《船舶动力装置概论.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《船舶动力装置概论.ppt(101页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、船舶动力装置原理与设计,主讲:胡义 周瑞平 电话:13638607568 传真:86553482 E-mail: dongzhuang,2009年03月,2019年5月23日星期四,2,主要内容,船船动力装置总论 推进装置设计 船舶后传动设备 船舶管路系统 船舶推进装置的特性与配合 船舶动力装置设计,2019年5月23日星期四,3,第1章 船舶动力装置概论,船舶动力装置的含义及组成 船舶动力装置的类型及特点 船舶动力装置的基本特性指标 对船舶动力装置的要求,2019年5月23日星期四,4,1.1 船舶动力装置的含义及组成,含义,组成:,推进装置 辅助装置 机舱自动化 船舶系统 甲板机械,主
2、发动机 主锅炉 推进器 传动设备,船舶电站 辅助锅炉装置,保证船舶正常航行、作业、停泊以及船员、旅客正常工作和生活所必需的机械设备的综合体。,Tips:船舶动力装置是一个很复杂能量综合体,动力管系 船舶管系,锚泊机械 操舵机械 起重机械,2019年5月23日星期四,5,典型的柴油机动力装置能量转换系统,重油,柴油,机械能,热能,电能,余热,燃油加热 滑油加热 制淡装置 舱室取暖 厨房加热,驳动辅机 船舶照明 船舶通讯 机舱自动化,2019年5月23日星期四,6,船舶动力装置的基本类型及特点,2019年5月23日星期四,7,基本类型,柴油机推进动力装置 汽轮机推进动力装置 燃气轮机推进动力装置
3、核动力推进动力装置 联合动力推进动力装置,052级驱逐舰首舰“青岛”号,053H3级导弹护卫舰,型攻击核动力潜艇,2019年5月23日星期四,8,发展历史,火药机的尝试拉开了动力装置的序幕 瓦特蒸汽机的发明 Diesel1895年发明柴油机 1807年,美国人富尔顿将蒸汽机安装在木船上 1887年,汽油机驱动的轮船航行在江河上 1900年英国制成了舰用柴油机 1902年德国首先把柴油机用做商船动力,1904年用于潜艇 1905年瑞士Sulzer厂建成第一台可倒转式二冲程柴油机 1908年俄国制成缸径1m的预燃室式柴油机 1912年丹麦B&W公司制成缸径520mm、转速140r/min、功率14
4、86kW的八缸四冲程柴油机,以双机双轴方式装在7500吨的“雪兰地亚”号远航曼谷成功 随着科学技术的进步,高集成、模块化、数据总线、网络结构、人工智能技术在船舶上的应用,2019年5月23日星期四,9,柴油机推进动力装置的特点,A. 有较高的经济性,耗油率比蒸汽、燃气动力装置低得多; B. 重量轻(单位重量的指标小); C. 具有良好的机动性,操作简单,启动方便,正倒车迅速; D. 功率范围广。,A. 柴油机尺寸和重量按功率比例增长快; B. 柴油机工作中的噪声、振动较大; C. 中、高速柴油机的运动部件磨损较厉害; D. 柴油机低速稳定性差; E. 柴油机的过载能力相当差。,2019年5月2
5、3日星期四,10,我国船舶大功率柴油机现状,船用低速柴油机技术 大功率低速柴油机的机型大都是二冲程、单气门直流 扫气、定压增压、长行程、高压缩比的十字头式机。 当前,低速二冲程柴油机的平均有效压力为1.901.95MPa, 最高燃烧压力1515.5MPa,燃油耗率165171g/kWh,单缸功 率达到100000kW,大修期达28000h以上。 船用中速柴油机技术 国外大功率中速柴油机绝大部分是四冲程机。缸径为160640mm,转速3751150r/min。平均有效压力为2.43.0MPa,最高燃烧压力1621MPa,最高喷油压力160180MPa,燃油耗率170180g/kWh,单缸功率20
6、10kW, 大修期为1800024000h。,2019年5月23日星期四,11,汽轮机推进动力装置,1锅炉 2过热器 3主蒸汽管路 4高压汽轮机 5低压汽轮机 6减速齿轮 7螺旋桨 8冷凝器 9冷却水循环泵 10凝水泵 11给水泵 12给水预热器,2019年5月23日星期四,12,蒸汽轮机推进系统,应用较少(燃油消耗率高) 运输液化天然气的LNG液货船 原因: 在LNG液货船上,液化气以-162的温度下装在隔热舱中运输。尽管高效隔热,但仍然不可避免每天有 0.1-2.5%液化气蒸发。 蒸发的天然气可用作双燃料主锅炉的燃料,生产主涡轮机用的蒸汽,提供几乎全部需要的推进功率。重燃油则用作辅助燃料和
