舰船电力系统及自动装置（舰船动力装置关键技术及其应用）

舰船电力系统及自动装置（舰船动力装置关键技术及其应用）　　另一种在现代船舶中得到广泛应用的动力装置为蒸汽轮机，其主要工作过程为通过燃料燃烧来使水产生大量蒸汽，进而推动涡轮机转动，产生推动船舶运动的动力。不同于往复式内燃机，其能够产生较大的功率，而且具有相对较小的噪音，但受制于其燃料燃烧的经济性及性能要求等因素，目前在设计作战船舶的动力装置时，通常不考虑该装置。　　2.2蒸汽轮机　　2.舰船动力装置关键技术　　2.1往复式内燃机　　往复式内燃机开发应用时间较早，技术手段及生产工艺较为成熟。在很多舰船中，往复式内燃机得到了大量应用，是一种高效稳定的舰船动力装置。目前，98%以上的船舶使用往复式内燃机作为主机。国内内燃机技术起步较晚，直至21世纪我国才在不断学习西方技术的基础上进行了大量知识积累。目前，已在开发内燃机的过程中取得了丰硕成果，内燃机开发、制造、工艺设计及应用等均上了一个台阶。当前阶段，舰船所使用的往复式内燃机多属于柴油发动机，其具有效

　　船舶是海洋、湖泊及河流中一种非常重要的水上交通工具，其不仅能够促进海上经济的发展，还能够保卫国家的治海权。船舶动力装置对船舶的重要作用不言自明，其关系到船舶的性能质量，能够直接驱动船舶，满足人们的现实需求。当前，船舶动力装置得到飞速发展，常见的船舶动力装置包括蒸汽动力、内燃动力及联合动力装置等。随着科技的不断进步，船舶动力装置也不断地进行技术革新。

　　1.舰船动力装置概述

船舶动力装置的性能好坏直接决定着船舶能否正常运行，关系着船舶操作人员及工作人员的人身安全。因此，对于船舶而言，舰船动力装置具有极其重要的地位。舰船动力装置主要可分为主动力装置与相应的辅助装置（见图1），装置中的各系统协调配合，从而为舰船提供前行动力。通常，我们所认识到的柴油机、蒸汽轮机等为船舶动力装置的主动力装置系统，主要负责产生及输出动力，同时也是船舶动力装置的核心，而船舶动力装置的辅助装置是指联轴节、齿轮箱、螺旋桨等装置，其主要作用是配合主动力装置的工作，通常其具有较高的精度，在船舶航行的过程中具有至关重要的作用。

图1　舰船动力装置组成示意图

　　2.舰船动力装置关键技术

　　2.1往复式内燃机

　　往复式内燃机开发应用时间较早，技术手段及生产工艺较为成熟。在很多舰船中，往复式内燃机得到了大量应用，是一种高效稳定的舰船动力装置。目前，98%以上的船舶使用往复式内燃机作为主机。国内内燃机技术起步较晚，直至21世纪我国才在不断学习西方技术的基础上进行了大量知识积累。目前，已在开发内燃机的过程中取得了丰硕成果，内燃机开发、制造、工艺设计及应用等均上了一个台阶。当前阶段，舰船所使用的往复式内燃机多属于柴油发动机，其具有效率高的突出优势，燃料燃烧的效率达到40%以上，这十分有利于节约能源。由于往复式内燃机在工作过程中具有循环往复不断做功的工作特点，在舰船行驶的过程中舰船的动力装置将产生较大的振动，这极大地妨碍了作战舰船的雷达探测及追踪，也影响了变速装置的使用寿命，这些都是在舰船动力装置实际应用过程中迫切需要解决的问题。

　　2.2蒸汽轮机

　　另一种在现代船舶中得到广泛应用的动力装置为蒸汽轮机，其主要工作过程为通过燃料燃烧来使水产生大量蒸汽，进而推动涡轮机转动，产生推动船舶运动的动力。不同于往复式内燃机，其能够产生较大的功率，而且具有相对较小的噪音，但受制于其燃料燃烧的经济性及性能要求等因素，目前在设计作战船舶的动力装置时，通常不考虑该装置。

