船舶电力推进系统的技术特点及发展趋势研究

电力推进;超导电力推进;燃料电池;综合全电力推进0引言船舶电力推进是由船舶原机组(柴油发电机组、燃

于全方位推进系统的传动效率，且其机械结构相对简 。吊舱式推进系统既能采用推吊舱，能采用

2吊舱。发电机组、 进 诸

发电机组以及燃料电池\"输出电能[1-3]，再通船舶电力推进系统的组成过电机来驱动螺旋桨、喷水推进、吊舱 推进器、直翼 推

的推进，以此为船舶提供前进动力的推进方式Q1电力推进系统通常由原动机、电能分配系统 系统及推进组 系统组 Q 原 机可以是柴油机 机燃 机能应+汽轮机或燃料电池。发电机

电

发电机、永磁发电机

发船舶电力推进系统的技术特点船舶电力推进通

直流推进和交流推进

Q目电机和超发电机，供电 及 电 备，以

； 电 其

Q由电别、排除用电前世界上3 的电力推进系统， 是轴系推进系统、q断 和 装 组，其用于输电能和自

全方推进系统与吊舱推进系统!4#可将电能分配至船舶

为

(1) 在系推进系统中，通由 电机驱螺旋桨，电机螺旋桨之间可采用直接连接方式或通过 装电能 系统 用于在 提供将电机 旋桨 连。电能供Q推进组 由推进电 机和 组，推进电船Q(2) 全方推进系统可实现自由 向的推力，其推力可以通过 可 ，能产生任方旋桨或。而全方位推进机可将输电能转化为机械能，以推船舶航行，变频调速器

为推进电机输入电能

2.1推进电机制其转速，从

桨进行帝全方位推进系统 电机+Z

的电机通电机+L

向 以产生推力。系统通

在功率最高达5-10 MW的工作范围内，采用鼠笼式转子 的 电 机 对 为 Q 的 3 应采用(3) 吊舱 推进系统可以自由 产生任何方向的推力。该推进系统将电机与螺旋桨集在 的吊舱装置中，定距螺旋桨直 装于电机 上!現吊舱推进系统的电机。此外，由于 低了整机对振的敏感性。电机 采用 的 ，从在期的研发工作中，相关研究人员曾试验以永磁铁替3结论[6] [7] [8] [9]

牟介刚，代东顺，谷云庆，等.非光滑表面离心泵叶轮的流动减阻特性[J].上

(1) 仿生技术在工程中得到了广泛的应用，可对机械结构 进行改形改性;也可对材料拓扑结构和织构进行优化，改善其 性能，以应用于生产实践。通大学学报,2016,50(2)： 306-312.张勇，潘正宇，谷正气，等.基于鲨鱼鳍的汽车车身仿生气动

减阻研究[J].汽车工程,2017, 39 (9) ： 1018-1024,1029.(2) 减阻耐磨仿生结构得益于其广泛的应用前景，再加上 自然界生物的不断进化为其提供了不断创新的源泉，因此减 阻耐磨仿生结构未来可期。[参考文献]谭立东，宗宣洁，常志勇，等.重型拖拉机湿式离合器摩擦片耐磨仿生

[J]. 工程学报,2018,34(19)： 54-59.金敬福，丛茜.通孔形结构仿生试件的耐磨特性试验[J].吉

林大学学报(工学版),2008,38 (S2) ： 144-148.[10]

[1] [2] [3] [4] [5]

戴振东，佟金，任露泉.仿生摩擦学研究及发展[J].科学通

, , ,.具有仿生条纹结构的内燃机活塞疲劳性回归分析[J]. 工程学报，2016,32 (4) ： 48-55.[11] 嗣伟.发展仿生摩擦学的展望[J].润滑与密封,2018,43

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⑴：1-2.刘博，姜鹏，李旭朝，等.鲨鱼盾鳞肋条结构的减阻仿生研y 进展[J].材料导报,2008, 22 (7) ： 14-17.李庆达，郭建永，胡军，等.土壤耕作部件耐磨减阻处理的研 究现状[J].表面技术,2017,46(2)： 119-126.马付良，曾志翔，高义民，等.仿生表面减阻的研y现状与进

收稿日期：2019-04-15作者简介：王永鑫(1995—),男，河北秦皇岛人，在读硕士研

展[J].中国表面工程,2016,29(1)： 7-15.蒋锐，陈阳，于成信，等.仿蟋蟀切齿叶减阻灭茬刀片设计与y生，研y方向：航空零组件制造及研y、绿色摩擦学。通信作者：张昌明(1978-),男,陕西兴平人，教授，从事机械