7、船舶的压载货物。,2019年5月23日星期四,13,汽轮机推进动力装置的特点,a. 单机功率大,可达7.5104kw以上 ; b. 转速稳定,无周期性扰动力,机组振动噪声小; c. 工作可靠性高; d. 可使用劣质燃料油,滑油消耗率也很低。,a. 总重量大,尺寸大; b. 燃油消耗率高; c. 机动性差,启动前准备时间约为3035min,紧急须1520min 。,Tips:汽轮机推进装置主要采用的是汽轮机+减速齿轮箱+定距桨的形式;少数采用汽轮机电力传动形式。,2019年5月23日星期四,14,燃气轮机推进动力装置,1-螺旋桨 2-减速齿轮 3-压气机 4-燃烧室 5-燃气轮机 6-联轴器 7
8、-起动电动机,(1)压气机 (2)燃烧室 (3)燃气轮机,2019年5月23日星期四,15,关于燃机,燃气轮机装置是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机,它的结构与飞机喷气式发动机一致,也类似蒸汽轮机。主要结构有三部分: 1、燃气轮机(透平或动力涡轮); 2、压气机(空气压缩机); 3、燃烧室。 其工作原理为:叶轮式压缩机从外部吸收空气,压缩后送入燃烧室,同时燃料(气体或液体燃料)也喷入燃烧室与高温压缩空气混合,在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工,推动动力叶片高速旋转,乏气排入大气中或再加利用。,2019年5月23日星期四,16,关于燃机,燃气轮机具有 效率高、 功率
9、大、 体积小、 投资省、 运行成本低 寿命周期较长等优点。 主要用于发电、交通和工业动力。 燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机, 轻型燃气轮机为航空发动机的转型,如LM6000PC和FT8燃气轮机,其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高,主要用于电力调峰、船舶动力。 重型燃气轮机为工业型燃机,如GT26和PG6561B等燃气轮机,其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高,主要用于联合循环发电、热电联产。,2019年5月23日星期四,17,轻型燃气轮机,2019年5月23日星期四,18,重型燃气轮机,连接发电机 进气道主轴固定支架 轴颈轴承 压气机叶片 压气机模块 燃气轮机
10、固定支架 叶轮 叶轮贯穿螺栓 进气道定位 水平缸封,燃烧室防护罩 逆流燃烧室 燃料注入系统 燃烧室(火焰筒) 燃烧室冷却部件 喷嘴构造 一级涡轮固定构造 动力涡轮构造 排气扩散构造 排气烟气探测器,2019年5月23日星期四,19,深圳号导弹驱逐舰,2019年5月23日星期四,20,燃气轮机推进动力装置的特点,a. 单位功率的重量尺寸小; b. 启动加速性能好; c. 重量轻,体积小; d. 振动小,噪声小。,a. 主机没有反转性,配备换向系统或调距桨; b. 必须借助启动机械启动; c. 叶片材料昂贵,工作可靠性较差,寿命短; d. 进排气管道尺寸大,舱内布置困难。 e.生产厂家主要为两家国
11、外公司(英国的rolls2royce 公司和美国的通用电气公司) 低负荷下耗油率高,LM2500,2019年5月23日星期四,21,核动力推进动力装置,1核反应堆 2反应堆芯 3控制棒 4冷却循环泵 5蒸汽发生器 6高压汽轮机 7低压汽轮机 8辅汽轮机 9主冷凝器 10辅冷凝器 11主给水泵 12减速器 13螺旋桨 14稳压筒,2019年5月23日星期四,22,核动力推进动力装置,2019年5月23日星期四,23,核动力推进动力装置,2019年5月23日星期四,24,核动力推进动力装置的特点,a. 极少的燃料释放巨大的能量如1.1106kw之核动力装置工作一昼夜仅消耗核燃料15-18g ; b
12、. 功率大; c. 无需空气。,a. 装置大; b. 操纵管理检查系统比较复杂; c. 装置造价昂贵。,俄罗斯阿库拉Akula(鲨鱼)级战略核潜艇,4型攻击核动力潜艇,2019年5月23日星期四,25,联合动力推进动力装置,汽轮机加速燃气轮机(COSOG或COSAG) 柴油机加速燃气轮机(CODOG或CODAG) 燃气轮机加速燃气轮机(COGAG或COGOG),尼米兹级航空母舰,(美)“林肯”号1,2019年5月23日星期四,26,联合动力推进动力装置的特点,a. 重量尺寸小; b. 操纵方便,备车迅速; c. 自巡航到全速工况加速迅速; d. 具有多机组并车的可靠性; e. 管理与检修费较低
