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船舶推進(jìn)器的發(fā)展
本文總結(jié)概括了船舶推進(jìn)器的演變歷史，分析了各時(shí)期推進(jìn)器的發(fā)展?fàn)顩r，簡單介紹了幾種新型推進(jìn)器，展望了推進(jìn)器的前景。
摘 要：推進(jìn)器是船艇的關(guān)鍵部件，是能量轉(zhuǎn)化的設(shè)備，是將主機(jī)發(fā)出的能量轉(zhuǎn)化成船艇推動(dòng)力的設(shè)備。提高推進(jìn)器性能，開發(fā)高性能推進(jìn)器一直是船艇推進(jìn)器研究領(lǐng)域的主要方向。自從19世紀(jì)初期螺旋槳作為一種實(shí)用推進(jìn)器被應(yīng)用于船艇，一直到現(xiàn)在人們以螺旋槳為核心發(fā)展了各種推進(jìn)器形式：如吊艙推進(jìn)器、導(dǎo)管槳、泵噴推進(jìn)器、對(duì)轉(zhuǎn)槳、泵噴推進(jìn)器，同時(shí)也產(chǎn)生了替代螺旋槳的推進(jìn)方式的推進(jìn)器：如噴水推進(jìn)和超導(dǎo)磁流體推進(jìn)等。
關(guān)鍵詞：船舶;推進(jìn)器;展望
1 、船艇推進(jìn)器的演變
從推進(jìn)器的誕生到現(xiàn)在，經(jīng)過人們的探索與研究，船艇推進(jìn)器的發(fā)展已經(jīng)逐漸向高性能的方向靠近，從古到今，推進(jìn)器的形式逐漸增多。
1.1 原始推進(jìn)
原始推進(jìn)主要包括人力、畜力和風(fēng)力推進(jìn)。這種推進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于獨(dú)木舟和木板船的時(shí)代，其效率低、穩(wěn)定性差、降低了船舶的總體性能。自19世紀(jì)末第一艘鋼船誕生后，原始推進(jìn)技術(shù)也逐漸被機(jī)器推進(jìn)所取代，船舶行業(yè)開始進(jìn)入以鋼船為主的時(shí)代。
1.2 螺旋槳推進(jìn)器
螺旋槳推進(jìn)器可分為普通螺旋槳、導(dǎo)管螺旋槳、可調(diào)距螺旋槳、串列螺旋槳和對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳。
1)普通螺旋槳的結(jié)構(gòu)最為簡單，船舶在低速航行下效率較高。因此普通螺旋槳的制造工藝較為簡單、安裝方便，但其在推進(jìn)過程中會(huì)存在相當(dāng)多的能量損失：
①軸向誘導(dǎo)速度的損失。
�、谥芟蛘T導(dǎo)速度的損失，也可以稱為水流扭轉(zhuǎn)損失。
�、燮拭孀枇p失，即運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)水與槳葉的粘性摩擦作用而產(chǎn)生的損失。
2)導(dǎo)管螺旋槳也叫做套筒螺旋槳，它是將一個(gè)環(huán)形的套筒加在螺旋槳的外圍，分為加速型導(dǎo)管(收縮管)和減速型導(dǎo)管(擴(kuò)張管)。
優(yōu)點(diǎn)：
①船舶的螺旋槳載荷較大時(shí)，效率比較高。
�、诖霸诤叫袝r(shí)，導(dǎo)管螺旋槳受外界情況變化影響較小。
③導(dǎo)管對(duì)螺旋槳起到一定的保護(hù)作用。
缺點(diǎn)：
�、僭诘管嚂r(shí)，降低了船艇的操縱性。
�、诖г跍\水區(qū)時(shí)，導(dǎo)管容易吸入沙石、雜物，遭到損壞。
3)可調(diào)距螺旋槳，主要應(yīng)用于多工況船舶，能夠充分發(fā)揮主機(jī)效率，適應(yīng)各種工況的變化，提高船艇的操縱性。
4)串列螺旋槳，是將兩只特定的螺旋槳安裝在同一軸上，并且轉(zhuǎn)速相同、方向相同。
5)對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳，是由兩個(gè)普通螺旋槳分別裝于同心的兩軸上，以相反的方向旋轉(zhuǎn)的一種推進(jìn)方式，也叫做雙反轉(zhuǎn)螺旋槳。
1.3 噴水推進(jìn)器
推進(jìn)機(jī)構(gòu)位于船內(nèi)，利用噴射流體所產(chǎn)生的反作用力推動(dòng)船舶前進(jìn)的推進(jìn)器。其原理是利用水泵作為動(dòng)力，將水從船底孔吸入，經(jīng)過舷部的管子，把水從船后方向排出，依靠水的反作用力來使船舶行進(jìn)。
1.4 電力推進(jìn)器
電力推進(jìn)器主要由電站、配電板、變壓器、變頻器、推進(jìn)電機(jī)、全回轉(zhuǎn)型推進(jìn)器、服務(wù)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等組成。電力推進(jìn)器的主要代表為吊艙式推進(jìn)器，在下一章節(jié)中會(huì)有所詳細(xì)的介紹。
1.4.1 電站與配電板
電站由柴油發(fā)電機(jī)組和一套主配電板組成，通過柴油機(jī)發(fā)電供電給高壓電網(wǎng)再到中壓電網(wǎng)，為主要設(shè)備進(jìn)行供電。中低壓配電板確保電力分配，經(jīng)過變壓到變頻器再到推進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)電機(jī)的動(dòng)力供給。另外變壓器和高壓電纜的潔凈度、接地保護(hù)、中性點(diǎn)等都有嚴(yán)格的要求，要確保符合標(biāo)準(zhǔn)。
1.4.2 變頻器
變頻器主要是進(jìn)行交流推進(jìn)電機(jī)的控制或變速驅(qū)動(dòng)。變頻器內(nèi)部有冷卻單元，通過專用的外部淡水冷卻系統(tǒng)，經(jīng)過內(nèi)部熱交換器，將變頻器實(shí)現(xiàn)自我冷卻，除此之外，為了防止各種原因的漏水，設(shè)備還自帶漏水檢測傳感器。
