淺談液壓推進在船舶中的使用

龔厚寬

現代船舶逐漸向大型化、專業化、高速化方向發展，傳統的船舶推進方式——柴油機直接推進逐漸表現出一些不適應。為此，探尋機動性能良好、綜合性能優良的推進方式來迎合現代船舶發展的要求已勢在必行。

隨著各種先進技術的發展，電子、磁流體等技術已經應用于船舶推進裝置中，先后出現了電力推進、超導電磁推進、噴水推進等推進方式。這些推進方式相對于柴油機直接推進方式各有優點，但都存在不足。本人在分析各種推進方式的優缺點的基礎上，結合液壓傳動技術在船舶中的應用，提出了一種新的推進方式——船舶綜合液壓推進，說明其優點。

一、現有推進方式及其特點比較

現代船舶所應用的推進方式主要有四種：柴油機直接推進、電力推進、超導電磁推進和噴水推進。這些推進方式的特點如下：

柴油機直接推進雖然結構簡單，控制方便，但其推進裝置功率體積比過大，并且其主機、軸和推進器要求在同一高度，有效艙容小；

電力推進似乎是目前最理想的推進方式，但由于其主要元件物理特性的限制，增大船舶功率比較困難；噴水推進與磁流體推進尚在研究階段，仍有許多問題需要研究解決。

二、船舶綜合液壓推進船舶液壓推進是通過雙向變量液壓泵來調節螺旋槳的轉速與方向，進而實現船舶前進、后退、變速等動作

液壓泵是為液壓傳動提供加壓液體的一種液壓元件，是泵的一種。它的功能是把動力機（如電動機和內燃機等）的機械能轉換成液體的壓力能。輸出流量可以根據需要來調節的稱為變量泵，流量不能調節的稱為定量泵。液壓系統中常用的泵有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵3種。齒輪泵：體積較小，結構較簡單，對油的清潔度要求不嚴，價格較便宜；但泵軸受不平衡力，磨損嚴重，泄漏較大。葉片泵：分為雙作用葉片泵和單作用葉片泵。這種泵流量均勻，運轉平穩，噪音小，工作壓力和容積效率比齒輪泵高，結構比齒輪泵復雜。柱塞泵：容積效率高，泄漏小，可在高壓下工作，大多用於大功率液壓系統；但結構復雜，材料和加工精度要求高，價格貴，對油的清潔度要求高。一般在齒輪泵和葉片泵不能滿足要求時才用柱塞泵。還有一些其他形式的液壓泵，如螺桿泵等，但應用不如上述3種普遍。液壓馬達工作原理：是將液壓泵提供的液體壓力能轉變為其輸出軸的機械能，是液壓系統的一種執行元件。液壓馬達亦稱為油馬達，主要應用于注塑機械、船舶、起揚機、工程機械、建筑機械、煤礦機械、礦山機械、冶金機械、船舶機械、石油化工、港口機械等。

目前，液壓傳動技術在船舶上的應用日益廣泛，如舵機、起貨機、錨機、絞纜機、吊艇機、旋梯升降機、艙蓋板啟閉裝置等船舶甲板機械多采用液壓系統作為動力源或推進裝置，而傳統的氣動、蒸汽甲板機械已逐漸淘汰。采用柴油機直接推進、電力推進、超導電磁推進和噴水推進的船舶均需要在船舶上設置兩套動力系統，以供主推進裝置與船舶輔機使用。液力推進雖然使用液壓源，但其推進效率極低，僅為60，限于特殊場合應用。而若主推進裝置采用液壓推進，就可與輔機使用同一動力源，這樣既利于能源的使用，又利于液壓設備的整合，即“船舶綜合液壓推進”。

與現有的推進方式相比，液壓推進的船舶有如下優點：

（1）操縱控制方便，機動性能好。船舶采用液壓推進時，螺旋槳轉速可以在反向額定轉速與正向額定轉速之間進行無級調速和換向，完全不受主機最低穩定轉速的限制。由于液壓推進系統幾乎不受執行機構和機械系統運動慣性的影響，因此對螺旋槳可進行有效的制動，而且其動態過程穩定、時間短。與用柴油機變速的直接傳動系統相比，對控制信號的響應快得多，易于實現快速起動、換向以及制動等操作，尤其是在船舶高速航行時，該特點更加明顯。

（2）輸出恒定扭矩。這是其它傳動方式所不具備的，充分迎合了螺旋槳轉速常變而扭矩恒定的要求。

（3）機艙布置靈活。柴油機和螺旋槳的安裝位置可以根據機艙位置進行多層布置，互不影響，避免了直接推動系統柴油機軸線必須與軸系中心線、螺旋槳中心線在同一直線上而不得不墊高機座位置的不合理布置情況的出現。靈活的布置使機艙空間得到充分的利用，機艙所需容積減少，有利于貨物的裝載。

（4）功率重量比大。在同等功率情況下，液壓執行裝置具有體積小、重量輕、結構緊湊等優點。例如，液壓馬達的體積只有同等功率電動機的十二分之一左右。據SIEMENS公司對電力推進船舶設備重量的統計，其值比直接推進的同功率船舶設備總重量減少30，液壓推進比電力推進布置更緊湊，重量更輕，因此更有利于機艙和螺旋槳的布置。

（5）安全可靠性好，振動小，噪聲低。首先，液壓推進自身具有較高的機動性能。其次，不受柴油機最低穩定轉速的限制，可實現微速航行。再次，可使用多臺原動機，各原動機既可以獨立工作又可以聯合使用，推進器可采用多個螺旋槳，且都獨立控制，因而即便是部分原動機和螺旋槳出現故障也不會導致船舶沒有航行能力。最后，由于液壓油具有良好的潤滑性能，只要管理得當，液壓系統的故障率很低，同時液壓裝置也易于實現過載保護。

（6）延長了發動機以及元件的使用壽命。如采用液壓推進，則船舶航速與航向的改變不依賴主機轉速、轉向的變化。主機轉速可以為固定值，減少了主機起、停、換向次數，因此減輕了運動部件的磨損和受熱部件的熱疲勞損壞。

（7）有利于主機驅動輔助負荷，合理利用能源。采用液壓推進，主機可以恒速運轉，這一特點有利于船舶中要求恒速運轉的軸帶發電機的使用，也有利于某些裝有軸帶輔機的工程船舶的應用，如挖泥船、消防船等。

（8）適用于某些特殊船舶。相對于電力推進，從安全角度考慮，液壓推進船舶更適于某些特殊船舶，如天然氣船、油船等。

船舶液壓推進具有性能穩定、響應速度快、推進效率高等優點，并且在機動性、安全性等方面與現有推進方式均有可比之處?？梢?，對船舶綜合液壓推進的研究是極有價值的，該推進方式在未來船舶推進裝置的設計制造中必將占有一席之地。

（作者單位：桂林船舶檢驗局）