(lái)的市場(chǎng)競爭中占領(lǐng)制高點(diǎn)。

　　水下仿生推進(jìn)器是隨著(zhù)生物流體力學(xué)，仿生機電與神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )控制等關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展，仿生水下推進(jìn)去將進(jìn)一步向高速、高效、大載荷空間、高機動(dòng)性、低噪聲以及長(cháng)航程方向發(fā)展，將會(huì )逐步實(shí)用化。

　　3、 結束語(yǔ)

　　進(jìn)入21世紀以后，推進(jìn)器船舶的發(fā)展和應用更是方興未艾，異彩紛呈�，F代航運事業(yè)和軍事用途的驅動(dòng)，要求現代船舶必須達到或維持高航速、高適航、高穩定性、高操作性、高適用性和低能耗的高經(jīng)濟性等性能指標�，F如今已經(jīng)到了高性能復合船型發(fā)展的年代。世界高性能船舶的發(fā)展和運用在高新技術(shù)的推動(dòng)下呈現出一派蓬勃的景象，船舶推進(jìn)技術(shù)并將迎來(lái)廣闊的發(fā)展空間。

　　參考文獻：

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