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2017年中國艦船動力系統行業概述分析
2018/2/23 16:59:30 來源:中國產業發展研究網 【字體:大 中 小】【收藏本頁】【打印】【關閉】
核心提示:艦船動力裝置作為艦船的“心臟”,其技術的發展一直受到各國海軍的普遍重視。艦船動力裝置的主要任務是發出一定功率,產生各種能量,實現能量轉化和分配,是保證艦船的正常航行、安全正常作業、停泊,保證人員正常工作、生活與安全的艦船動力裝置作為艦船的“心臟”,其技術的發展一直受到各國海軍的普遍重視。艦船動力裝置的主要任務是發出一定功率,產生各種能量,實現能量轉化和分配,是保證艦船的正常航行、安全正常作業、停泊,保證人員正常工作、生活與安全的全部機械設備和系統的綜合體。
目前應用的推進系統主要有兩類:機械式直接推進(柴油機、燃氣輪機、熱機聯合直接推進 等 )和電力推進。機械式直接推進是通過剛性連接的傳動軸和齒輪系將原動機的機械能傳遞到艦艉的推進器。電力推進是利用發電機將高速原動機的旋轉機械能量轉換為電能,通過電力傳輸線將電能傳遞到艦船后部的推進電機,驅動推進電機工作,推進電機與螺旋槳直接連接,從而將電能轉換為螺旋槳旋轉的機械能來推進艦船運動,電力推進又區分為采用獨立的推進動力電站為推進電動機供電的傳統電力推進、采用綜合電站同時為推進電動機和其他用電設備(武器)供電的綜合電力推進。
一、傳統艦船動力系統:機械推進
傳統艦船動力系統主要由推進裝置、輔助裝置、艦船管路系統、甲板機械、遙控及自動化設備組成。推進裝置是其中最重要的組成部分,包括主機、傳動設備、艦船軸系和推進器。主機是推進艦船航行的動力機械,包括柴油機、燃氣輪機等;傳動設備用于斷開或接通主機傳遞給傳動軸的功率,可實現推進器的減速、換向和減振,包括離合器、齒輪箱和聯軸器等;艦船軸系用于將主機的功率傳遞給推進器,包括傳動軸、軸承和密封裝置等;推進器將主機發出的能量轉換成推力,如螺旋槳。
艦船推進裝置示意圖
數據來源:公開資料整理
根據推進裝置主機類型不同,艦船動力系統可分為蒸汽動力系統、柴油動力系統、燃氣動力系統、核動力系統。蒸汽機在19世紀初至20世紀初是世界航運船舶最重要的原動機,之后逐漸被汽輪機取代;20世紀60年代后,汽輪機又逐漸被熱效率更高的柴油機所取代;燃氣輪機在20世紀50年代開始在商船上作為主機,但未得到大規模應用,目前主要在軍用艦船上使用。
各類型傳統艦船動力系統特點
數據來源:公開資料整理
二、艦船電力推進系統:電動機驅動推進,艦船動力電氣化
艦船電力推進系統采用電動機驅動推進器 的驅動 模式,原動機與軸系間無剛性連接。電力推進系統中,原動機產生的機械能首先轉化為電能,通過電力傳輸和變換,電力經由配電板、變壓器、變頻器等設備,最終由電動機將電能轉化為機械能,驅動推進器。對比機械推進,電力推進在整個動力系統中能量傳輸形式為機械能-電能-機械能,通過電纜和電力設備進行能量傳輸,替代了機械推進傳動軸系的剛性連接。
艦船電力推進系統由運動控制系統、電力系統和電力推進控制系統組成。運動控制系統(操縱器,含發令車鐘功能)由駕駛室控制臺專職指揮人員進行艦船的航向、航速等信號指令設定;電力系統由發電機組組成,提供推進電動機所需的電力以及全船其它設備的電力供應,并通過電纜及變壓器將電力分配到各個負載;電力推進控制系統包括變壓器、變頻器、推進電機等,根據指令要求,控制推進速度和舵角。
艦船電力推進系統基本結構
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典型的艦船電力推進系統
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艦船電力推進系統從功能上可分為三類:獨立電力推進、混合電力推進和綜合電力推進。獨立電力推進即采用獨立的推進動力電站為推進電動機供電,是電力推進系統發展的初期形態;混合電力推進即在以大功率機械直接推進為主的動力系統中加入小功率電力推進,艦船在低速巡航時采用電力驅動,滿足艦船巡航時的經濟性和低噪聲需求,更高航速下采用直接驅動;綜合電力推進即艦船上的所有原動機都用于產生電力,然后分配至推進、船上用電和作戰系統,在艦船運行的全速范圍內完全由電動機驅動推進器。
艦船電力推進系統的功能分類的功能分類
數據來源:公開資料整理
艦船電力推進系統的主要動力源是推進電動機,目前主要有直流推進電機、 交流推進電機、永磁推進電機 。艦船的航速和推進軸功率的變化范圍很大,艦船用推進電機應具有高可靠性、大容量、低轉速、高轉矩、高功率密度、寬調速范圍和調速性能等特點,從而能夠適應不同工況運行要求。
各類型傳統艦船動力系統特點
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