國內(nèi)艦船動力驅(qū)動裝置發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

【專家解說】：                                                      船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀與未來內(nèi)容提要 ? 引言 ? 歷史——回顧船舶電力推進(jìn)的發(fā)展 ? 現(xiàn)狀——船舶電力推進(jìn)的主要形式 ? 未來——全電船的提出與發(fā)展 ? 新能源船舶與我們的研究工作 ? 結(jié)束語 1. 引言 ? 發(fā)展背景 ? 問題與挑戰(zhàn) 研究背景 自世界上第一艘以蒸汽機(jī)為動力的船舶問世以來，以熱機(jī)（比如：柴油機(jī)、汽輪機(jī)以及燃汽輪機(jī)等）為動力直接驅(qū)動螺旋槳的機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)成為目前船舶推進(jìn)的主要方式，在船舶動力裝置中占據(jù)了主導(dǎo)地位。 問題與挑戰(zhàn) （1）船舶內(nèi)燃機(jī)機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)仍存在噪音大、調(diào)速范圍小和靈活性差等問題難以解決。 與機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)相比，采用電動機(jī)直接驅(qū)動螺旋槳的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)則具有調(diào)速范圍廣、驅(qū)動力矩大、易于正反轉(zhuǎn)、體積小布局靈活、安裝方便、便于維修、振動和噪音小等優(yōu)點(diǎn)。 （2）特別是近年來，隨著電力電子器件、變流技術(shù)、傳動控制系統(tǒng)以及新能源和新材料等高新技術(shù)的飛速發(fā)展，船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)正在經(jīng)歷著巨大變革。 而船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)作為大功率電力傳動控制系統(tǒng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，卻由于其專業(yè)的特殊性未得到應(yīng)有的關(guān)注和重視，致使國內(nèi)在這方面的研究與國外先進(jìn)水平的差距更加明顯。 （3）隨著全球石油資源的耗盡，內(nèi)燃機(jī)將逐步退出歷史舞臺，人們必須在石油沒有用完的約60年時間內(nèi)找到新的能源及其動力裝置。 這是人類在進(jìn)入21世紀(jì)所面臨的巨大問題和挑戰(zhàn)之一，因此，人們一直在努力尋找能源利用效率高、不污染環(huán)境并可以再生的新能源及其利用方式。 本文試圖從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、變流模式、控制方法和電力電子器件的應(yīng)用等方面綜述船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)作者多次參加國際合作和交流的體會，提出了船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)未來發(fā)展中值得重視的一些問題，以便同行研究借鑒，并希望有更多的學(xué)者關(guān)注和投身到電力電子與傳動控制這一新的研究領(lǐng)域中來。 2. 歷史——回顧船舶電力推進(jìn)的發(fā)展 ? 船舶電力推進(jìn)的歷史可以追溯到1860年，世界上第一艘以蓄電池為動力，電動機(jī)直 接驅(qū)動的電力推進(jìn)潛水艇投入使用。 ? 進(jìn)入20世紀(jì)，大部分潛水艇都采用電力推進(jìn)方式。常規(guī)潛水艇在水面航行時由柴油機(jī)—發(fā)電機(jī)組給蓄電池充電，并向電動機(jī)供電驅(qū)動船舶；在水下航行時由蓄電池供電，電動機(jī)驅(qū)動船舶。核潛艇則采用原子能發(fā)電，電動機(jī)驅(qū)動的推進(jìn)方式。 20世紀(jì)20年代，美國建造的6艘Mexico級戰(zhàn)艦（40000HP）和2艘航空母艦（180000 HP）都采用了汽輪機(jī)—發(fā)電機(jī)—電動機(jī)驅(qū)動模式的電力推進(jìn)系統(tǒng)。 在第二次世界大戰(zhàn)期間，僅美國就建造了300多艘采用柴油機(jī)—發(fā)電機(jī)—電動機(jī)驅(qū)動模式的戰(zhàn)艦和運(yùn)輸艦。 此后，在破冰船、科學(xué)考察船以及其他特殊用途船舶上也陸續(xù)裝備了電力推進(jìn)系統(tǒng)。