船舶動力總成的概念研究與設計

李培新　王繼勇　王增英

摘 要：文章通過對船舶動力總成的研究，重點探討了船舶動力總成設計的主要流程；同時，也對常見的動力總成進行了分類。

關鍵詞：船舶動力總成；概念研究；設計

中圖分類號：U664 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）05-0007-02

隨著中國船舶制造業的快速發展，國內船舶動力的潛在市場越來越大。但是，由于國外許多著名船用柴油機制造商開始以不同合作方式涌入中國市場，使得中國船舶動力市場的競爭也愈演愈烈。大功率船用柴油機的銷售模式主要是以打包為主，即為用戶提供能夠滿足各種不同船型要求的船舶動力總成。而船舶動力總成的設計又恰恰是國內大功率船用柴油機制造企業的弱項，這在某種程度上嚴重制約了國產大功率船用柴油機的市場競爭力。綜上所述，國產大功率船用柴油機的未來發展，不僅僅是柴油機技術水平和制造水平提高，同時也將面臨著船舶動力總成的研究開發與設計問題。

1 船舶動力總成概念

所謂船舶動力總成，就是指包括下列幾個主要組成部分的船舶動力推進系統。動力機（柴油機或電機）、聯接器（彈性或剛性）、變速箱（減速箱）、艉軸、推進器（定距螺旋槳或變距螺旋槳）和控制系統，基本組成如圖1所示。

一般情況下，二沖程柴油機轉速都特別低，可以直接驅動螺旋槳工作，其動力總成中不包括變速箱。定距螺旋槳總成相對比較簡單，技術含量相對較低。因此，本文所研究的船舶動力總成主要指原動力為中速四沖程柴油機的變距槳船舶動力總成。

2 常見船舶動力總成的分類

2.1 按動力機不同分類

按動力機的不同可分類柴油機直接驅動，如圖2所示；柴油-電力驅動，如圖3所示。

2.2 按螺距是否可調分類

按螺旋槳螺距是否可調可分為定距螺旋槳（FPP）推進系統和變距螺旋槳（CPP）推進系統。

2.3 按柴油機臺數分類

按柴油機臺數分類，可分為單機-單槳推進系統，如圖4所示；多機-多槳推進系統（兩臺以上），如圖5所示；多機-單槳推進系統（兩臺以上主機），如圖6所示。

3 常見變速箱種類

常見的變速箱種類，有不帶PTO，輸入軸帶離合器，如圖7所示，帶PTO不帶PTO離合器，輸入軸不帶離合器，如圖8所示；帶PTO及PTO離合器，輸入軸不帶離合器，如圖9所示；帶PTO不帶PTO離合器，輸入軸帶離合器，如圖10所示；帶PTO及PTO離合器，輸入軸帶離合器，如圖11所示。

配變距螺旋槳的變速箱，一般都要求帶PTO（Power Take Off—動力輸出），其目的是驅動一臺容量較小交流發電機。該發電機主要用于正常航行過程中船舶所需電力的供應，此時輔機發電機組可以停止工作，以達到節能的目的。

4 控制系統

定距螺旋槳推進系統沒有專門的控制系統，船舶的工作狀況通過改變柴油機的工作狀況來改變。變距螺旋槳推進系統配有專門的控制系統如圖12所示，該系統可根據船舶行進要求對螺距進行調整，柴油機的工作狀況隨螺距的調整而變化?？刂葡到y應根據船舶工作特性與變距螺旋槳工作特性進行標定。

5 船舶動力總成設計流程

5.1 根據技術要求確定動力總成的基本配置

5.1.1 船舶主要信息

①船舶類型，如散貨船，集裝箱船，挖泥船，油輪，工程船等；②冰級，如無冰級，IA，IB，IC等。

5.1.2 推進器主要信息

①推進系統型式，如單機單槳結構，多機多槳結構等；②推進器結構型式，如定距螺旋槳，變距螺旋槳等；③螺旋槳旋轉向，如順時針，逆時針。

5.1.3 艉軸主要信息

①艉軸的布置型式，如艉軸的總體長度，艉軸的支撐方式等；②艉軸的軸承結構型式（確定艉軸結構形式）；③艉軸軸承的冷卻潤滑方式，如水冷潤滑，油冷潤滑等。

5.1.4 聯接器主要信息

主聯接器型式，如彈性聯接器，剛性聯接器等。

5.1.5 主機主要信息

①柴油機型號，柴油機動力性能指標等；②柴油機旋轉方向，如順時針，逆時針等；③前端動力輸出，如前端是否帶動力輸出裝置，輸出功率等；④排放標準，如Tier II，Tier III；⑤燃料種類，輕柴油，重油，輕柴油+重油等。

5.1.6 變速箱主要信息

①變速箱輸入輸出軸布置，如輸入輸出軸變速箱前后端異側/同側，水平垂直同時移動等；②PTO、PTI裝置要求，如帶或不帶，布置方式等；③輸入參數，如輸入功率，輸入轉速，傳遞能力等；④輸出參數，如輸出轉向，輸出轉速等；⑤減速比。

5.2 根據上述信息，進行動力總成初步方案設計

國內某船動力總成的初步方案如圖13所示。

5.3 結構設計

在完成動力總成方案設計之后，應進行詳細結構設計。一般情況下，由于原動機（柴油機），變速箱，聯接器等為成熟產品，主要以選型為主；而艉軸、推進裝置（螺旋槳）等，故都要單獨設計。

5.4 強度校核計算

如聯接器、變速箱的傳遞能力校核，艉軸、螺旋槳強度校核，空泡校核，振動校核等。

5.5 軸系扭轉振動計算

對包括柴油機、聯結器、變速箱、艉軸和螺旋槳在內的整個軸系進行扭轉振動計算。如果計算結果超限，應對軸系設計進行修改，使共振點移到工作轉速范圍以外。

5.6 資料送審

資料送審相關計算資料送船檢部門審批。

6 結 語

①動力總成的生產銷售一般都采用訂單制，制造商將根據不同用戶的具體要求，對其進行選配和設計。所以船舶動力總成的設計無標準配置而言；②動力總成的設計與生產一般情況下多個專業制造商聯合來完成，如柴油機制造商，變速箱制造商，螺旋槳（包括艉軸）制造商以及控制系統制造商等；③動力總成的打包主要是針對結構復雜，技術含量高，制造比較困難的變距螺旋槳推進系統。

參考文獻：

[1] 劉英杰.利用車動力總成NVH性能匹配與控制研究[D].長春：吉林大學，2007.