基于电力推进船舶的动力装置特性思考
基于电力推进船舶的动力装置特性思考
0 引言
电力推进船舶，主要指主推进系统由电动机所驱动的船舶。许多大型船舶和救助船舶上也
都使用电力推进系统，因此本文中所提到的电力推进船舶，泛指使用电动机驱动推进器的船
舶。
船舶电力推进，通常是由动力装置带动发电机发电，然后直接或由变流器为推进电动机供
电，再由推进电动机带动推进器旋转，为船舶提供航行的动力。动力装置主要包括柴油机、汽
轮机、燃气轮机和核动力装置等。
1 用于电力推进船舶的动力装置特性
民用船舶通常优先使用内燃机，这是因为在使用廉价燃料时，内燃机的效率高于其他类型
的热力发动机。柴油机的功率和转速是通过调节燃料供给量来改变的，且随着进气量的增加而
增加，发动机的燃料供给量可通过调节器自动或手动进行调节。柴油机的扭矩在整个转速变化
范围内几乎是常数，因此很小的阻力矩变化就会引起显著的转速变化。柴油机的工作状态确定
了其额定功率和转速。因此，在寒冷的环境条件下，柴油机有着较大的功率储备，其比赤道附
近的储备量大得多。在赤道附近工作时，柴油机的冷却条件相对较差，这时不允许柴油机在最
大功率下工作，因为这样会缩短其使用寿命并导致燃料消耗增加。因此，在此条件下不允许提
高柴油机的转速。推动船舶运动的动力装置是由船上的能源系统把机械功转变为船舶动能的水
动力推进器及连接主机和推进器的传动装置组成。海船和河船上的动力源主要为热力发动机
——柴油机、汽轮机或燃气轮机，用这些机械把燃料的化学能转换为机械能。在核能动力船
上，则是把核能反应堆中的热能转变为机械能，这是借助于主机来进行转换的。能量由主机到
船舶推进器的传递过程，可以通过机械传动方式、液气传动方式或电气传动方式进行。用电气
传动方式把能量传递给推进螺旋桨的装置被称为电力推进装置。
从推进装置的可靠性和经济性方面考虑，在大多数已投入营运的船舶和正在建造的船舶
上，使用的是中低速柴油机。柴油机和螺旋桨推进轴之间并非直接连接，而是通过推力轴承将
推力传递给船体。在大功率动力装置的船舶上，甚至在高速游艇上，汽轮机通过齿轮箱实现推
进轴的旋转，这种系统被称为汽轮机齿轮系统。这类动力装置的功率相对较高，足以满足船舶
的动力需求。对于船舶而言，在功率相近的情况下，采用汽轮机动力装置的重量通常要比采用
柴油机的更轻。目前，世界上多个国家正在建造核动力船舶。核动力装置远比其他类型的船舶
动力装置更为复杂，其具有高度自动化的特征，同时对维护和保养的要求更高，并且其效率和
汽轮机装置相差不大。由于核动力装置所需配备的燃料体积较小，因而可以大幅增加船舶的有
效舱容，同时缩短燃料的补给时间。因此，核动力装置在大吨位破冰船和长期在冰区航行的运
输船上得以应用。
2 柴油机动力装置及其特性
柴油机通常会在最经济的状态下工作，即柴油机功率为额定值的80%。与电力推进装置相
匹配的柴油机通常会使用全转速调节器，调节器允许柴油机在从额定转速到最低稳定转速范围
内的任何给定转速下运行。当低于最低允许稳定转速时，柴油机就无法维持稳定工作，并且会
产生过高负载。如果柴油机轴上的阻力矩与柴油机所输出的扭矩不匹配，而燃料供给量是固定
的，这时柴油机转速就会偏离稳态值。柴油机转速的变化会破坏调节器中力的平衡，影响到调
节器的调节杆动作，并会相应增大或减小燃料供给量，导致柴油机的转速返回原有数值。当阻
力矩大于柴油机扭矩时，转速调节器又重新起作用，并开始在外特性曲线上工作。为了保护柴
油机，应使其转速不超过允许值，如果转速超过额定值的20%，调节器应相应停止燃料供给。
当柴油机和螺旋桨不直接连接或通过机械变速器相连接时，柴油机的功率应随功率特性进行调
整。为了降低柴油机的转速，应改变转速调节器的设定值。在浪中航行时，螺旋桨的阻力矩会
在最大范围内作周期性变化，时常达到超负荷状态。由于周期性很大，过载会缩短柴油机的使
用寿命，因此在浪中航行时，通常把柴油机的转速降低到在此转速下不会产生过大负荷。此
外，柴油机无法在满负荷工况下工作，因为在满负荷工况时，船舶航行速度也不会增加。当船
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基于电力推进船舶的动力装置特性思考 0引言 电力推进船舶，主要指主推进系统由电动机所驱动的船舶。许多大型船舶和救助船舶上也都使用电力推进系统，因此本文中所提到的电力推进船舶，泛指使用电动机驱动推进器的船舶。 船舶电力推进，通常是由动力装置带动发电机发电，然后直接或由变流器为推进电动机供电，再由推进电动机带动推进器旋转，为船舶提供航行的动力。动力装置主要包括柴油机、汽轮机、燃气轮机和核动力装置等。 1用于电力推进船舶的动力装置特性 民用船舶通常优先使用内燃机，这是因为在使用廉价燃料时，内燃机的效率高于其他类型的热力发动机。柴油机的功率和转速是通过调节燃料供给量来改变的，且随着进气量的增...
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作者：闻远设计
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