13、。,a. 必须配备不同燃料及相应的管路及贮存设备; b. 主减速器的小齿轮数目多,结构复杂; c. 在减速器周围布置有难度。,(英)“无敌”号,意-加里博迪号,2019年5月23日星期四,27,LNG船推进系统,传统采用锅炉汽轮机装置 日本建造的LNG多采用之,两台锅炉配一台汽轮机 。 沪东中华造船(集团)承建的我国首制二艘LNG船的主动力装置就是采用锅炉汽轮机装置。该船为薄膜型、舱容147 200 m3、设计航速195节 二冲程低速柴油机 卡塔尔最新一代14艘最大的容量为265 000 m3的Qmax级LNG船每艘将由两台MAN B &W7S70ME-C电子控制的二冲程低速柴油机驱动,每台发
14、动机在转速91 r/min下的额定输出功率为21 770 kW(单缸3 110 kW)。再液化技术为大型LNG船安装高效大功率的二冲程低速柴油机铺平了道路。与汽轮机装置比较,采用上述发动机推进的LNG船每年可节省200万到500万美元。,2019年5月23日星期四,28,LNG船推进系统,双燃料柴油机 迄今第一艘由燃用BOG的Waertsilae 50DF双燃料柴油机电力系统(DFDE)驱动的LNG船75 000 m3的Gaz de France Energy已于2004年末投入营运。图2为驱动该船的DFDE系统。,双燃料柴油机的主要特点是:采用燃油和天然气(BOG)两种燃料,功率较大,体积小
15、,重量轻,占LNG船舱内空间小,有害排放物少。双燃料柴油机通常用于驱动容量不超过155 000 m3的LNG船,2019年5月23日星期四,29,LNG船推进系统,COGES系统 对于在230 000265 000 m3载货量范围的大型LNG船,CO-GES(燃气轮机和汽轮机联合的综合电力推进系统)是极具吸引力的。在COGES系统中,燃气轮机的排气排入余热锅炉。余热锅炉产生的蒸汽驱动汽轮机做功。燃蒸联合循环中的燃气轮机和汽轮机驱动发电机。发电机生产的电力驱动推进用电动机并向船舶总电网供电,燃蒸联合循环的效率约为45%50%。在使用低压蒸汽时,COGES系统的能量利用率高达80%。COGES系统
16、具有燃料灵活性,可以燃用重燃油、蒸发气或两者的结合。,2019年5月23日星期四,30,LNG船推进系统,比较 锅炉汽轮机装置:功率大、可靠性高、使用寿命长、初投资费用和运行维护费用低。燃料效率只达到30%左右,,即使应用再热循环并提高蒸汽初参数,其效率也仅达到约345% 柴油机装置:低速机接近48%,初投资费用高、运行维护费用高、寿命较低等。尺寸重量要比燃气轮机装置大得多 燃气轮机热效率已达到40%、重量尺寸明显小于锅炉汽轮机装置和柴油机装置、机动性好、自动化程度高,可实现无人机舱运行,CO-GES装置的总运费率比双燃料柴油机低10%。它的缺点是使用寿命明显低于锅炉汽轮机装置,运行维护费用也
17、比较高。,2019年5月23日星期四,31,推进器类型,螺旋桨:在航速低于30kn的船舶中占主导地位 喷水推进:在航速高于30kn的船舶中占主导地位 全回转桨:对机动性要求较高的船舶,采用该推进器节省了舵,减少了费用,选择的主要考虑因素: 船舶的大小、航行速度以及操纵灵活性等,2019年5月23日星期四,32,新型船舶动力装置,喷水推进 吊舱推进 高速主机 全电力推进 超导磁流体推进 NEXT,2019年5月23日星期四,33,喷水推进,(1)在限制直径情况下,喷水推进的效率可以比普通浆为高这是因为,泵的叶轮可承受比普通桨高的负荷。 (2)可在空泡很低的情况下正常工作因为泵有较高的抗汽蚀性能。
18、 (3)振动小。因为泵的叶轮似在导管中工作,流动均匀,激振力小。 (4)倒车和回转时主机转向不变,倒车回转较灵活,倒车施力较普通浆为大 (5)喷水推进系统采用后,减少了船体上的附件,如尾轴和轴架等,有利于减少阻力高速艇尤其如此。 (6)由于喷水装置能在多工况下较好地发挥主机功率,因此在多工况船舶上采用也比较有利。,2019年5月23日星期四,34,缺点:,(1)在吃水不限制的情况下,与普通桨相比,喷水推进效率较低,故一般在常规船上不采用。 (2)喷水推进系统结构工艺上较复杂(特别是导流片和倒车装置),建造成本高,检修也较困难。 (3)喷水管道内因水的重量作用使船舶排水量增加 (4)在卵石多的浅