[J]. 工程 学报320\"8325(4) 409-4\"9.加工教学工作。机电信息2019年第15期总第585期159I综合研究・Zonghe Yanjiu代励磁绕组，以此消除励磁功耗，并能有效降低电机的尺寸9

针对直流电机的使用仅限于特殊的应用场合,例如在噪声较 低或者采用蓄电池供电的驱动场景下，同时针对最新型电机

配备了专门调适的电子设备，以便在军事用途中得以使用9

2.2变频器由于大功率开关特别是绝缘栅双极型三极管(IGBT)及其

衍生 的 ， 代了直接变带直流中间级电路的 • 可提供功功率，因能 有的三 流电机 配。带直流中间级电路的

由 流

直流电路及 组 9 有

在 三流电

提供无功功率时，可使

9对于同步电机而言，其可 提供 的功率，机械功有效

•电机动时，此电气设备可能

于，因此， 了 动设备，

开直流电路中的电流， 中间电路级的直 用于大型驱动装置中。2.3备用冗余在

中不管发生大 的 ，船动 或有限 ， 能

于 的设计用途•即使

动

流 ，两还能以全功率的50%

驱动，即使另外又有故障，

可 以 至目的•目前我国 造 种

叉连的装置。内部由相互独立的两台电机组成的

电动机组目前也大规模生产，其励磁设备也可别由各 动切换流 供电。如此可在单个绕组 轻微 时，继续 •尽管如此，在设

关 时

研究，以不断提升 的可靠耐久 利用率。2.4船舶电网的连接每

从 电网获取功率强大的非正弦电流。出于对灵活性的考虑，可直接从

连的同一个汇流排， 向 电网供电。因此,在采用非正弦电流的前提下， 允许导致 电网电压畸 的电流数值超过许可值。在践中一贯采用的措施是，在

前方串联一个三绕组的 ， 流划分为两部，为了尽可能减小 残留的高次谐波电流对电网电压的影响，同时需尽可能降低

电网对于高次谐波的阻抗。对于电机 ，次瞬电抗是较为重要的一方面，该电

抗的下限数值由电机的结构参数定， 面，其较小的数值也意味着较大的击短路电流•使用滤波器可使定频 率下的电网阻抗达到非常小的值•3船舶电力推进系统的新技术及未来发展趋势就目前而言，船舶电力

的 动向主要 在：以交流电力 代直流电力 直流电力 装置，并大力发展超导电力 特种燃料电池

，以及160合全电力 叽交流电力 的特点是极限功率大,效率高，可靠 ，

电机的 型，其可

电动机交流

同电动机流

•超导电力 是以超导电机 功率 的电力，其 特点是 小,体积小，效率高，噪声低。

着来低 的

完善，为超导电力

的应用提供了良好的必备条［7］-燃料电池是一种能把化能直接转 电能的能转化装置，燃料电池 由电池 燃 化及其 构

成，其特是 ，效率高。因大规模 的设施 较有限，如今的燃电池采用的燃主要

转化， 化 转化成氢• 种转化的能转效率 机的 效率 在较大 • 到目前 ， 燃 电池的每 的电能成 ，

高于机等传统动力

•如 ，氢能的供应及 阻止了燃电池的大规模 应用，尽管其有着 的应用前景， 是

的

•合 电力

是

动力 的重大 ，各国目前都在极开 合全电力 的研究 ，并定了应的 划。 的驱动 中电机 或

可转的

在船舶下方，

导电 向电动机能，有着较好的

应用前景。4结论与展望目前在

，对于电力推进的关注度可谓与日俱增。就目前 ，流电力 超导电力 燃电池 及合全电力

的重

向•着关 的

完善，电力

在船舶推进［参考文献］［1］ 伍赛特.船用柴油机应用前景展望［J1.柴油机设计与制造，

2018,24(3):1—4.［2］ 伍赛特.舰用燃气轮机动力装置的前景展望［J］.现代制造技

术与装备,2018 (12): 204-206.［3］

伍赛特.蓄电池电动船舶的应用前景展望［J］.机电技术，

2018(5)： 117-120.［4］

解学参.吊舱推进器推进及空泡性能的数值模拟［D］,哈尔 滨:哈尔滨工程大学,2009.［5］ 范啸平，王敏.现代舰船综合电力推进技术综述［J］上海造，2007(4) : 34-37.［6］ 伍赛特.地效翼船的应用前景展望［J］.机电信息，2018 (36):62-63.［7］

《机电设备》编辑部.船舶动力100年［M］.武汉：湖北科学技术，2016.收稿日期：2019-04-24作者简介:伍赛特(1990—),男，湖南邵阳人，工学硕士，助理，研究向： 动力装置研究开•