海洋工程船舶推進電動機要求分析

蔡鈿

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海洋工程船舶推進電動機要求分析

蔡鈿

(中海油田服務股份有限公司，北京 101149 )

采用綜合電力推進系統已成為船舶推進發展的趨勢，推進電動機為綜合電力推進系統重要設備之一，其性能的好壞直接影響整個船舶的性能。本文通過對海洋工程船舶推進電動機的基本要求和規范要求進行分析，為推進電動機的設計、制造提供參考。

綜合電力推進系統 推進電動機 規范

0 引言

船舶綜合電力推進系統具有布置方便、噪聲低、節能、環保、安全、高效、高可靠、高智能、高效率、低維護、操縱靈活、易于實現自動控制等優點，已成為國內外新建船舶推進方式的首選。同時為了保證船舶行業又快又好迅速健康發展，國家工信部制訂了《船舶工業中長期發展規劃（2006～2015）》、《船舶工業調整和振興規劃》、《船舶工業“十二五”發展規劃》等指導性文件，特別在《船舶工業“十二五”發展規劃》的“船舶配套業重點產品及技術”專欄中將“電力推進裝置”列為了重點產品，將“船舶推進系統、船舶供電系統等集成技術”列為了關鍵技術，“大功率綜合電力推進系統及關鍵設備”列為了重大創新項目。而推進電動機為船舶綜合電力推進系統重要設備之一，為整個船舶提供推進動力，其性能的好壞直接影響船舶的生命力和可靠性。

因此有必要對海洋工程船舶推進電動機的要求進行分析，指導推進電動機的設計、制造和試驗。

1 海洋工程船舶推進電動機基本要求

推進電動機作為海洋工程船舶的推進動力，與一般電機不同。首先，它要考慮船舶的使用環境條件如潮濕、鹽霧、霉菌、橫傾、縱傾、橫搖、縱搖等；還要考慮艙室內的布置等要求。

船舶推進電動機的發展趨勢是高轉矩密度、低振動噪聲、高可靠性。現分別敘述如下：

1) 高轉矩密度

船舶推進電動機要求重量輕、體積小等特點，而推進電動機的體積、重量由下式決定：

DlP/n/B/A

式中：-電機定子外徑 l-鐵心長;-功率/轉速=轉矩;B-磁負荷;-線負荷。

可以看出轉矩一定的情況下，提高磁負荷和線負荷，有效的降低電機的體積和重量，但不可無限的提高磁負荷和線負荷，會帶來電機振動和發熱的問題，這需通過對電機結構應力場分析和電機冷卻溫度場分析綜合考慮。一般，磁負荷不超過10000高斯；線負荷和電密決定了熱負荷，即電機的發熱水平，合理布置電機內部的風道（增加擋風板和道風板，降低風阻）空水冷卻電機功率2000 kW，熱負荷可取到3500 A2/mm2cm，而常規電機不采用優化風道，熱負荷只能取為2000 A2/mm2cm。

2）低振動噪聲

推進電動機的噪聲的大小直接影響船舶的安靜性和舒適性，其來源于三個方面：電磁噪聲、通風噪聲和結構噪聲。氣隙磁密的大小和槽配合的好壞決定了電磁噪聲，特別是重點考慮槽配合；選用低噪聲風機電動機和葉輪，通過冷卻風路的優化可有效降低通風噪聲；通過對電機結構的優化，對噪聲傳遞的路徑進行阻尼隔斷，可有效的降低結構噪聲。

3）高可靠性

根據船舶推進的實際情況，推進電動機的可靠性應放在第一位，其次是先進性、可維性、現實性、經濟性和通用性。因此推進電動機設計時應充分考慮“六性”，是必須明確的設計思想。推進電動機的可靠性設計重點考慮兩點：①推進電動機由變頻器供電，變頻器輸出存在大量的諧波和較大的dV/dt，會直接影響電動機的絕緣壽命；因此絕緣設計時除了考慮船用條件下的三防（潮濕、霉菌和鹽霧）要求外，特別要考慮變頻條件的熱老化和電老化，通過樣棒的可靠性試驗，確保電機的絕緣的壽命；②變頻供電會產生共模電壓，在電機轉子上形成軸電流，軸電流通過軸承，會破壞軸承油膜，導致軸承損壞，降低軸承的壽命，需采用絕緣軸承或絕緣端蓋，阻斷軸電流通過軸承，提高軸承的壽命。

2 海洋工程船舶推進電動機規范要求

目前推進電動機設計、制造采用的標準規范有國家標準《GB755-2008 旋轉電機定額和性能》《GB/T 7060-2008 船用旋轉電機基本技術要求》以及行業標準《CCS 鋼質海船入級規范（2012）》、以及DNV 、ABS、GL等船級社船舶入級規范相關規范。

特別需注意的船級社標準部分采用了IEC標準，而國家標準部分等同于IEC標準，有些要求基本一致，諸如：GB7060-2008第5.7.1溫升要求與CCS 第4篇第三章3.2.3溫升要求一致。但在具體實施時，應注意兩者的不同要求，某些方面船級社要求高于國家標準，諸如：《GB14711-2013 中小型旋轉電機通用安全要求》第11.2節《額定電壓1000V》及以上電機的電氣間隙和爬電距離》規定3000V的最小電氣間隙為26mm；而CCS《鋼質海船入級規范（2012）》《第四篇電氣裝置》第2章2.14.2.3規定3000V的最小電氣間隙為55 mm，兩者相差1倍。現將中國船級社對推進電動機特殊要求總結如下：

a) 當推進電機采用強迫通風時，應在電機外面舍友直讀式溫度計和遠距離聲響報警器，以對電機的冷卻空氣溫度進行連續監視(第八篇 15.2.5.2)。

b) 對裝有熱交換器采用封閉回路方式進行冷卻的推進電機，應對一次冷卻劑和二次冷卻劑的流量進行監視，或者也可采用溫度監視并帶報警器代替這個流量監視(第八篇 15.2.5.3)。

c) 由半導體變換器供電的交流推進電動機應有措施限制軸電流的產生，防止軸承過早損壞(第八篇 15.2.5.9)。

d) 推進電動機和主機驅動的轉軸為推進軸的組成部分的發電機，其轉軸的材料應具有CCS頒發的證書(第四篇3.2.1.3)。

e) 感應推進電機應能承受60%過轉矩15s而不發生有害變形(第四篇3.2.5)。

3 結論

我國對海洋工程船舶有著迫切的需求，推進電動機為船舶綜合電力推進系統重要設備之一，船級社規范對推進電動機有著嚴格的要求。本文通過對海洋工程船舶推進電動機的基本要求和規范要求，進行了較為細致的敘述，為推進電動機的設計、制造提供參考。

[1] 任修明，楊德望.艦船推進電機設計發展展望. 船電技術，2002, (5).

[2] 中國船級社. 鋼質海船入級規范.北京：人民交通出版社，2012.

Analysis on Requirements of Electric Propulsion Motor for Oceanographic Engineering Ship

Cai Tian

（China Oilfield Services Limited, COSL, Beijing 101149, China ）

TM351

A

1003-4862（2014）09-0079-02

2014-03-04

蔡鈿(1962-), 男，教授級高級工程師。研究方向：海洋工程裝備。