19、水航道中采用时,泵的叶轮易被打坏,2019年5月23日星期四,35,应用,喷水推进较适用于内河拖轮、浅水自航船(如客船、交通)、高速船舶(包括滑行艇、侧壁式气垫船、水翼船等),以及要求低噪音的专用船舶上。 在速度超过30kn的船舶中占有主导地位,2019年5月23日星期四,36,喷水推进器 应用 主要发动机,Passenger vessel (Trimaran) 2 x SPJ 57 RD (230 kW each) Shipyard and owner: Lux-Werft und Schiffahrt GmbH, Niederkassel-Mondorf und Schiffahrt Gm
20、bH, Germany,Double-ended ferry (1.70 m draught), 4 x SPJ 220 (555 kW each) Shipyard: Scheepswerf Bijlsama, The Netherlands Owner: Wagenborg Passagierdiensten BV, The Netherlands,2019年5月23日星期四,37,主要制造商的研制进展情况,新西兰Hamilton公司 瑞典Kamewa公司 荷兰Lips Jet公司 其他公司 英国Ultra Dynamics公司 美国,Kodiak公司、American Jet公司和Ame
21、rican Turbine公司 瑞典的MJP公司 中国上海的708所,2019年5月23日星期四,38,船舶电力推进系统,Marine Electric Propulsion System (MEPS),MEPS is a propulsion system in which propellers are driven by electric motors 定义: 电力推进是指用电动机械来带动螺旋桨,推动舰艇前进的推进方式。电力推进技术指的是用电能作为舰上动力机械的能源的技术。,MEPS: WHATs & WHY,2019年5月23日星期四,39,舰船电力推进的应用概况,舰艇电力推进的应用历史
22、悠久,二战时期曾流行一时。当时,美海军建造了数百艘电力推进战舰。当时采用电力推进的主要原因是齿轮装置制造量不足。由于技术水平的限制,系统大而笨、效率低、成本高。 战后,除德国的17艘“莱茵”级护卫舰采用柴电推进外,其它水面舰艇均采用机械推进。 80年代后,随着交流电机及其控制技术、电力电子器件的发展,船舶电力推进系统在功率、功率密度、效率等方面已经能满足船舶推进的需要。其应用情况也发生了根本性的变化。 据统计,80年代后期以来,水面作战舰艇开始有了电力推进与机械推进相结合的混合推进。小功率的电力推进已在英国的“桑当“级猎雷艇,法国的“Silure“级轻型反潜护卫舰,瑞典的“菲吕桑德“级布雷艇,
23、法、荷、比三国联合研制的“三伙伴“级猎雷艇等水面舰艇上得到应用。,2019年5月23日星期四,40,舰船电力推进的应用概况,马岛之战后,英国海军在23型护卫舰上首先采用了柴电-燃气轮机联合动力装置(CODLAG)。该舰艇低速航行时,由两台CEC公司的750V/1.3兆瓦(MW)直流电机驱动,巡航速度17节,航程7000海里。其直流电机直接驱动定距桨,由四台柴油发电机组给推进电机及全船其它设备供电。 美国海军在1980年就和西屋公司签定了为排水量6500吨的双轴驱逐舰研制综合电力(IED)推进系统的合同,设计的电力推进系统采用发电机供给全舰其它设备的用电,为能与推进系统完全综合,其推进的电机为普
24、通交流电机,变频器采用可控硅元件,整个系统的重量、体积比常规推进系统大。 由于在研制过程中,发现该系统不是经济上可承受的、性能上能满足要求的合理结构,在1994年美国海军提出了综合电力系统(IPS)概念,即综合全电力推进(IFEP)系统。 我国在2005年第1艘电力推进海监船下水,2019年5月23日星期四,41,电力推进的组成部分,舰艇电力推进系统一般由以下几部分组成: 螺旋桨 电动机:采用直流他励双枢双换向器电动机或交流同步电动机、异步电动机。目前用的最多的是直流双枢电动机 发电机:采用直流他励或差复励电机、交流整流同步发电机或交流同步发电机。 原动机:采用柴油机、汽轮机或燃气轮机。目前一
