某調(diào)查船推進系統(tǒng)方式論證

摘要：本文根據(jù)客戶與規(guī)范的要求，結(jié)合本船主要參數(shù)，對全回轉(zhuǎn)電力推進系統(tǒng)中的吊艙式電力推進和Z型全回轉(zhuǎn)電力推進兩種方式，從操縱性、布置形式、能量傳遞、投資經(jīng)濟性、運營及維護成本展開論證，得出結(jié)論。

關(guān)鍵詞：調(diào)查船； 推進系統(tǒng)；電力推進；方式論證

中圖分類號：U664.3文獻標(biāo)識碼：A

A survey ship propulsion system mode selection

YIN Xianfeng

( Guangzhou Marine geological survey, Guangzhou 510760 )

Abstract: the article according to the requirements of customers and specification, combined with the main parameters in the vessel, on the rotary podded electric propulsion in the electric propulsion system and Z type rotary electric propulsion in two ways, from handling, layout, energy transfer, investment efficiency, operation and maintenance cost, draw the conclusion.

Key words: Marine geological survey ship; Propulsion system; Electric propulsion; arguments

本調(diào)查船入中國船級社（CCS）船級，船級符號及附加標(biāo)志為：★CSA Ice Class B3；★CSM AUT-0，DP-2。本船按中國船級社《鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范》和《船舶與海上設(shè)施法定檢驗規(guī)則》及其修改通報進行設(shè)計和建造，滿足《綜合地質(zhì)調(diào)查船功能需求》中所列出的規(guī)范、規(guī)則、標(biāo)準和公約。

本船主要裝備海洋淺鉆系統(tǒng)及綜合地質(zhì)地球物理調(diào)查設(shè)備等，主要用于海洋基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查。根據(jù)《綜合地質(zhì)調(diào)查船功能需求》的要求，結(jié)合本船排水量、最大航速、各工況電力負荷需求、航行經(jīng)濟性需求等主要參數(shù)，開展推進系統(tǒng)的論證工作。

1 本船推進系統(tǒng)基本要求

本船推進系統(tǒng)的配置需要綜合考慮最大航速時的功率需求和作業(yè)工況時的功率需求，以及先進性、安全性、適用性、舒適性等幾個主要因素。

1.1功率需求

經(jīng)過計算，本船主推進器在最大航速15 kn時需要的有效推進功率約4 000 kW；作業(yè)工況時動力定位最大功率需求約1 500 kW。本船估算的電力負荷，如表1所示。

表1 電力負荷估算表

根據(jù)上述功率需求，以及CCS對DP-2級動力定位系統(tǒng)冗余度的要求，主電站配置方案為3臺2 000 kW主發(fā)電機組和1臺400 kW停泊發(fā)電機組。在動力定位作業(yè)工況時和全速航行時運行3臺主發(fā)電機組，應(yīng)急電站為一臺120 kW應(yīng)急發(fā)電機組。

1.2動力定位能力

根據(jù)《綜合地質(zhì)調(diào)查船功能需求》及可研編制工作船舶設(shè)計對動力定位的要求，本船應(yīng)有五級海況定位保持能力，能在四級海況下水深200 m以內(nèi)進行鉆探作業(yè)，在6級風(fēng)2節(jié)流實現(xiàn)定點定向功能。

2兩種電力推進型式對比分析

隨著科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，電力推進技術(shù)由于其在船舶的機動性、空間布置的靈活性和節(jié)能減排等方面的優(yōu)點得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在目前的主要電力推進方式中，全回轉(zhuǎn)電力推進方式以其在船舶操縱性、舒適性等方面具有常規(guī)槳軸電力推進無法比擬的優(yōu)點，在各種海工船和科考船上得到了越來越多的應(yīng)用。

根據(jù)《綜合地質(zhì)調(diào)查船功能需求》，本船選用全回轉(zhuǎn)電力推進方式。目前，全回轉(zhuǎn)電力推進主要包括吊艙式電力推進和Z型全回轉(zhuǎn)電力推進兩種。現(xiàn)將兩種推進形式進行對比分析。

2.1船舶的操縱性

吊艙式和Z型全回轉(zhuǎn)電力推進，尾部的舵槳都可以360°旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)360°全方位的推進，使兩者都具有良好的操縱性能。

2.2布置形式

吊艙式全回轉(zhuǎn)推進型式的電機安裝在吊艙內(nèi)，不需要占用船內(nèi)的空間，結(jié)構(gòu)比較緊湊。

Z型全回轉(zhuǎn)電力推進形式的電機布置于船體尾部的推進器艙內(nèi)，直接或用短軸與舵槳單元連接，結(jié)構(gòu)也較為緊湊。

除上述區(qū)別外，兩種推進型式中柴油發(fā)電機組、主配電板、推進變壓器、推進變頻器均可以采用類似的布置方案。

2.3能量傳遞中的損失和振動

吊艙式全回轉(zhuǎn)推進型式，是靠水下永磁同步電機帶動同軸螺旋槳軸驅(qū)動螺旋槳，由于電機的調(diào)速范圍一般在0~350 r/min，可與螺旋槳直接連接而不需減速即可實現(xiàn)推進。該種方式不存在機械傳動，電機布置于水下，振動噪音相對較小。

