２０１２年 第８期 第３４卷总第２１８期
物流工程与管理
ＬＯＧＩ ＳＴＩＣＳ
ＥＮＧＩ
ＮＥＥＲＩＮＧ
ＡＮＤ
ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ
设备设施
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉ ｓｓｎ．１势研究
口齐永利
（海军潜艇学院培训系，山东青岛２６６０４２） 【摘要】船舶动力系统是整个船的核心部分，在为船舶提供动力的同时，还关系到船舶的运行稳定性、安全 性、节能、经济等因素。随着现代科学技术的飞速发展，船舶动力系统的发展也越来越新型化。文中介绍了主要船 舶动力系统的优点及其不足，对新型船舶动力系统的应用、优势及其发展方向进行了阐述。 【关键词】船舶；动力系统；发展趋势 【中图分类号】Ｕ６６ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】１６７４－４９９３（２０１２）０８－０１００－０２
ｃｏｒｅ
ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｈｉｐ，ａｌｓｏ
ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ，
ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆａｃｔｏｒｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｈｉｐ’Ｓ ｐｏｗｅｒｅｄ
ｓｈｉｐ．Ｗｉｔｈ
ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｏｄｅｒｎ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ
图
图１
混合动力系统组成示意图
混合动力系统主要包括两大部分构成，结构框图如下所 示（图１）。机械推进部分主要包括高弹性联轴节、主柴油机、
【收稿日期】２０１２—０７—０１
【作者简介】齐永利（１９７３一），男，陕西蒲城人，海军潜艇学院培训系，讲师，研究方向：轮机工程，计算机仿真。
万方数据
第８期 １．２系统软件配置
标准无干
对于滚子齿式空间凸轮，因无法利用只有Ｘ、Ｙ、Ｚ三轴 联动的数控铣床来加工，只有利用带有两个旋转坐标（如０。 与０２）联动的数控机床才能精确地加工出来。如图４给出了 这类空间凸轮的加工坐标示意图。０。轴均匀转动时，ｅ。轴按 给定的运动规律联动旋转，刀具直径与滚子直径对应。由于 刀具必须安装在以０，轴为圆心的旋转台上，结构复杂，因而 这种数控机床很贵。 圆柱分度凸轮机构根据凸轮的外形，一般分为“凸脊式”、 “沟槽式”和蜗形分度凸轮。按照不同的外形设计时会遇到 上面不同的问题。
混合动力推进是由电动组及主柴油机同时作用于齿轮减 速箱的输入轴来实现联合动作。此时，轴带电机的工作模式 为电动机，为船舶提供辅助推力。因此，在对主柴油机进行 选型时要优先选用小功率型号的柴油机，以降低燃油的消耗 量，节省机舱内的空间，从而提高其经济效益及使用性。在 传统的设计方案中，由于没有采用变频器，即便是将电动组 及主柴油机同时联接在齿轮减速箱的输入轴也不能保证二者 的稳定并车，即使实现并车也不能时时合理分配柴油机及轴 带电动机的输出功率。固不能实现柴油机及轴带电动机的稳 定并车，选用小型号柴油机也就不能保证其不过载运行。 ３冷却水系统 现代柴油机船舶动力装置普遍采用中央冷却系统，对主 柴油机和其他辅助设备进行冷却以保证装置安全可靠地工 作。一个良好的中央冷却系统其设计应能满足下列基本要求： 首先，船舶主柴油机、辅助柴油机和各种被冷却设备放出的 热量必须能顺利地传递给舷外海水。在中央冷却系统中，通 常是由一个高温冷却回路对主柴油机进行冷却，其余设备由 一个低温冷却回路来冷却；增压空气的冷却要满足两方面的 要求：即在高负荷工况下对增压空气进行充分的冷却，保证 气缸进气量，以改善柴油机的动力性和经济性；在部分负荷 工况下，要适当提高进入柴油机的空气温度，以改善部分负 荷下缸内的燃烧和柴油机热状态。其次，应根据柴油机的负 荷大小对冷却气缸套和气缸盖的高温冷却回路中的冷却水流 量和温度进行有效的控制，防止在低负荷下过度冷却，以限 制燃烧室部件的热负荷和防止气缸套的低温硫酸腐蚀，并保 持柴油机冷却水出１３温度不变（在现代柴油机中该温度一般 为８５。Ｃ）。第三，冷却系统的控制系统应保证在全负荷工作 范围内可靠地控制，减小冷却系统中的温度波动。第四，系 统设计应简单、可靠，减少管路和阀件，简化和减少控制系 统，以达到减少故障、提高安全可靠性的目的。 ４结语 目前，全球范围内，在船舶动力系统的设计及研发领域， 西方及日本等发达国家仍处于领先地位，这此国家同时还垄 断了燃气轮机、锅炉、蒸汽轮机及电力推进装置的先进技术。 而大比例采用柴油机推进的船舶动力系统的生产企业多属
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３．２．５失真的避免——曲率分析。
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在ＭａｓｔｅｒＣＡＭ主菜单选择Ａｎａｌｙｚｅ／Ｄｙｎａｍｉｃ选择设 计曲线轮廓，屏幕显示沿曲线移动的箭头。注意下面提示栏 的Ｒａｄｉｕｓ，记录显示的最小值，既为最小曲率。如果曲率不 够可以采取适当减小滚子直径或增大凸轮毛坯直径等措施。 ３．３圆柱分度凸轮ＭａｓｔｅｒＣＡＭ造型与加工 我们本次设计也就是围绕上面各问题的解决来进行的。
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｒｉｎｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｎｅｗ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ
ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ
ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｈｉｐ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｎｅｗ ｓｈｉｐ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．
［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｓｈｉｐ；ｄｙｎａｍｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ；ｔｒｅｎｄｓ
船舶动力系统是船舶的核心设备，主要由主机、传动系 统和推进系统三部分构成。主机包括蒸汽轮机、柴油机、燃 气轮机等；传动系统包括齿轮箱、联轴节、轴系、离合器等； 推进器包括螺旋桨、侧向推进器、全向推进器等，船舶动力 系统的价值为所有设备成本的３５％，就船舶总价而言，动力 系统约占２０％。此外，动力系统具有双重特点，即军民通用 性、船陆通用性。因此，船舶动力系统的发展已经成为了全 球造船业关注的重点，也是世界主要造船国家竞争的关键。 相对来说，混合动力系统能够满足船舶在较短时间内出现多 变工况时对与大推力输出的要求，同时也能够降低船舶耗油 量及废气排放量，从而降低船舶的营运成本。 １混合动力系统的组成
齐永利：船舶动力系统发展趋势研究 ２．３混合动力推进模式
１０１
混合动力监测控制系统的软件由软件ＬＡＢＶＩＥＷ编制， 其表现形式多以图形展示，提高了软件的可视性及系统的可 操作性。通过对混合动力监测控制系统不同模式的控制及操 作，操船员能够时刻清楚的了解到机舱柴油机及发电机组等 设备的工作状态，从而大大提高了船舶运行的安全性。 ２混合动力系统工作模式 ２．１柴油机推进系统 活塞往复式柴油机，是热效率最高的一种热机，具有启 动迅速、部分负荷运转性能好、安全可靠、功率范围大、效 率高、技术成熟等优点，而且柴油具有能量密度高、成本低、 安全性好和便携性等优点。船舶主机和船舶电站多采用柴油 机。自上世纪６０年代起，柴油机全面取代往复式蒸汽机和 蒸汽轮机，成为最主要的船舶动力。根据二冲程柴油机和四 冲程柴油机做主机不同，柴油机动力系统又分为柴油机直接 驱动和柴油机齿轮传动。柴油机直接驱动就是由二冲程柴油 机直接驱动螺旋桨的推进方式，它主要由低速柴油机、轴系 和螺旋桨组成，主要应用在大中型远洋运输船舶上。柴油机 齿轮传动就是由四冲程柴油机经过齿轮箱降速，再驱动轴系 和螺旋桨的推进形式，它主要由中速柴油机（单机驱动或多 机驱动）、齿轮箱、轴系和螺旋桨（可调距螺旋桨）组成，主 要应用在中小型货船、客船、滚装船、豪华游船、海洋工程 辅助船和军船上。目前以柴油机为动力的船舶占世界商船队 的９５％以上，其中，柴油机直接驱动占５５％，柴油机齿轮 传动占３９％。此外，柴油机还是船舶燃气轮机推进系统和电 力推进系统的主要设备。 柴油机作为供给船舶推进动力的主要动力来源，其中速 柴油机及低速柴油机在将来的发展趋势为：越来越大的单缸 及单机的输出功率；高输出、低排放、低污染的工作效率； 柴油机的工作形式越来越趋于智能化，并具有高综合经济效 益。 ２．２电力推进系统 船舶采用的电力推进系统是指由电动机提供的扭矩，通 过机械传动至螺旋桨并将扭矩转化为向前的推动力。其构成 主要包括：电动机、发电机、原动机、配电系统、螺旋桨（推 进器）及调节控制辅助设施等。目前，大部分船舶电力推进 系统的动力来源一般采用高速或中速柴油机及少数的燃气轮 机。根据不同的动力来源可将电力推进系统划分为燃气轮机 式电力推进系统及柴油机式电力推进系统；根据不同的电源 形式可划分为交流电力推进系统、直流电力推进系统及交直 流电力推进系统；根据电动机不同的布置形式可划分为吊舱 式及机舱式。电力推进系统拥有安全性能高、可操纵性强、 布置方便、舒适、环保、经济等特点。早在２０世纪末，船 舶的推进形式就采取了电力推进系统，电力推进系统主要应 用于军船领域、渡船、豪华游船、海洋工程船舶等领域。就 目前来讲，电力推进系统的原动力多由柴油机提供，多应用 于比例较小的船舶，并且大部分为小型船舶，然而电力推进 系统的发展前景还是比较广阔的。
轴系、减速齿轮箱、螺旋桨构成；电力推进部分主要包括发 电机组、变频器、轴带电机、配电板、控制和监测等构成。 机械推进部分和电力推进部分由减速齿轮箱连接为一整体。 １．１系统硬件配置 船推进的主动力来源由柴油机提供。在力的传动过程中， 轴头两端各个方向的位移由万向联轴节来补偿，并且使传动 过程中产生的振动得到充分吸收，自然也就降低了噪声的产 生，同时，万向联轴节的使用还有利于延长主发动机、变速 箱及轴系的使用寿命。减速箱采用一轴输入、两轴输出或两 轴输入、一轴输出形式。船上所用电能由联接变速箱的发电 机提供，并由配电板对其进行合理分配，同时还可对各种用 电设备的电源进行控制、切换及过载保护。变频器用来稳定 输入和输出电压及电流的输出频率。轴带电机的工作模式可 分为两种，一种是可用以提供动力的电动机，另一种是用来 提供电能的发电机。经过减速后传到螺旋桨的扭矩转化为船 前进的动力。监控系统是建立于以太网及ＣＡＮ现场总线的基 础之上，对混合动力设备、辅助设施的工作状态进行数据采 集、计算及处理，从而实现了对上述设备的时时监测、控制 及报警。 系统硬件配置使得提供主动力的柴油机及提供电力的发 电机组的选型较小，从而降低了船体的自重，增加了船舱的 可供使用空间；另一方面具有可供选择的多种工作模式，从 而提高了船舶运行的安全系数及经济效益。