25、般采用高速或中速柴油机。大功率时多采用汽轮机或燃气轮机。 控制调节设备。 潜艇蓄电池也是一种电力推进装置,2019年5月23日星期四,42,目前舰艇电力推进装置的发展动向,以交流(交流发电机和交流电动机)电力推进装置取代直流(直流发电机和直流电动机)电力推进和交直流(交流整流发电机和直流电动机)电力推进装置 交流电力推进装置具有极限功率大,效率高和可性好的优点,根据推进电机的类型,可分为异步电动机和同步电动机交流推进装置;而根据电流交换器的结构形式不同分为晶闸管变频交流电力推进装置、电力晶体管和可关断晶闸管交流电力推进装置 发展超导电力推进 是以超导电机(超导发电机和超导电动机)为功率元件的电
26、力推进装置,与普通电力推进相比,具有重量轻、体积小、效率高、噪声低的特点。由于超导材料必须工作在相应的临界温度以下,要有一套复杂的液氮设备,所以在一定程度上制约了它的广泛应用。近年来,随着低温技术的迅速发展,特别是低温技术的小型化,为超导电力推进在舰艇上的应用提供了良好的条件。,2019年5月23日星期四,43,目前舰艇电力推进装置的发展动向,发展潜艇燃料电池推进系统以代替现有的潜艇铅酸电池 潜艇燃料电池电力推进装置是以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
27、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)与能量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),而不象蓄电池那样需要来回充放电。 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。 发展综合全电力推进系统,2019年5月23日星期四,44,综合全电力推进系统,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、
28、储能、监控和电力管理,是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,给未来的船舶带来一场革命。,2019年5月23日星期四,45,综合全电力推进系统,美国综合全电力推进系统的研究 自80年代以来,美国海军一直积极发展舰艇综合全电力推进系统,主要集中发展海军舰艇推进、电力和控制系统。 美国在21世纪海军发展规划中,明确提出综合全电力推进系统的研究工作主要集中在发电(如WR-21中冷回热燃气轮机、燃料电池等)、电力储存(如蓄电池、飞轮、电感能量储存、电容能量储存、压缩气体或蒸汽设备等)和推进技术(如永磁电机)等
29、方面。 综合全电力推进系统的发展分三个阶段:小比例预研、全尺寸样机预研和全尺寸工程研制。前两个阶段已接近完成。第一阶段中制成了3兆瓦、300转/分的轴向磁通永磁电机,第二阶段中制造了9.2MW、150转/分的全尺寸永磁电机样机。该样机由两个半功率模块组成,共用机壳、轴和轴承,采用钕-铁-硼稀土永磁材料,代替传统的线绕电枢,同时还采用横向磁通技术,电机小而轻。1998财政年度开始全尺寸工程研制。 法国参与了美、英的IFEP研究计划。德国、加拿大也对水面舰艇的全电力推进方案进行了研究。,2019年5月23日星期四,46,综合全电力推进系统的优点和不足,同机械推进方式相比,综合全电力推进系统在经济性
30、、提高战斗力、增强生命力等方面具有优势: 经济性好。IFEP系统油耗小,据美国近期报道,驱逐舰采用全电力推进,在30年工作寿命期间将比机械推进节省16%以上的燃料费。IFEP节油的原因在于: a)低速航行时,电力推进可用较少的发动机提供相同的净功率。 b)电力推进舰艇在低速航行时,能够使原动机在高功率工作点运行,而机械推进舰艇在低速航行时,原动机效率下降,耗油量增大。 c) IFEP系统减去了舰艇的辅助装置和战斗系统所需的单独发电机组。 d)在双体船、三体船等非常规船型上使用时,IFEP系统易于实现自动化、可减少人员配置,降低培训费;布置的灵活性可使舰船结构优化,减少舰船的排水量;改善了舰船的
31、可生产性,降低了生产费用。舰艇航行时,只让所需的最小数量的原动机运行,减少了原动机总运行时间,可节省维护费用。,2019年5月23日星期四,47,综合全电力推进系统的优点和不足,提高了舰艇的战斗力 a)由于减少了原动机数量,去除了许多机械传动系统,可腾出有效空间以装载更多武器。 b)能为未来的激光、电磁武器提供足够的电力。 c)改善了操纵性.螺旋桨由电机控制,能在全速范围内实现无级调速,对指令的响应快;而机械系统具有一个最小的轴速,其响应受联轴节的较长的响应时间的制约。 d)增加了续航力。由于降低了耗油量,同样的燃油可提供更大的续航力。 e)不管是柴油机,还是燃气轮机,都不容易实现正、反两个方
