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摘要：船舶推进系统的核心内容就是要将现有类型的发动机和推进器进行优化组合，形成最佳的推进装置配置方案，现代船舶应根据船型及其计划运输服务范围选择最佳推进系统方案对于提高现代船舶运行效率具有特别重要的实际意义。下面就船舶推进系统进行具体分析探讨并谈谈我的认识。
关键词：船舶推进系统；分析；优化
1．二冲程柴油机船舶推进系统分析及其优化配置
二冲程柴油机船舶推进系统采用直接驱动定距螺旋桨配置，是当今民船上最通用的推进装置形式。我认为，选择螺旋桨转速具有特别重要的意义，因为随着螺旋桨转速的降低推进效率大为提高。因此，为大型高速船舶特别研制了特低转速（60-80 rpm）的二冲程柴油机。这些长冲程柴油机，有效效率可达50%，燃油初级能量的直接利用率最高。此外，部分废气能量还可使用在废热锅炉内生产热水或饱和蒸汽或加热热油系统。回收的废热在船上可以用于预热目的。
我认为，整个推进系统的操作性能取决于柴油机和定距桨之间的相互作用。在船舶整个寿命期间，从起动（海上试验条件）到特别不利条件下作业，螺旋桨特性变化范围可能很宽。全速航行时只有在发动机具有适当功率贮备时才有可能，现在选用的发动机，大多数在海上航行试验时，留有10-15%的功率贮备。
我认为，在安装大功率发动机的船上，可以废热锅炉生产的过热蒸汽送到涡轮发电机，提供船上所需要的电能，这样比较经济，但要对取代柴油发电机所节省的燃料费用与增设废热锅炉和涡轮发电装置所花的较高的基本建设投资进行对比。
我认为，现代二冲程船用柴油机的结构型式一般为4-12气缸直列式、转速约为60-200 rpm，单缸功率400-5500kW、使用恒压涡轮增压的柴油机。由于增大了冲程/缸径比，气缸换气效率得到改善，所以直流扫气被证明是最优越的换气系统。二冲程船用柴油机的进一步发展应该致力于降低生产和维护费用、降低燃油消耗、减少废气污染和缩减机舱尺寸研究。
此外，定距螺旋桨推进受空化作用，螺旋桨尺寸和其在尾流中的位置受到限制。所以在推进系统中的桨越来越多的设计形式是桨叶侧斜式定距螺旋桨。与传统的定 距桨相比，侧斜式定距桨具有同样好的推进特性、较好的空化性能，而在船体上形成的压力波动较小。
2.四冲程柴油机船舶推进系统分析及其优化配置
现代四冲程中速或高速柴油机推进系统相对转速较高，分别为300-1000 rpm或1000-2200 rpm。为了使螺旋桨在最佳转速下工作，需要配有减速齿轮箱。在柴油机和齿轮箱之间必须安装高弹性的弹性联轴节以防止对齿轮箱的冲击。
我认为，使用齿轮箱传动有可以使螺旋桨采用多台发动机驱动。过去就有很多船舶的推进装置装备双发动机，有时甚至配备三台或四台发动机。多发动机动力装置不仅可以提高主机的冗余度，而且具有可以采用紧凑型机械系统的优点。
现代船舶可以采用恒压或脉冲涡轮增压系统的四冲程柴油机，通过气缸盖的进排气阀进行换气，四冲程中速柴油机适用燃烧重油。
我认为，恒压涡轮增压系统由于在较高负载范围内气流能量损失较少，设计较为简单，因而生产费用较低。脉冲增压在部分负载和加速性能方面有其优点。
我认为，用作船舶主机的四冲程柴油机，其结构型式可以选择为9-20气缸、直列式或V型布置、单缸输出功率最高达2000kW。目前的四冲程柴油机，功率范围可以全面覆盖对其作为主机所要求的功率范围，既可采用单机驱动也可采用多机驱动。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆尽管它们的特种燃油和维护费用稍高于二冲程机，但它们在重量和高度方面则有显著的优势。
我认为，四冲程柴油机特别适合于废热回收，因为它们的排气温度（330-380℃）大大高于二冲程机的排气温度（250-280℃）。因此，应该尽可能扩大其废热回收。