1.4.3 推進(jìn)電動(dòng)機(jī)
是整個(gè)系統(tǒng)中的動(dòng)力源，因需要大功率長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重，因此需供給外部冷卻水，且為了防止冷卻水在內(nèi)部泄露，通常會(huì)安裝漏水檢測系統(tǒng)。
電動(dòng)機(jī)的主要類型有：
1)交流電動(dòng)機(jī)。由異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩種。異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，沒有電刷裝置;同步電動(dòng)機(jī)氣隙較大，能夠承受沖擊，勵(lì)磁損耗小，功率因數(shù)可以為1。
2)永磁電動(dòng)機(jī)。有多種不同結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)，其功率范圍從幾百瓦到應(yīng)用于船舶推進(jìn)的幾兆瓦。永磁電機(jī)與常規(guī)電機(jī)相比具有功率密度高、轉(zhuǎn)矩密度高的特點(diǎn)，其構(gòu)成的推進(jìn)系統(tǒng)噪聲低、效率高、維護(hù)性好。
1.4.4 服務(wù)系統(tǒng)
主要包括：滑由單元、液壓油單元、淡水冷卻單元，泄放泵單元�；膳c液壓油單元主要為推進(jìn)器設(shè)備服務(wù);淡水冷卻系統(tǒng)為變壓器、變頻器、推進(jìn)電機(jī)冷卻服務(wù)，泄放泵單元為推進(jìn)器為多余滑由泄放服務(wù)。
1.4.5 電站管理及監(jiān)控系統(tǒng)
1)電站管理系統(tǒng)是將控制器和可編程序控制器相連，通過預(yù)設(shè)好的管理程序，相互連接的計(jì)算機(jī)化的數(shù)字同步和負(fù)荷控制器，來實(shí)現(xiàn)PLC處理上層功率管理任務(wù)、啟動(dòng)柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)合閘、自動(dòng)離閘、停機(jī)等。
2)監(jiān)控系統(tǒng)。由推進(jìn)器控制中心、推進(jìn)操縱單元、舵角控制單元和報(bào)警、監(jiān)視單元組成。
1.4.6 新型推進(jìn)方式
例如模擬魚類游動(dòng)的水下仿生推進(jìn)器、超導(dǎo)磁流體推進(jìn)器等。
1)各種模擬魚類游動(dòng)的水下仿生推進(jìn)器。是將仿生學(xué)與船艇推進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的一種新型推進(jìn)技術(shù)，與傳統(tǒng)的推進(jìn)器相比較，有著低噪音、低擾動(dòng)、高效率等突出優(yōu)點(diǎn)。
2)超導(dǎo)磁流體推進(jìn)器。超導(dǎo)磁流體推進(jìn)是用電磁力推進(jìn)船舶運(yùn)動(dòng)的一種新穎船舶推進(jìn)方式，它的設(shè)計(jì)概念比其它推進(jìn)技術(shù)更為超前，不僅消除了傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)器產(chǎn)生的巨大噪聲，還可以抑制潛艇機(jī)械噪聲和流體動(dòng)力噪聲的產(chǎn)生。超導(dǎo)磁流體推進(jìn)器去除了一些傳統(tǒng)推進(jìn)裝置的部分機(jī)構(gòu)，減輕了總重量，受各類影響程度減小效率得到提高。
2、 新型船舶推進(jìn)器的發(fā)展前景
綜合船舶推進(jìn)器的各項(xiàng)性能來看，電力推進(jìn)系統(tǒng)存在更多的優(yōu)越性，在未來的十五至二十年后，全電力推進(jìn)系統(tǒng)在民用遠(yuǎn)洋船舶的使用率有望從10%升至50%左右。掌握船舶全電力推進(jìn)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)以及制造核心是一項(xiàng)技術(shù)變革，只有加快民用船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)裝備研究及產(chǎn)業(yè)化工作，才能在未來的市場競爭中占領(lǐng)制高點(diǎn)。
水下仿生推進(jìn)器是隨著生物流體力學(xué)，仿生機(jī)電與神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展，仿生水下推進(jìn)去將進(jìn)一步向高速、高效、大載荷空間、高機(jī)動(dòng)性、低噪聲以及長航程方向發(fā)展，將會(huì)逐步實(shí)用化。
3、 結(jié)束語
進(jìn)入21世紀(jì)以后，推進(jìn)器船舶的發(fā)展和應(yīng)用更是方興未艾，異彩紛呈�，F(xiàn)代航運(yùn)事業(yè)和軍事用途的驅(qū)動(dòng)，要求現(xiàn)代船舶必須達(dá)到或維持高航速、高適航、高穩(wěn)定性、高操作性、高適用性和低能耗的高經(jīng)濟(jì)性等性能指標(biāo)�，F(xiàn)如今已經(jīng)到了高性能復(fù)合船型發(fā)展的年代。世界高性能船舶的發(fā)展和運(yùn)用在高新技術(shù)的推動(dòng)下呈現(xiàn)出一派蓬勃的景象，船舶推進(jìn)技術(shù)并將迎來廣闊的發(fā)展空間。
參考文獻(xiàn)：
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