32、向运转的操作,为解决此问题,现代舰艇多采用可调距螺旋桨,但这种方式需耗费大量的燃料。而电力推进的反向问题可通过使用电力电子设备转换所用电源的极性或相位来方便地实现。可提高舰艇的操纵灵活性。 f)系统布置灵活,可降低排水量。由于突破了将发动机、推进器、传动轴系布置在一条直线上的传统设计模式,用电缆完全取代机械连接,原动机可以布置在任何地方,使全舰系统和设备布置更加灵活,从而降低舰艇排水量。,2019年5月23日星期四,48,综合全电力推进系统的优点和不足,增强了生命力 a)降低了噪声、提高了隐蔽性。由于原动机可以布置在水线以上,从而可以降低水下辐射噪声,而且由于取消了齿轮箱,也大大降低了振动噪声
33、。与机械推进相比,在宽频带可降低1520分贝,在窄频带降低更多。 b)操作人员可选择最合适的发动机组合形式,确保发动机以最佳效率工作,避免了发动机的低负载运行。 c)IFEP系统由其左右舷双重总线向负载供电,具有很强的抗故障能力。推进系统也有备用线路,不易完全损坏。,2019年5月23日星期四,49,综合全电力推进系统的优点和不足,当一艘舰艇的大部分航行时间是满功率高速航行时,使用效率低的全电力推进系统是不利的。 全电力推进系统不适合于航空母舰使用。航母尽管有可能采用综合电力系统,但目前采用标准的机械推进更为合适,因为象航母那样大型的舰船,电力推进与蒸汽动力装置相比并不节约空间和重量。未来航母
34、可能需要更大的电力,以满足电磁弹射与回收装置、未来的电磁武器以及对抗措施的需要,而增加电力的最经济的方法是使用功率更大的汽轮机组。 全尺寸系统试验的综合电力系统(IPS)不适合潜艇使用,因为这种IPS使用感应电机,不是使用永磁电机,体积和噪音太大,只适合于水面舰艇使用。,2019年5月23日星期四,50,综合全电力推进系统的关键技术,综合全电力推进系统系统的设计是当代先进的电力电子技术、交流调速技术、电机制造技术、永磁材料技术、计算机控制技术、先进燃气轮机技术等的综合运用,技术含量高,其关键技术有 大功率、高功率密度的永磁电机技术,包括电动机和发电机技术 大功率电力电子器件技术。目前各国主要是
35、在不断提高绝缘栅双极晶体管的功率等级,以减小转换器的体积、重量 先进的燃气轮机技术。英美已联合发展了中冷回热燃气轮机WR-21,并进行了小功率高速燃气轮机发电机组的研究 区域配电系统及监控系统。,2019年5月23日星期四,51,吊舱式电力推进系统的特点与应用,先进的吊舱式电力推进系统,就是推进用电机直接和推进螺旋桨相连,制成一个独立的推进模块,并吊挂在船体底部。 该推进模块可以360水平旋转。这样,推进的方位角可以人为地进行控制和调节。其直接后果就是取消了舵机系统及相应的操纵机构。 在吊舱式电力推进系统中,螺旋桨和推进电机共轴,两者之间没有任何其他环节,结构简单、紧凑,通常制成一个独立的推进
36、模块。它可以在船舶试航前安装,甚至可以在海上进行装卸,2019年5月23日星期四,52,吊舱式电力推进系统的特点与应用,吊舱式电力推进系统和传统的船舶推进系统相比有如下一些特点: 推进效率高。 取消了尾轴、尾侧推器、舵机系统等,不需专门的冷却系统,从而节省了舱容,简化了安装。 空间配置灵活,可以在机舱整个空间内立体布置,既方便灵活,又充分利用了机舱舱容,为船体设计,尤其是船尾和集控室部分的设计提供了很大的灵活性。从消防和安全性方面考虑,还可以把发电机分成几组(如全船共有6台发电机的情况下,可以分成3台1组)布置在不同的舱室中。 模块化设计原理使得推进模块可在船舶建造基本完成、准备试航前安装,必
37、要时,可在海上安装和拆卸推进模块。 噪声低、振动小、废气排放减少 最短的应急停车时间 推进器可在360水平范围内旋转,极大地提高了船舶的操纵性和机动性。 根据需要决定并入电网的发电机台数,使每台机组都能工作在比较理想的负荷下,这样不仅对柴油机的良好燃烧和使用重油有好处,而且可以减少维修保养工作和降低备件费用。,2019年5月23日星期四,53,吊舱式电力推进系统的特点与应用,目前世界上吊舱式电力推进器系统主要有 Azipod SSP Propulsor Mermaid Dolphin4 其中,Azipod使ABB公司早在十几年前首次推出的,目前占据着吊舱式电力推进器市场的最大份额,其产品也经过