Z型全回轉(zhuǎn)電力推進形式，其傳動結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，需通過幾根傳動軸和幾對傘形齒輪，功率傳輸過程中齒輪組的效率損失約為4%~5%；其次，其電機布置于艙內(nèi)，艙室噪音較大，對水下的噪音輻射也略大于吊艙式全回轉(zhuǎn)推進型式。

2.4設(shè)備初投資

電力推進的配置中各方案所需要的柴油發(fā)電機組功率不完全相同，但經(jīng)過仔細分析各配置方案并研究了各主要柴油機廠商相應(yīng)功率范圍的柴油機后，兩個方案所配置的柴油機型號一致。其他配電、變頻器、變壓器以及推進電機的功率參數(shù)基本相同。因此兩者價格的區(qū)別主要在于推進形式的不同。

吊艙式全回轉(zhuǎn)舵槳的電機位于水下支撐模塊內(nèi)，該特性決定了其體積不能太大、功率傳遞結(jié)構(gòu)也應(yīng)盡量簡單，故采用了成本較高的永磁同步電機。此外，由于其電機位于水下，對密封性能也提出了更高的要求，故整體的制造成本較高。

Z型全回轉(zhuǎn)推進由于電機處于機艙中，可采用體積較大、性價比更高的鼠籠式交流異步電機，故其制造成本相對吊艙式舵槳要低一些。

2.5運營及維護成本

吊艙式全回轉(zhuǎn)舵槳裝置的電機位于水下，一旦電機或機械出問題，有可能帶來水下電機進水，并有可能需要更換整個吊艙單元，維護成本較高。

Z型全回轉(zhuǎn)舵槳的電機在艙內(nèi)，水下只有機械部分，若舵槳的軸密封出現(xiàn)問題，只需要更換密封裝置和舵槳單元內(nèi)的滑油，其維護成本要比吊艙式全回轉(zhuǎn)舵槳裝置要低。

3兩種電力推進型式主要配置

3.1Z型全回轉(zhuǎn)舵槳合一電力推進型式

Z型全回轉(zhuǎn)舵槳合一電力推進型式，是一種推進電機位于船體內(nèi)，推進電機通過一根短軸與舵槳裝置連接，然后通過兩根傳動軸和兩對傘形齒輪將動力傳遞至螺旋槳軸帶動螺旋槳實現(xiàn)推進。

根據(jù)估算的電力負荷和電站配置方案，本船該種推進型式的主要配置單線圖，如圖1所示。

圖1Z型全回轉(zhuǎn)電力推進型式單線示意圖

3.2吊艙式全回轉(zhuǎn)舵槳合一電力推進型式

吊艙式全回轉(zhuǎn)舵槳合一電力推進型式，是一種推進電機位于水下支撐模塊內(nèi)，推進電機直接驅(qū)動螺旋槳軸帶動螺旋槳實現(xiàn)推進。本船該種推進型式的主要配置單線圖，如圖2所示。

圖2吊艙式全回轉(zhuǎn)推進型式單線示意圖

3.3兩種配置的初投資對比

按照本船的配置方案，向各設(shè)備廠商進行了初步的詢價，各廠商提供的報價涵蓋的設(shè)備范圍包括：三大一小的發(fā)電機、主配電板、推進變壓器、推進變頻器、推進電機及推進器、首側(cè)推電機以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)等。在同等配置情況下，吊艙式全回轉(zhuǎn)舵槳合一電力推進型式的初期投資約為Z型全回轉(zhuǎn)舵槳合一電力推進型式的1.4倍左右。

4結(jié)論

綜上所述，結(jié)合《綜合地質(zhì)調(diào)查船功能需求》，建議本船采用Z型全回轉(zhuǎn)舵槳合一的電力推進型式，首側(cè)推配置一套升降式首側(cè)推和一套槽道式首側(cè)推推進器。

參考文獻

[1] 李建光.船舶及海洋工程動力裝置設(shè)計指南[M].武漢: 華中科技大學(xué)出

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[2] 葉國泉, 沈林濤. 吊艙式電力推進裝置的應(yīng)用[J]. 上海造船, 2007(1).

作者簡介：殷憲峰 （1977-），男，工程師。主要從事海洋地質(zhì)調(diào)查船維護與建造工作。

收稿日期：2013-08-29