淺談電液混合推進(jìn)在船舶中使用的優(yōu)越性

龔厚寬

船舶推進(jìn)器是，它的作用是將船舶動(dòng)力裝置提供的。船舶推進(jìn)器種類(lèi)很多，按照原理不同，有螺旋槳、噴水推進(jìn)器、特種推進(jìn)器。

作為推動(dòng)船舶前進(jìn)的機(jī)構(gòu)。它是把自然力、人力或機(jī)械能轉(zhuǎn)換成船舶推力的能量轉(zhuǎn)換器。推進(jìn)器按作用方式可分為主動(dòng)式和反應(yīng)式兩類(lèi)。靠人力或風(fēng)力驅(qū)船前進(jìn)的纖、帆（見(jiàn)帆船）等為主動(dòng)式，槳、櫓、明輪、噴水推進(jìn)器、螺旋槳等為反應(yīng)式?，F(xiàn)代運(yùn)輸船舶大多采用反應(yīng)式推進(jìn)器，應(yīng)用最廣的是螺旋槳。

由槳轂和若干徑向地固定于轂上的槳葉所組成的推進(jìn)器，俗稱(chēng)車(chē)葉。螺旋槳安裝于船尾水線(xiàn)以下，由主機(jī)（見(jiàn)船舶動(dòng)力裝置）獲得動(dòng)力而旋轉(zhuǎn)，將水推向船后，利用水的反作用力推船前進(jìn)。螺旋槳構(gòu)造簡(jiǎn)單、重量輕、效率高，在水線(xiàn)以下而受到保護(hù)。

螺旋槳是現(xiàn)代船舶的主要推進(jìn)工具，現(xiàn)在大多數(shù)船舶是用螺旋槳來(lái)推進(jìn)的。螺旋槳又有許多類(lèi)型。

按照槳葉多少，螺旋槳有2、3或4個(gè)槳葉，甚至更多。一般槳葉數(shù)目越多吸收功率越大。

按照構(gòu)造不同，螺旋槳分為定（槳）距和變距螺旋槳兩大類(lèi)。

定距螺旋槳，螺距是固定不變的其特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，重量輕，所以才船舶上得到廣泛應(yīng)用。

變距螺旋槳，螺距是可以調(diào)節(jié)的，通過(guò)螺旋槳變距機(jī)構(gòu)，有液壓或電力驅(qū)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)螺距。最初使用的是雙距螺旋槳。高速時(shí)用高距，低速時(shí)用低距，以后又逐步增加了槳距的數(shù)目。

普通運(yùn)輸船舶有1～2個(gè)螺旋槳。推進(jìn)功率大的船，可增加螺旋槳數(shù)目。大型快速客船有雙槳至四槳。螺旋槳一般有3～4片槳葉，直徑根據(jù)船的馬力和吃水而定，以下端不觸及水底，上端不超過(guò)滿(mǎn)載水線(xiàn)為準(zhǔn)。螺旋槳轉(zhuǎn)速不宜太高，海洋貨船為每分鐘100轉(zhuǎn)左右，小型快艇轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘400～500轉(zhuǎn)，但效率將受到影響。螺旋槳材料一般用錳青銅或耐腐蝕合金，也可用不銹鋼、鎳鋁青銅或鑄鐵。

60年代以來(lái)，船舶趨于大型化，使用大功率的主機(jī)后，螺旋槳激振造成的船尾振動(dòng)、結(jié)構(gòu)損壞、噪聲、剝蝕等問(wèn)題引起各國(guó)的重視。螺旋槳激振的根本原因在于螺旋槳葉負(fù)荷加重，在船后不均勻尾流中工作時(shí)容易產(chǎn)生局部的不穩(wěn)定空泡，從而導(dǎo)致螺旋槳作用于船體的壓力、振幅和相位都不斷變化。

現(xiàn)代船舶逐漸向大型化、專(zhuān)業(yè)化、高速化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的船舶推進(jìn)方式——柴油機(jī)直接推進(jìn)逐漸表現(xiàn)出一些不適應(yīng)。為此，探尋機(jī)動(dòng)性能良好、綜合性能優(yōu)良的推進(jìn)方式來(lái)迎合現(xiàn)代船舶發(fā)展的要求已勢(shì)在必行。

一、現(xiàn)有推進(jìn)方式及其特點(diǎn)比較

現(xiàn)代船舶所應(yīng)用的推進(jìn)方式主要有四種：柴油機(jī)直接推進(jìn)、電力推進(jìn)、超導(dǎo)電磁推進(jìn)和噴水推進(jìn)。這些推進(jìn)方式的特點(diǎn)如下：

柴油機(jī)直接推進(jìn)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，但其推進(jìn)裝置功率體積比過(guò)大，并且其主機(jī)、軸和推進(jìn)器要求在同一高度，有效艙容?。?/p>

電力推進(jìn)似乎是目前最理想的推進(jìn)方式，但由于其主要元件物理特性的限制，增大船舶功率比較困難；噴水推進(jìn)與磁流體推進(jìn)尚在研究階段，仍有許多問(wèn)題需要研究解決。

二、船舶綜合液壓推進(jìn)船舶液壓推進(jìn)是通過(guò)雙向變量液壓泵來(lái)調(diào)節(jié)螺旋槳的轉(zhuǎn)速與方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)船舶前進(jìn)、后退、變速等動(dòng)作

