淺談電液混合推進在船舶中使用的優越性

龔厚寬

船舶推進器是，它的作用是將船舶動力裝置提供的。船舶推進器種類很多，按照原理不同，有螺旋槳、噴水推進器、特種推進器。

作為推動船舶前進的機構。它是把自然力、人力或機械能轉換成船舶推力的能量轉換器。推進器按作用方式可分為主動式和反應式兩類。靠人力或風力驅船前進的纖、帆（見帆船）等為主動式，槳、櫓、明輪、噴水推進器、螺旋槳等為反應式。現代運輸船舶大多采用反應式推進器，應用最廣的是螺旋槳。

由槳轂和若干徑向地固定于轂上的槳葉所組成的推進器，俗稱車葉。螺旋槳安裝于船尾水線以下，由主機（見船舶動力裝置）獲得動力而旋轉，將水推向船后，利用水的反作用力推船前進。螺旋槳構造簡單、重量輕、效率高，在水線以下而受到保護。

螺旋槳是現代船舶的主要推進工具，現在大多數船舶是用螺旋槳來推進的。螺旋槳又有許多類型。

按照槳葉多少，螺旋槳有2、3或4個槳葉，甚至更多。一般槳葉數目越多吸收功率越大。

按照構造不同，螺旋槳分為定（槳）距和變距螺旋槳兩大類。

定距螺旋槳，螺距是固定不變的其特點是構造簡單，重量輕，所以才船舶上得到廣泛應用。

變距螺旋槳，螺距是可以調節的，通過螺旋槳變距機構，有液壓或電力驅動來調節螺距。最初使用的是雙距螺旋槳。高速時用高距，低速時用低距，以后又逐步增加了槳距的數目。

普通運輸船舶有1～2個螺旋槳。推進功率大的船，可增加螺旋槳數目。大型快速客船有雙槳至四槳。螺旋槳一般有3～4片槳葉，直徑根據船的馬力和吃水而定，以下端不觸及水底，上端不超過滿載水線為準。螺旋槳轉速不宜太高，海洋貨船為每分鐘100轉左右，小型快艇轉速高達每分鐘400～500轉，但效率將受到影響。螺旋槳材料一般用錳青銅或耐腐蝕合金，也可用不銹鋼、鎳鋁青銅或鑄鐵。

60年代以來，船舶趨于大型化，使用大功率的主機后，螺旋槳激振造成的船尾振動、結構損壞、噪聲、剝蝕等問題引起各國的重視。螺旋槳激振的根本原因在于螺旋槳葉負荷加重，在船后不均勻尾流中工作時容易產生局部的不穩定空泡，從而導致螺旋槳作用于船體的壓力、振幅和相位都不斷變化。

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。

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

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，電液混合推進的船舶有如下優點：

（1）操縱控制方便，機動性能好。船舶采用電、液推進時，螺旋槳轉速都可以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。動力源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）全可靠性好，振動小，噪聲低。首先，電、液壓混合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。

（5）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。

（6）有利于主機驅動輔助負荷，合理利用能源。采用電、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。

（7）適用于某些特定航區船舶。比如說某風景名勝區的旅游船舶，船舶載客順流而下，返程時空載逆流而上，沿途淺灘、急灘較多。電液混合還有如下優勢：①排放低，環保性好，如可根據流態情況選擇純電力推進和混合推進方式；緊急情況下的安全性大為提高；②吊艙式推進系統，去除了舵、支架、船艉突出物等，船體的阻力得以降低。

船舶電、液壓混合推進具有性能穩定、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。可見，對船舶綜合推進系統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）