船舶動(dòng)力裝置的發(fā)展趨勢研究

呂士凱

摘要：船舶運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展迅速，對船舶技術(shù)的要求日漸提升，船舶動(dòng)力裝置是船舶的核心部件，其類型與性能直接影響船舶整體質(zhì)量。船舶動(dòng)力裝置一直在進(jìn)步發(fā)展，由早期的煤氣、燃油燃料已更新至綠色能源，不僅能優(yōu)化動(dòng)力裝置，也高度符合節(jié)能環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展理念。本文對船舶動(dòng)力裝置類型進(jìn)行闡述，并探討船舶動(dòng)力裝置的未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：船舶;動(dòng)力裝置;發(fā)展趨勢;研究

船舶是全球水路運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ?，船舶?dòng)力裝置是衡量船舶技術(shù)與質(zhì)量的重要組成，主要分為蒸汽、燃?xì)?、核?dòng)力與聯(lián)合裝置等類型，歷經(jīng)多個(gè)演化及改進(jìn)階段，逐漸趨于環(huán)保、高效發(fā)展方向。以下對不同類型的船舶動(dòng)力裝置及其發(fā)展趨勢進(jìn)行探討，以尋求更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的動(dòng)力裝置。

1 船舶動(dòng)力裝置簡述

船舶動(dòng)力裝置是由主動(dòng)力裝置、輔助動(dòng)力裝置及設(shè)備共同組成。其中主動(dòng)力裝置包含蒸汽輪、柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、混合動(dòng)力機(jī)、電動(dòng)機(jī)在內(nèi)等，主要負(fù)責(zé)推進(jìn)動(dòng)力[1]。齒輪箱、軸系、離合器組成以及螺旋槳等屬于輔助動(dòng)力裝置;船舶內(nèi)的管路系統(tǒng)、壓載水系統(tǒng)以及排水系統(tǒng)等屬于輔機(jī)及設(shè)備;在各部位及設(shè)備相互協(xié)調(diào)下，共同為船舶提供動(dòng)力。作為船舶核心設(shè)備，船舶動(dòng)力裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)，是船舶運(yùn)行及安全的重要保障。船舶動(dòng)力裝置的技術(shù)水平及性能，也是國家造船實(shí)力與海上軍事水平的一項(xiàng)直接體現(xiàn)。

2 船舶常規(guī)動(dòng)力裝置分類

2.1 柴油機(jī)動(dòng)力裝置

此類動(dòng)力裝置內(nèi)燃機(jī)是以柴油為燃料，具有啟動(dòng)快、運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定、功率大等特點(diǎn)，也是目前應(yīng)用最為普遍的船舶動(dòng)力裝置。柴油機(jī)動(dòng)力裝置又分為二沖程柴油機(jī)與四沖程柴油機(jī)。二沖程柴油機(jī)多用于大型及中型遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船舶上，其轉(zhuǎn)速較低，能直接驅(qū)動(dòng)螺旋機(jī)。四沖程柴油一般用于小型客船、運(yùn)輸船、豪華游艇以及軍艦方面，其轉(zhuǎn)速相對較高。

2.2 燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置

此類動(dòng)力裝置的燃料為油氣，具有體積小、重量小、加速性能好等特點(diǎn)，運(yùn)行過程中產(chǎn)生的污染物相對少于柴油機(jī)動(dòng)力裝置。其不足之處是燃?xì)廨啓C(jī)耗油高、蒸餾油價(jià)格昂貴致使其經(jīng)濟(jì)成本較高[2]。這也是此類動(dòng)力裝置只偶爾用于高速客船、軍艦中，不能廣泛用于各類船舶中的重要原因。

2.3 電力推進(jìn)裝置

此類裝置是利用電動(dòng)機(jī)推動(dòng)動(dòng)力裝置促使船舶運(yùn)行，其工藝相對復(fù)雜，常需為期配備柴油機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)，以便為電動(dòng)機(jī)提供能源。電力推進(jìn)裝置具有可操作性強(qiáng)、安全性高、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)勢，可用于豪華游船、海洋工程船以及軍艦之中，具有極高的推廣價(jià)值。

2.4 混合動(dòng)力裝置

此類動(dòng)力裝置是由主柴油機(jī)與電動(dòng)組所構(gòu)成，二者以聯(lián)動(dòng)形式為船舶運(yùn)行提供動(dòng)力。因電動(dòng)組可提供輔助推力，故可選擇小功率的柴油機(jī)，以減少耗油量;混合動(dòng)力裝置性能穩(wěn)定，在多類船舶上均有應(yīng)用。

3 船舶動(dòng)力裝置發(fā)展趨勢探討

3.1 柴油機(jī)動(dòng)力裝置

柴油機(jī)動(dòng)力裝置的優(yōu)勢是在于技術(shù)成熟、輸出功率大，因此在未來仍有一定的發(fā)展及應(yīng)用空間。此類裝置會(huì)逐漸實(shí)現(xiàn)單缸高功能、低排放低污染這一目標(biāo)，并會(huì)以智能化系統(tǒng)逐漸取代傳統(tǒng)工藝。

柴油機(jī)由于體積龐大，會(huì)占用較大的船艙內(nèi)部空間，多缸運(yùn)行的燃料需求量較大;目前國際上的柴油機(jī)生廠商已經(jīng)增加人力與資金投入，來研發(fā)新技術(shù)，以獲得更加高效、節(jié)能的單缸柴油機(jī)系統(tǒng)。柴油機(jī)工作中所排出的廢氣，會(huì)對環(huán)境造成污染，低排放、低污染是柴油機(jī)發(fā)展的必然趨勢，為順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，要不斷優(yōu)化裝置作業(yè)功率、提升燃油效率;還可在廢氣處理技術(shù)與設(shè)備中安裝柴油機(jī)，能夠減少廢氣環(huán)境污染[3]。智能化控制系統(tǒng)，可對柴油機(jī)動(dòng)力裝置進(jìn)行穩(wěn)定調(diào)控，減少動(dòng)力裝置系統(tǒng)的故障發(fā)生率;同時(shí)也可以保持船舶運(yùn)行穩(wěn)定性，對提高柴油動(dòng)力機(jī)裝置的綜合經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

