混合推進方式在物探船上的應用

摘 要：物探船作為海洋工程產品的重要組成部分，其作業方式的多樣性決定了推進方式必須靈活可靠，文章分析了目前主要采用的電力推進的優缺點，提出了混合推進方式在此類船舶應用的適用性，并針對某一型設計詳細分析其各種推進模式和特點，闡述了混合推進方式在此類船舶上應用的巨大前景。

關鍵詞：混合推進；物探船；優越性

1 背景

隨著海洋工程技術不斷地發展，人類油氣開發的腳步也逐漸由淺海邁向深海，海洋深處蘊藏著巨量的油氣資源。借著深海石油開發的東風，海工產業也迎來了大發展的機遇。船舶推進方式的選擇與船舶的類型息息相關，一般來說，運輸船多采用低速機加固定槳或者中速機加可調槳的機械推進形式，而海洋物探船由于對操作性能要求較高目前大多采用電力推進形式。

2 電力推進的現狀

電力推進船舶的電站通常由4臺或以上船用發電機組組成，通過電站管理系統（PMS）進行系統調控。PMS根據船舶在不同工作模式下，全船電力負荷變化的狀況，自動調控運行的發電機組數量。電力推進系統的最大優點在于它可以通過動態增減發電機組的運行數量，從而保證投入運行的發電機工作在最佳工況點附近，達到降低油耗和減少排放污染的效果。而且船舶在各類工作狀態下，根據推力需求通過使用變頻裝置控制電動機來調整螺旋槳的轉速，來保證螺旋槳以最經濟的工作模式高效運轉，從而降低了推進器對輸入功率的需求，讓發電機在其最佳工況下運行，使原動機獲得最高工作效率。

當然，電力推進的缺點也是很明顯的，首先，電力推進工作船為了滿足船舶正常航行的需求和保持在各種工況下的機動操縱，電站配置的容量要遠遠大于同樣功率要求的船舶，而且推進系統大容量變頻器價格昂貴。其次，當船舶運行于高負荷工況時，電力推進系統的缺點就比較明顯了。多臺小型柴油機的機燃燒效率肯定低于單個大功率柴油機，另外由于電力推進系統需將能量從發動機傳遞到螺旋槳，要經過配電板、變壓器、變頻器、電動機等部件，故能量消耗較多，電力推進系統的功率損失大概為10%，經濟性較差。

相對而言，機械推進的優點則在于其在高負荷功況下的完美表現，主發動機通過軸系驅動螺旋槳的傳統推進方式是目前效率最高的，主發動機到螺旋槳的能量損失只有不到3%，而且結構簡單，采購成本較低。

3 混合推進的優越性

物探船由于其工作狀況的復雜性，船舶會頻繁的在高低負荷之間轉換，為了使這類海洋物探船具有更好的機動性，即在高負荷工況下獲得較高的工作效率，減少不必要的機械損耗，又能在低功率負荷時有理想的工作特性，混合推進方式地采用為這種類型的工作船舶提供一種更為靈活的推進方案選擇。

典型的混合推進的動力系統一般它可以分為四種運行模式：（1）螺旋槳由柴油主機直接驅動的機械推進方式。（2）柴油主機作為原動機，直接驅動螺旋槳及帶動可逆電動機作為軸帶發電機使用的方式，在這種模式下，不需要柴油發電機組運行，僅僅使用效率更高的主機，可以有效提高船舶運營的經濟性。（3）螺旋槳由電動機驅動的電力推進方式，這種推進方式可以不需要運行主機，視功率需求通過PMS控制在網的發電機數量，船舶電網給可逆電機供電。（4）螺旋槳由柴油主機和電動機同時驅動的混合推進方式。拋錨和拖帶作業時，船舶輸出功率最大，無論是電力推進還是機械推進，單純按照這兩種工況的最大功率需求選擇主機或者發電機都是很不經濟的；混合推進模式在兼顧經濟性的前提下可以完全滿足這兩種功況的功率輸出需求。

以上四類工作模式可由船舶操作人員根據船舶運行工況自由選擇。這種混合推進方式綜合了機械推進和電力推進的優點，而且提高了系統的可靠性和冗余度，競爭力很強。

4 混合推進具體方案分析

目前，世界上幾家著名的船舶設計公司均推出了采用混合動力推進的多用途工作船的設計方案，其中由RR設計公司設計的UT-833WP型物探船是一款比較典型的由混合動力推進的海上多纜物探船，其單線圖如圖1所示。

4.1 操作模式

該混合動力推進物探船的混合推進方式的操作模式大致可分為：（1）機械推進。當船舶從港口到作業區域時，對船舶操縱性要求不高，但是對于航速要求比較高，這時，一般要求船舶全速航行，我們可以選擇機械推進模式，兩臺主機可以同時運行，通過齒輪箱驅動主推進螺旋槳。（2）電力推進。當物探船空載守護航行時，功率需求較小，可以選擇電力推進模式，根據航速需求運行相應數量的發電機組向主配電板供電，驅動推進電機，通過齒輪箱驅動主推進螺旋槳。或者運行一臺主機，由此主機所帶電機作為軸帶發電機向主配電板供電，驅動另一臺電機作為推進電機運行，這樣，一臺主推進螺旋槳由主機通過齒輪箱直接驅動，另一臺則由推進電機通過齒輪箱驅動主推進螺旋槳。此兩種推進模式的選擇取決于船用及推進所需功率的大小。（3）混合推進。當起錨和物探拖帶作業時，這時混合推進模式是最佳選擇，兩臺主機通過齒輪箱帶動螺旋漿，4臺柴油發電機同時運行，主配電板向兩臺推進電機供電，驅動這兩臺推進電機通過齒輪箱向螺旋漿加力，實現boost功能，這時，螺旋漿的推進功率可達到最大，如果全船推進功率需求更高時，也可以起動艏部的全回轉艏側推配合艉部的推進器一起使用。

4.2 特點分析

（1）推進模式靈活，從低負荷到最高負荷，每種工況都可以通過選擇相應的推進模式使柴油機運行在最佳工況點附近，尤其是在電力推進模式下，電站的組成方式多樣化，能最大程度滿足大范圍的輸出功率調節需求。（2）UT-833型物探船選擇變頻控制大功率推進電機的方案，既可以靈活控制推進電機的輸出功率達到節能效果，又提高了主推進系統的冗余度，機械推進模式可以完成絕大多數作業，在電力推進模式下都可以完成，即使主柴油機故障，物探船的航行不會受到任何影響。（3）相對于全電力推進方案，初始投資成本大大降低。如果該船采用全電力推進方案，發電機到主配電板和配電板到推進電機的大直徑電纜對于現場施工來說也是極大的挑戰，所以必須采用中壓配電系統供電，其投資相較于低壓配電系統設計方案將成本大幅度增加。

通過上述比較基本可以得出以下結論，對于大功率海洋工程物探船，采用混合推進方式不僅可以大幅度降低投資成本，而且在運行中可以通過選擇合適的推進模式達到節能減排的效果。

5 結束語

總之，混合推進的配置和操作模式可以給操作者多種選擇，有效地解決了物探船不同作業方式功率要求和設備采購成本之間的矛盾，既降低了燃油消耗，又減少了廢氣排放。在大力倡導節能環保的今天，混合推進方式一定會在更多的海洋工作船上得到廣泛應用。

參考文獻

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