我认为，四冲程柴油机推进系统在大多数情况下应该选择可调螺距螺旋桨。可调螺距螺旋桨由于其叶片可以通过使用液压缸改变其位置，从而改进船舶机动性，即使在极端工作条件下例如在拖船上或在渔船上，也能保持最佳的总推进效率。配备轴带发电机的推进装置能在宽阔的负载范围内以恒速工作。可变螺距螺旋桨降低了主机的费用（无倒车装置），但其缺点是价格较贵（生产费用和维护费用高），且与定距桨相比推进效率稍低。小型或中型四冲程机通常选用的方案是将柴油机通过换向装置与定距桨相连。在主机工作期间利用两个离合器和一根中间轴可以改变螺旋桨的旋转方向。
3． 燃气轮机船舶推进系统分析及其优化配置
燃气轮机推进系统由于其重量/功率比小，特别适用于浅吃水流线型快速船推进系统。因此，这种推进系统越来越多地使用在快速渡船和客船上。军船装备燃气轮机推进系统已有数十年历史，常与柴油机组合以改善燃气轮机在部分负荷时的性能。
我认为，可以进一步配置适合于船舶推进用的开式循环燃气轮机，其运营效率已经大大得到提高，这一方面是由于添加了热交换器，用排气来预热压缩机和燃烧室之间的空气，另一方面是由于对低压和高压压缩机之间的空气进行冷却之故。这些新开发的ICR燃气轮机，在部分负载时的性能与高速柴油机相类似。
此外，大力研制顺序燃烧的环形燃烧室也有助于提高效率，特别有助于降低废气排放量。增加涡轮机进口温度对其热动力性能有利，但此温度受到叶片的机械强度和热负荷能力以及高温腐蚀危险的限制。尽管如此，采用叶片内冷的新方法有可能进一步提高燃气轮机的进口温度。
我认为，为避免高温腐蚀，应使用钒含量低的燃料（汽油或煤油，以及在重载机情况下使用特别制备的重油）。这样一来燃料费较高，但在废气排放方面有其优势。燃气轮机装置与柴油机装置相比，其效率和性能较多地依赖于外界空气温度，因此在设计燃气轮机装置时必须考虑预期的外界空气温度分布及由此引起的功率减少。
4.柴-燃-电联合推进装置分析及其优化配置
细分船舶种类，客船上的动力装置不仅用作推进装置，而且还必须为船上客舱服务提供所需要的可观的电力和热力，与此同时还应使旅客受到尽可能少的噪声、振动和排气烟雾的影响。由于快速运输旅客不再如此重要，这种船的营运方式发生了变化。速度变化很大，而且取决于具体的航行计划。为满足这些要求，客船往往装柴-电推进装置。
我认为，采用电力驱动电动机易于调节，不用齿轮箱装置，直接操纵螺旋桨。驱动电动机和客舱经营所需要的电力，通常由适当规格的柴油发电机供应。由于与驱动电动机不需要机械联接，只要电气联接，因此发电装置可以安装在船上任何地方，例如在螺旋桨轴上方，这样可使机舱紧凑。为获得良好的机动性，通常在船头或船尾安装侧推器。热能通常从组合式辅助废热锅炉获取。
5.蒸汽轮机船舶推进系统分析及其优化配置
船舶使用蒸汽轮机推进装置燃油消耗率高，因经济原因受到限制。除了仍在营运的燃重油和燃煤蒸汽船外，运输液化天然气的LNG液货船是目前唯一的专门用蒸汽轮机推进的船型。
6.结论
船舶推进装置对船舶营运的工作效率与经济性起着决定性的作用。在选择船舶推进系统时最重要的参数是推进效率或相应的燃油消耗率以及推进系统的有效利用率。此外，为了保护环境还必须限制与控制主、辅机排气和各种废料所造成的污染。在船舶推进装置的设计中，发动机、螺旋桨和船舶水动力特性之间的相互作用具有有特殊重要意义。必须考虑了它们的优化组合，实现整个系统配置为最佳，这样的船舶推进系统才称得上优秀。
参考文献
[1]营运船舶主推进系统能耗分析与预报研究刘竹风 大连海事大学2015-06-01 硕士论文
[2]船舶推进系统能量耗散建模与分析 刘伊凡；张跃文 中国航海2016-09-25 期刊
[3]大型船舶柴油机推进系统建模与仿真 涂环；陈辉 中国造船2014-06-30 期刊
论文作者:徐丽萍
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/19
标签：船舶论文; 柴油机论文; 螺旋桨论文; 装置论文; 系统论文; 我认为论文; 燃气轮机论文; 《建筑学研究前沿》2017年第19期论文;