38、了实船的考验。但十几年来,系统在机械结构方面改进不大,尚有有待完善的地方。而SSP Propulsor,Mermaid和Dolphin这3种吊舱式推进器都是在看到Azipod的成功后,陆续推出的 Azipod,SSP Propulsor和Mermaid都有世界最大的生产电力系统和驱动设备跨国公司的背景。 吊舱式电力推进系统的发展主要取决于推进电机、半导体器件和大功率变频装置的发展。 吊舱式电力推进系统受益于这些研发工作的最新成果,如SSP Propulsor采用的永磁式电动机、绝缘栅双极晶体管(IGBT)实现的周波变换器(Cycloconverter),Azipod系统采用的集成门换流晶闸管(
39、IGCT)电路和直接转距控制方法,Mermaid系统采用的PWM IGBT多电平变换器等。 先进的控制和通信技术也在吊舱式电力推进系统中得到了应用。如采用PLC或可编程快速控制器进行控制,数据传送则采用了局域网(LAN)和现场总线技术和设备。 船舶电力推进的发展直接反映了大功率电力变频技术、先进的微机控制和通信技术、电力电子器件等领域的最新科研成果,而这几个方面都是目前投入最多、发展最快的研发领域。,2019年5月23日星期四,54,吊舱式电力推进系统的特点与应用,吊舱式推进系统的选择 可靠性、经济性(包括设备费用、运行费用、维护费用)和便于维护性。对于可靠性,要认识到几种吊舱式电力推进系统各
40、有自己的特点,它们直接反映了相应的跨国公司的最新科研成果和技术。尽管有的实船使用时间不长,但它们采用的设备和技术绝大多数都是成熟的。如SSP推进器系统采用的永磁式推进电机是Siemens公司生产的PERMASYN电动机,它是系列化产品,自1987年第1台1 100kw的PERMASYN电动机应用于多用途船以来,现在这种电动机的额定功率可达20MW。首先,其可靠性也是经过了20多年实船考验的:其次,永磁式推进电机以其优越的性能也证明了在未来的吊舱式电力推进系统将取代传统的同步及电机而处于主导地位 在电力推进船舶上,轮机管理很大程度上就是船舶电站的管理。这里的船舶电站不仅包括以往船舶电站的全部内容
41、,还增加了为船舶推进提供动力所必须的中低压变压器、高压大功率变频器和高次谐波抑制装置等。船上柴油机的存在不是作为主推进装置,而是作为发电的原动机来带动电机发电。它们通常是几台型号相同、输出功率相同的四冲程中速柴油机。机械方面的维修工作大幅度减少,备件也相应地减少。电力推进系统的维护管理更多地依靠专家系统和故障诊断程序等计算机软件完成。,2019年5月23日星期四,55,吊舱推进技术的发展(Podded Propulsion),Pod指吊于船外的水下舱室,室内有推进电机,通过轴系及推进轴承和推进器,电机与母船只有动力电缆及通信电缆相连接。 Fix Pod与Azipod: Azipod指可沿Z轴3
42、60o旋转动的吊舱,其中Azi指Azimurth。 Azimurth传动过去由锥齿轮系组成的Zdrive实现,后来又用于侧推器(Thruster)。在九十年代中期ABB率先将Azimurth概念用于主电力推进。其后又提出了对向反转吊舱推进装置的概念。 生产吊舱系统的著名公司 ABB Industry(Azipod) Rolls-Royce (Mermaid) Schottel-Siemens (SSP) John Cranelips (Dolphin),2019年5月23日星期四,56,其他吊舱,2019年5月23日星期四,57,Azipod吊舱的结构如图所示,2019年5月23日星期四,58
43、,Azipod吊舱的结构图,2019年5月23日星期四,59,2019年5月23日星期四,60,紧凑式吊舱推进器,2019年5月23日星期四,61,吊舱式推进装置(Podded Propulsor),Azipod was the first azimuthing podded propulsion system introduced in the market. Azipod is an extention to the products provided by ABB Marine to the worlds shipbuilders with state-of-the art electr