在此期間的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)一般采用Ward-Leonard直流調(diào)速系統(tǒng)，即G-M系統(tǒng)。 ? 70年代晶閘管變流裝置取代了Ward-Leonard變流裝置，成為船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的主要調(diào)速方法。 自80年代以來，隨著電力電子器件的不斷進(jìn)步，采用可關(guān)斷半導(dǎo)體開關(guān)的交流調(diào)速系統(tǒng)正在逐步取代晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)，成為目前船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的主要調(diào)速方式。 ? 在這期間，80年代的電力推進(jìn)系統(tǒng)采用交—直—交變頻器供電，感應(yīng)電動機(jī)或同步電動機(jī)驅(qū)動的交流調(diào)速方式，90年代開始采用交—交變頻器供電，同步電動機(jī)驅(qū)動的交流調(diào)速方式。 歷史的啟示 從船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)展的歷史軌跡可以看出，其每一次進(jìn)步和突破都與電力電子技術(shù)與傳動控制系統(tǒng)的發(fā)展基本同步和密切相關(guān)。 但由于船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)大多用于軍事或特殊場合（雖然目前在大型渡輪和豪華客輪中有所應(yīng)用），因此，這一重要的應(yīng)用領(lǐng)域并不被廣大從事電力電子與傳動控制研究的學(xué)者所熟悉。 3. 現(xiàn)狀——艦船電力推進(jìn)的主要形式 ? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ? 驅(qū)動模式 ? 調(diào)速方法 ? 控制策略 ? 系統(tǒng)舉例 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 船舶電力推進(jìn)的基本結(jié)構(gòu)： 電動機(jī)拖動螺旋槳 ? 使用高速不可逆的熱力發(fā)動機(jī)，降低了船舶動力裝置的重量和體積； ? 可以方便的通過發(fā)電機(jī)連接獲得所需的大容量供電，并提高了系統(tǒng)可靠性； ? 允許選用船舶推進(jìn)器的最佳轉(zhuǎn)速和直徑，縮短了連接軸的長度； ? 在中、低速航行時和船舶經(jīng)常停止開航時，有較高的經(jīng)濟(jì)性能； 可以獲得所需的推進(jìn)電機(jī)機(jī)械特性，滿足不同航行條件要求； ? 控制簡單、機(jī)動性好； ? 可以消除推進(jìn)螺旋槳對熱力發(fā)動機(jī)的振動和沖擊。 3.2 驅(qū)動模式 ? 船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)分類 ? 多臺電動機(jī)聯(lián)合拖動方式 船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)分類 （1）變速電動機(jī)拖動定距螺旋槳（FPP）驅(qū)動模式， （2）定速電動機(jī)拖動變距螺旋槳（CPP）驅(qū)動模式， 并根據(jù)船舶驅(qū)動所需的功率可選擇一臺電動機(jī)單獨(dú)拖動或多臺電動機(jī)聯(lián)合拖動的方案。 多臺電動機(jī)聯(lián)合拖動方式又可分為串聯(lián)驅(qū)動模式或并聯(lián)驅(qū)動模式。 （a）為單槳雙機(jī)串聯(lián)驅(qū)動模式； （b）為單槳雙機(jī)并聯(lián)驅(qū)動模式； （c）為雙槳雙機(jī)串聯(lián)驅(qū)動模式； （d）為雙槳雙機(jī)并聯(lián)驅(qū)動模式。 幾種船舶電力推進(jìn)模式這種分散驅(qū)動新模式的優(yōu)點(diǎn)在于： ? 推進(jìn)器360°旋轉(zhuǎn)，可以在任何需要的方向產(chǎn)生推力，不需要舵和側(cè)推器，極大地提高了船舶的操縱性和機(jī)動性； ? 減少驅(qū)動系統(tǒng)（電動機(jī)和變流器）的單機(jī)容量； ? 去除了尾軸、減速器和舵機(jī)等，簡化安裝和節(jié)省船艙空間，使船體設(shè)計和空間布置靈活； ? 降低船舶振動和噪音； ? 減少船體阻力5-10%，提高運(yùn)輸效率15%（包括：提高航速、降低油耗和減少造價）。 .............更多請登錄 http://www.81tech.com/2009/1228/16945.html