　　2.3燃气轮机

　　燃气轮机是在后期逐渐开发应用到舰船上的一种动力装置，相对于以上两种舰船动力装置而言，燃气轮机属于一种新的动力装置。虽然其能源利用率较柴油机低，但由于其具有产生噪音低、功率大、运行速度快等特点，被广泛应用到大量作战舰船上，且能够满足作战需求。随着科技的不断发展进步，燃气轮机得到了更大的改进，不仅大大提高了其加速性能及功率，而且燃气涡轮动力装置设计趋于小型化，进一步减轻了装置重量。但燃气轮机作为舰船的动力装置也有缺点，其对燃气轮机的生产制造工艺要求极高。研发常常受到原料、工艺流程等因素的限制，而随着航空发动机的不断发展，燃气轮机开发开始采用先进的航空引擎技术，对航空发动机进行改装来用做船用动力装置，能够很好地降低研发难度，缩短研发周期，从而在一定程度上节约了研发成本。

　　2.4舰船综合电力系统

　　随着科技的快速发展，舰船动力装置诞生了创新型舰艇动力装置，舰船综合电力系统便是其中的一种。综合电力系统是将动力用电与日常用电相结合应用到舰船上的系统，其优势在于大大提高了电力系统的使用灵活性及运行稳定性，能够在一定程度上起到节约原材料的作用，而且能够缩减维修次数，降低维护费用。随着舰船综合电力系统的不断完善，其在军舰建造过程中逐渐得到了大量的实际应用。

　　3.舰船动力装置的实际应用

　　3.1电力推进系统的应用

　　当前，电力推进系统在船舶动力装置中得到了推广应用，该系统包括原动机、发电机、电动机、推进器以及控制设备5个主要部分，具体可分为常规轴桨电力推进系统及全回转电力推进系统两类，常规轴桨电力推进装置如图2所示。电力推进系统区别于柴油推进系统，除了具有节能环保的优点外，还拥有良好的操作性能，而且能够降低噪音。与此同时，该系统对安装条件及环境要求比较苛刻。因此通常情况下，仅仅在船舶动力装置具有高机动性、特殊工作性及大容量辅助机械等要求时应用，例如用于消防船、工程船及潜艇等舰船。

图2　常规轴桨电力推进装置图

　　3.2混合动力系统在舰船中的应用

　　目前，舰船的动力装置仍然是柴油机占绝大多数，考虑到柴油机能耗大、污染重的问题，柴油机余热混合式动力装置逐渐成为专家学者的研究热点。其为一种新型舰船动力装置，随着技术的成熟，在商用舰船上得到了大量推广应用。现阶段，舰船上采用的混合动力装置已比较先进，在动力输入时，既可以由柴油机单独供给，又可以由柴油机—电同时供给，大大提高了装置的运行可靠性。柴油机余热混合式推进系统一般由主机、电动机、废气锅炉、蒸汽透平发电机、电站管理系统及主机离合器6部分组成，在运行时采用三联产技术（动力、热媒、冷媒三联产技术），三联产技术基本形式如图3所示。通过该技术对排气中的热能进行回收，来实现对燃料的节约，达到有效利用资源的目的。该装置在运行时具有安全可靠、节能经济环保等优点，在舰船建造行业中具有广阔的应用前景。

图3　三联产技术基本形式

　　3.3船舶燃气轮机动力装置的应用

　　除了电力推进系统及混合动力系统在舰船中获得应用外，目前，船舶燃气轮机的技术也得到了大量的应用。随着科技的发展，该技术不断完善，催生了燃蒸联合循环技术，从而使燃气轮机的应用更加成熟。燃气轮机作为船舶动力装置，具有功率大、能源利用效率高、自动化程度高及动力性能优良等突出优点。因此，在大中型舰船中得到了大力推广应用，特别是在大型作战舰船（护卫舰、驱逐舰及航空母舰）中具有广泛的应用前景。

　　4.结语

　　舰船动力装置是现今船舶发展的核心技术，其性能直接影响着舰船运行的安全可靠性。本文通过对舰船的动力装置关键技术及几种先进的动力系统实际应用情况进行研究分析，得出日后舰船动力装置的发展方向，为建设大功率、高效能、绿色环保的舰船动力装置提供一定的参考。

　　作者：张引弦 （海军装备部）

　　本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第23期

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