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电力推进
发布时间:2019-08-08 01:13

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  电力推进是指以电力为动力的的推进方式,舰船依靠自身配备的发电装置获取电能来驱动舰船运动的推进方式,应用至今已有160余年的历史。

  舰船依靠自身配备的发电装置获取电能来驱动舰船运动的推进方式,应用至今已有160余年的历史,故电力推进也算得上是一种古老的推进方式了。

  20世纪的前期,汽轮◇=△▲机初次在舰船上应用,由于大功率机械减速装置在制造工艺上尚有一定的困难,所以从护卫舰★▽…◇到航空母舰等许多军用舰船,以及油船、客货船等许多大型民用船舶都采用了电力推进,并发展了各种形式的电力推进装置。第二次世界大战后,随着科学技术的进步,已可批量生产可以满足舰船动力要求的齿轮减速装置,而当时技术条件下的电力推进装置又由于增多了能量变换环节,带来了▽•●◆设备昂贵、传动效率低、维护保养工作量大等一系列缺△▪▲□△点,故舰船又大量采用柴•☆■▲油机、汽轮机或燃◆◁•气轮机的▪▲□◁直接传动推进。但是,由于电力推进的特殊优点——无比优越的灵活性,常规潜艇、工程船、破冰船等一些要求良好操纵性、转矩特性和响应特性的特殊用途舰船仍然广泛采用电力推进。

  20世纪70年代以后,电子技术向大功率方向高速发展,以开关技术为基础的功率电子技术不但不断地提高开关的频率,而且朝着智能化、模块化的方向发展。具有代表性的几种功率电子器件首先在陆上电网得到了应用,然后又逐步发展到舰船上。功率电子技术不仅彻底改变了舰船能量变换的面貌,而且使原先舰船电力推进存在的一些缺点发生根本性的转化,其优点和长处得到进一步发扬。

  80年代以来,高新技术有了很大发展。例如,进入实用阶段的永磁电机可以给舰船电力推进设备带来更小的体积和重量;超导技术和燃料电池的研究已在某些技术领域有了一定的进展。这些技术一旦有所突破将会给电力推进带来更深刻的变化,使电力推进形成压倒原动机直接传动推进的绝对优势。

  近年来,世界上又出现了许多采用电力推进的军用舰艇和民用船•●舶。这些舰船的电力推进装置大部分配备了现代的功率电子变换设备,有的还配备了永磁电机。因而,今天舰船所采用的电力推进已经不是以往的简单重复,无论是舰船总体系统的组成或是推进装置自身的性能都有了长足的进步和提高。

  对于在漫长航线上以△▪▲□△恒定航速运送货物的货船而言,目前对电力推进没有太多的兴趣,因为没有需要取悦的乘客,也没有需要用高爆发功率发射的武器、但是目前的破冰船和浮式海上石油钻井平台几乎毫不例外地都采用了电力推进方式,而且电力推进在客渡船和车辆轮渡上的应用更加普遍。目前其他一类采用电力推进方式且正◆●△▼●在建造的商用船舶还包括穿梭油轮、铺管船、电缆敷设船以及海洋研究船。

  目前对邮轮而言,配有吊舱式电动机的电力推进已成为一种规范。这种设计会给船舶的内部设计与船舶操纵性带来极大的便利。吊舱式推进▪•★电动机安装在船舶底部的水中,并在邮轮上被广泛采用,且也正在海军舰艇的考虑之列。由于吊舱设计主要取决于电动机及其冷却系统,因此,新近发展起来的紧凑型电动机技术是更适合电力推进的主要技术。

  目前在邮轮和其他一些商业船舶上采用的电力推进系统通常都是在海外建造的,主要是在欧洲。三个主要欧洲电力推进提供商中的两个是阿尔斯通(Mstom)公司和阿西亚布朗勃法瑞(Asea Brown Boveri,ABB)公司,两者占据了目前运营中的大部分电力推进系统。ABB公司的主要电力推进设备用于芬兰和意大利。德国的西门子公司虽然仅占有较小的市场份额,但在永磁电动机和先进电机驱动方面处于领先地位。

  在为一个新的船舶线型研制候选架构时,系统工程▲★-●师的首要任务就是在机械推进与电力推进的选择上进行权衡。如果一个船舶有如下的需求,电力推进则是一个很好的候选方案:

  如果基于技术、商业以及其他相关考虑而选择了电力推进,那么下一个问题就是采用交流电还是直流电。

  电力推进的速度控制需在正车和倒车方向均能够从零功率到满功率连续可调。速度设定值与实际的速度反馈值比较产生速度偏差,经PI运算得到推进的转矩值并送到变频装置,通过改变电机频率来实现速度调节。但在调节过程中,其对应的功率应不超过可用的电网最大推进功率限制值。

  在正常情况下推进能量是电站总负载的主要部分,因此必须有自动降负载功能及防断电功能,并与电站设计和能量管理功能高度协调一致。推进控制器在预防断电的逻辑中包括三级自动降负载。

  (1)电▪…□▷▷•力管理系统从可用电网功率中计算出最大负载限制.根据能量分配或能量管理系统设置的优先级,得出可提供给推进器的最大功率。

  (2)事件触发的降低负载。典型的做法是一个数字信号驱动马达降低负载到一个预设的比例水平和某个预设的绝对值。这个信号可能来自电力管理系统,也可能来自配电屏内的保护/控制设备。

  (3)频率触发的降低负载。仅依据本地驱动器供电频率测量。在预防由于发电机过载导致的欠频跳闸失电的逻辑保护中,这一般被认为是最末端的保护。

  (1)电站控制应确保有足够的电网功率裕量满足在任何情况下运行的船舶安全操纵的需要。

  (3)电站控制的设置应使控制系统的故障不会导致现有功率的变化,即在出▲=○▼现故障时,发电机组不应起动或停机。

  (5)电站的控制系统应保证在推进和日用负载之●间安全地分配电力。如有必要,可以卸掉非重要负载和(或)降低推进功率。

  (6)在一台发电机组不工作时,剩余的机组应能向▷•●所有的重要设备和船舶的常用设备供电,同时应维持有效的推进。

  例如,正常情况下由两台或两台以上发电机组并联供电,当其中一台发电机组突然断电时,运行中的剩余机组应足以保证重要设备的不间断运行和有效推进。

  (美)姆昆德 R.帕特尔(MUKUND R.PATEL)著;朱景伟,赵红,向川译,船舶电力★△◁◁▽▼推进、电力电子和海洋能源=SHIPBOARD PROPULSION POWER ELECTRONICS,AND OCEAN ENERGY,机械工业出版社,2015.10

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