目前，液壓傳動(dòng)技術(shù)在船舶上的應(yīng)用日益廣泛，如舵機(jī)、起貨機(jī)、錨機(jī)、絞纜機(jī)、吊艇機(jī)、旋梯升降機(jī)、艙蓋板啟閉裝置等船舶甲板機(jī)械多采用液壓系統(tǒng)作為動(dòng)力源或推進(jìn)裝置，而傳統(tǒng)的氣動(dòng)、蒸汽甲板機(jī)械已逐漸淘汰。采用柴油機(jī)直接推進(jìn)、電力推進(jìn)、超導(dǎo)電磁推進(jìn)和噴水推進(jìn)的船舶均需要在船舶上設(shè)置兩套動(dòng)力系統(tǒng)，以供主推進(jìn)裝置與船舶輔機(jī)使用。液力推進(jìn)雖然使用液壓源，但其推進(jìn)效率極低，僅為60，限于特殊場(chǎng)合應(yīng)用。而若主推進(jìn)裝置采用液壓推進(jìn)，就可與輔機(jī)使用同一動(dòng)力源，這樣既利于能源的使用，又利于液壓設(shè)備的整合，即“船舶綜合液壓推進(jìn)”。

與現(xiàn)有的推進(jìn)方式相比，電液混合推進(jìn)的船舶有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）操縱控制方便，機(jī)動(dòng)性能好。船舶采用電、液推進(jìn)時(shí)，螺旋槳轉(zhuǎn)速都可以可以在反向額定轉(zhuǎn)速與正向額定轉(zhuǎn)速之間進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速和換向，完全不受主機(jī)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的限制。由于推進(jìn)系統(tǒng)幾乎不受執(zhí)行機(jī)構(gòu)和機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)慣性的影響，因此對(duì)螺旋槳可進(jìn)行有效的制動(dòng)，而且其動(dòng)態(tài)過(guò)程穩(wěn)定、時(shí)間短。與用柴油機(jī)變速的直接傳動(dòng)系統(tǒng)相比，對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)快得多，易于實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)、換向以及制動(dòng)等操作，尤其是在船舶高速航行時(shí)，該特點(diǎn)更加明顯。

（2）輸出恒定扭矩。這是其它傳動(dòng)方式所不具備的，充分迎合了螺旋槳轉(zhuǎn)速常變而扭矩恒定的要求。

（3）機(jī)艙布置靈活。動(dòng)力源機(jī)和螺旋槳的安裝位置可以根據(jù)機(jī)艙位置進(jìn)行多層布置，互不影響，避免了直接推動(dòng)系統(tǒng)柴油機(jī)軸線(xiàn)必須與軸系中心線(xiàn)、螺旋槳中心線(xiàn)在同一直線(xiàn)上而不得不墊高機(jī)座位置的不合理布置情況的出現(xiàn)。靈活的布置使機(jī)艙空間得到充分的利用，機(jī)艙所需容積減少，有利于貨物的裝載。

（4）全可靠性好，振動(dòng)小，噪聲低。首先，電、液壓混合推進(jìn)自身具有較高的機(jī)動(dòng)性能。其次，不受柴油機(jī)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的限制，可實(shí)現(xiàn)微速航行。再次，可使用多臺(tái)原動(dòng)機(jī)，各原動(dòng)機(jī)既可以獨(dú)立工作又可以聯(lián)合使用，推進(jìn)器可采用多個(gè)螺旋槳，且都獨(dú)立控制，因而即便是部分原動(dòng)機(jī)和螺旋槳出現(xiàn)故障也不會(huì)導(dǎo)致船舶沒(méi)有航行能力。

（5）延長(zhǎng)了發(fā)動(dòng)機(jī)以及元件的使用壽命。如采用液壓推進(jìn)，則船舶航速與航向的改變不依賴(lài)主機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向的變化。主機(jī)轉(zhuǎn)速可以為固定值，減少了主機(jī)起、停、換向次數(shù)，因此減輕了運(yùn)動(dòng)部件的磨損和受熱部件的熱疲勞損壞。

（6）有利于主機(jī)驅(qū)動(dòng)輔助負(fù)荷，合理利用能源。采用電、液壓推進(jìn)，主機(jī)可以恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，這一特點(diǎn)有利于船舶中要求恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸帶發(fā)電機(jī)的使用，也有利于某些裝有軸帶輔機(jī)的工程船舶的應(yīng)用，如挖泥船、消防船等。

（7）適用于某些特定航區(qū)船舶。比如說(shuō)某風(fēng)景名勝區(qū)的旅游船舶，船舶載客順流而下，返程時(shí)空載逆流而上，沿途淺灘、急灘較多。電液混合還有如下優(yōu)勢(shì)：①排放低，環(huán)保性好，如可根據(jù)流態(tài)情況選擇純電力推進(jìn)和混合推進(jìn)方式；緊急情況下的安全性大為提高；②吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)，去除了舵、支架、船艉突出物等，船體的阻力得以降低。

船舶電、液壓混合推進(jìn)具有性能穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、推進(jìn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，并且在機(jī)動(dòng)性、安全性等方面與現(xiàn)有推進(jìn)方式均有可比之處?？梢?jiàn)，對(duì)船舶綜合推進(jìn)系統(tǒng)的研究是極有價(jià)值的，該推進(jìn)方式在未來(lái)船舶推進(jìn)裝置的設(shè)計(jì)制造中必將占有一席之地。

（作者單位：桂林船舶檢驗(yàn)局）