3.2 電力推進(jìn)裝置

此類推進(jìn)裝置憑借工作性能穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)勢，可以取代一些性能低、污染嚴(yán)重的動(dòng)力裝置，在未來具有極大的應(yīng)用空間。原動(dòng)機(jī)是傳統(tǒng)電力推進(jìn)裝置的研究方向，可利用清潔能源代替柴油等燃料。電力推進(jìn)裝置還可從裝置操控性、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行優(yōu)化，以擴(kuò)大其使用范圍。電力推進(jìn)裝置是一種全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，可對船舶電力系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力與內(nèi)部用電一體化，通過加強(qiáng)電力能源的運(yùn)用與性能管理，可獲得更高的價(jià)值及效益。

現(xiàn)階段，電力推進(jìn)裝置中，備受關(guān)注、潛力較大的是吊艙式電力推進(jìn)裝置;具有推進(jìn)效率高、重量小、噪音小等優(yōu)勢，被廣泛用于豪華游輪、軍艦等船舶中，日后在工程船、天然氣運(yùn)輸船方面的應(yīng)用也會(huì)愈加廣泛。

3.3 混合動(dòng)力裝置

目前，混合動(dòng)力裝置主要包括三種，分別為柴+電推進(jìn)裝置、柴+燃?xì)馔七M(jìn)裝置、柴+電+燃?xì)馔七M(jìn)裝置，此類動(dòng)力裝置集合了單一型裝置的優(yōu)點(diǎn)，既能夠保證動(dòng)力裝置性能，又可減少環(huán)境污染?，F(xiàn)階段，混合動(dòng)力裝置主要是用于軍事艦船上，也有少部分商用船舶采用此類裝置。

結(jié)合其特點(diǎn)分析，混合動(dòng)力裝置可視為船舶動(dòng)力裝置的過渡機(jī)型，其設(shè)計(jì)與研發(fā)均是以柴油機(jī)動(dòng)力裝置的缺陷為出發(fā)點(diǎn)，通過其他類型動(dòng)力裝置的優(yōu)勢對柴油機(jī)動(dòng)力裝置性能進(jìn)行優(yōu)化。但在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展背景下，混合動(dòng)力裝置的主動(dòng)性也逐漸被弱化，甚至是為了保證裝置的環(huán)保性與可再生性，將柴油機(jī)設(shè)備從混合動(dòng)力裝置中逐漸去除。探索全新能源是主要任務(wù)，太陽能是目前重要的研究方向，可嘗試將太陽能與動(dòng)力裝置聯(lián)合用于混合動(dòng)力裝置中，以順應(yīng)高效、節(jié)能的環(huán)保理念。

3.4 特種推進(jìn)裝置

目前在海洋工程船、高速客船、工程船、勘測船、破冰船等具有特殊用途的船舶中，會(huì)涉及到特種推進(jìn)裝置的使用，此類裝置要滿足船舶性能需求，還要保證其功率與環(huán)保性能。其中，可調(diào)槳推進(jìn)裝置的關(guān)注度較高，具有操控性好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢。現(xiàn)階段，提升功率、降低耗能是可調(diào)槳推進(jìn)裝置研發(fā)與應(yīng)用的主要方向。

目前，MAN公司的最大號(hào)可調(diào)槳型號(hào)為VBS2150，其配套主機(jī)的功率為50000KW，在未來發(fā)展中，此類裝置的推進(jìn)功率還會(huì)有所提升，降低耗能、減小環(huán)境污染方面也會(huì)持續(xù)優(yōu)化，還會(huì)加大對側(cè)推技術(shù)、噴水推進(jìn)技術(shù)方面的研究力度，以獲得更為理想的操作性能，進(jìn)而提升船舶行駛速度。特種船舶的任務(wù)艱巨，對動(dòng)力裝置的功率要求較高，通過側(cè)推、噴水推進(jìn)技術(shù)可以提升動(dòng)力裝置的動(dòng)力性能，減小船舶自身重力，更加有利于特殊任務(wù)的開展及完成。

結(jié)束語：

船舶動(dòng)力裝置在不斷更新、優(yōu)化，從柴油機(jī)動(dòng)力裝置發(fā)展到混合動(dòng)力裝置，每一類型都具備一定的優(yōu)勢。隨之全球環(huán)境污染問題的加劇，環(huán)保、清潔、高效是未來船舶動(dòng)力裝置的重要發(fā)展方向，動(dòng)力裝置系統(tǒng)也會(huì)逐漸趨于智能化;依據(jù)不同類型船舶提供不同特點(diǎn)及性能的動(dòng)力裝置，進(jìn)而為水路運(yùn)輸行業(yè)與海洋軍事活動(dòng)提供有力保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢超，王艷武，曹書棟.船舶動(dòng)力裝置溫度傳感器原位檢測技術(shù)研究[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2020，41（2）：158-161.

[2]黃若川.船舶動(dòng)力裝置節(jié)能減排措施研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2019，16（36）：58，60.

[3]張躍文，孫曉磊，丁亞委等.船舶動(dòng)力裝置智能診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國艦船研究，2018，13（6）：140-146.