44、ic propulsion drives for luxury cruise vessels, ro-ro vessels, tankers, offshore and special purpose vessels,2019年5月23日星期四,62,Azipod Propulsion Performance,The Azipod propulsion system combines the advantage of various conventional propulsion systems available today.,The Azipod propulsion system off
45、ers major benefits in excellent dynamic performance and manoeuvring characteristics, hydrodynamic efficiency resulting in shorter harbour times, reduced fuel consumption, safer operation also in harsh weather, restricted passages and offshore environments.,2019年5月23日星期四,63,Manouvering Performance of
46、 Cruise Vessel M/S Paradise,Turning Circle Performance of Shuttle tanker Uikku on ice,Multipurpose Supply Vessel and Icebreaker Botnica ramming iceridges.,2019年5月23日星期四,64,Azipod Propulsion Unit,ABB designs and manufactures Azipod propulsion units for all marine propulsion applications,The Azipod sy
47、stem is an azimuthing electric propulsion drive where the propulsion motor is installed inside a submerged azimuthing (unlimited 360 degrees) pod and coupled directly to an extremely short propeller shaft. The variable speed electric (AC/AC) drive produces smooth torque over the entire speed range i
48、ncluding zero speed. Azipod units are available in up to 25MW powers.,2019年5月23日星期四,65,Azipod Structure,2019年5月23日星期四,66,AZICool - Cooling Module Closed circuit AZICool module incorporates heatexchangers and ventilation fans that are circulating air from the motor keeping temperature at optimal leve
49、l. Transmission and Steering Module Steering gear unit incorporates hydraulic motors, driving pinions, rim wheel and roller type slewing bearing. Separately located hydraulic pump unit supplies the steering system motors. Power and data transmission to the pod is arranged through a slipring unit located on top of steering unit. Azipod - Module The Azipod incorporates synchronous or asynchronous motor with a fixed pitch
链接地址:https://www.31doc.com/p-2825525.html