摘 要：物探船作為海洋工程產(chǎn)品的重要組成部分，其作業(yè)方式的多樣性決定了推進(jìn)方式必須靈活可靠，文章分析了目前主要采用的電力推進(jìn)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了混合推進(jìn)方式在此類船舶應(yīng)用的適用性，并針對(duì)某一型設(shè)計(jì)詳細(xì)分析其各種推進(jìn)模式和特點(diǎn)，闡述了混合推進(jìn)方式在此類船舶上應(yīng)用的巨大前景。

關(guān)鍵詞：混合推進(jìn)；物探船；優(yōu)越性

1 背景

隨著海洋工程技術(shù)不斷地發(fā)展，人類油氣開(kāi)發(fā)的腳步也逐漸由淺海邁向深海，海洋深處蘊(yùn)藏著巨量的油氣資源。借著深海石油開(kāi)發(fā)的東風(fēng)，海工產(chǎn)業(yè)也迎來(lái)了大發(fā)展的機(jī)遇。船舶推進(jìn)方式的選擇與船舶的類型息息相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)輸船多采用低速機(jī)加固定槳或者中速機(jī)加可調(diào)槳的機(jī)械推進(jìn)形式，而海洋物探船由于對(duì)操作性能要求較高目前大多采用電力推進(jìn)形式。

2 電力推進(jìn)的現(xiàn)狀

電力推進(jìn)船舶的電站通常由4臺(tái)或以上船用發(fā)電機(jī)組組成，通過(guò)電站管理系統(tǒng)（PMS）進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)控。PMS根據(jù)船舶在不同工作模式下，全船電力負(fù)荷變化的狀況，自動(dòng)調(diào)控運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組數(shù)量。電力推進(jìn)系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)在于它可以通過(guò)動(dòng)態(tài)增減發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)量，從而保證投入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)工作在最佳工況點(diǎn)附近，達(dá)到降低油耗和減少排放污染的效果。而且船舶在各類工作狀態(tài)下，根據(jù)推力需求通過(guò)使用變頻裝置控制電動(dòng)機(jī)來(lái)調(diào)整螺旋槳的轉(zhuǎn)速，來(lái)保證螺旋槳以最經(jīng)濟(jì)的工作模式高效運(yùn)轉(zhuǎn)，從而降低了推進(jìn)器對(duì)輸入功率的需求，讓發(fā)電機(jī)在其最佳工況下運(yùn)行，使原動(dòng)機(jī)獲得最高工作效率。

當(dāng)然，電力推進(jìn)的缺點(diǎn)也是很明顯的，首先，電力推進(jìn)工作船為了滿足船舶正常航行的需求和保持在各種工況下的機(jī)動(dòng)操縱，電站配置的容量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同樣功率要求的船舶，而且推進(jìn)系統(tǒng)大容量變頻器價(jià)格昂貴。其次，當(dāng)船舶運(yùn)行于高負(fù)荷工況時(shí)，電力推進(jìn)系統(tǒng)的缺點(diǎn)就比較明顯了。多臺(tái)小型柴油機(jī)的機(jī)燃燒效率肯定低于單個(gè)大功率柴油機(jī)，另外由于電力推進(jìn)系統(tǒng)需將能量從發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到螺旋槳，要經(jīng)過(guò)配電板、變壓器、變頻器、電動(dòng)機(jī)等部件，故能量消耗較多，電力推進(jìn)系統(tǒng)的功率損失大概為10%，經(jīng)濟(jì)性較差。

相對(duì)而言，機(jī)械推進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)則在于其在高負(fù)荷功況下的完美表現(xiàn)，主發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)軸系驅(qū)動(dòng)螺旋槳的傳統(tǒng)推進(jìn)方式是目前效率最高的，主發(fā)動(dòng)機(jī)到螺旋槳的能量損失只有不到3%，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采購(gòu)成本較低。

3 混合推進(jìn)的優(yōu)越性

物探船由于其工作狀況的復(fù)雜性，船舶會(huì)頻繁的在高低負(fù)荷之間轉(zhuǎn)換，為了使這類海洋物探船具有更好的機(jī)動(dòng)性，即在高負(fù)荷工況下獲得較高的工作效率，減少不必要的機(jī)械損耗，又能在低功率負(fù)荷時(shí)有理想的工作特性，混合推進(jìn)方式地采用為這種類型的工作船舶提供一種更為靈活的推進(jìn)方案選擇。

典型的混合推進(jìn)的動(dòng)力系統(tǒng)一般它可以分為四種運(yùn)行模式：（1）螺旋槳由柴油主機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)械推進(jìn)方式。（2）柴油主機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳及帶動(dòng)可逆電動(dòng)機(jī)作為軸帶發(fā)電機(jī)使用的方式，在這種模式下，不需要柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，僅僅使用效率更高的主機(jī)，可以有效提高船舶運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性。（3）螺旋槳由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電力推進(jìn)方式，這種推進(jìn)方式可以不需要運(yùn)行主機(jī)，視功率需求通過(guò)PMS控制在網(wǎng)的發(fā)電機(jī)數(shù)量，船舶電網(wǎng)給可逆電機(jī)供電。（4）螺旋槳由柴油主機(jī)和電動(dòng)機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)的混合推進(jìn)方式。拋錨和拖帶作業(yè)時(shí)，船舶輸出功率最大，無(wú)論是電力推進(jìn)還是機(jī)械推進(jìn)，單純按照這兩種工況的最大功率需求選擇主機(jī)或者發(fā)電機(jī)都是很不經(jīng)濟(jì)的；混合推進(jìn)模式在兼顧經(jīng)濟(jì)性的前提下可以完全滿足這兩種功況的功率輸出需求。

以上四類工作模式可由船舶操作人員根據(jù)船舶運(yùn)行工況自由選擇。這種混合推進(jìn)方式綜合了機(jī)械推進(jìn)和電力推進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)，而且提高了系統(tǒng)的可靠性和冗余度，競(jìng)爭(zhēng)力很強(qiáng)。

4 混合推進(jìn)具體方案分析

目前，世界上幾家著名的船舶設(shè)計(jì)公司均推出了采用混合動(dòng)力推進(jìn)的多用途工作船的設(shè)計(jì)方案，其中由RR設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)的UT-833WP型物探船是一款比較典型的由混合動(dòng)力推進(jìn)的海上多纜物探船，其單線圖如圖1所示。

4.1 操作模式

該混合動(dòng)力推進(jìn)物探船的混合推進(jìn)方式的操作模式大致可分為：（1）機(jī)械推進(jìn)。當(dāng)船舶從港口到作業(yè)區(qū)域時(shí)，對(duì)船舶操縱性要求不高，但是對(duì)于航速要求比較高，這時(shí)，一般要求船舶全速航行，我們可以選擇機(jī)械推進(jìn)模式，兩臺(tái)主機(jī)可以同時(shí)運(yùn)行，通過(guò)齒輪箱驅(qū)動(dòng)主推進(jìn)螺旋槳。（2）電力推進(jìn)。當(dāng)物探船空載守護(hù)航行時(shí)，功率需求較小，可以選擇電力推進(jìn)模式，根據(jù)航速需求運(yùn)行相應(yīng)數(shù)量的發(fā)電機(jī)組向主配電板供電，驅(qū)動(dòng)推進(jìn)電機(jī)，通過(guò)齒輪箱驅(qū)動(dòng)主推進(jìn)螺旋槳?；蛘哌\(yùn)行一臺(tái)主機(jī)，由此主機(jī)所帶電機(jī)作為軸帶發(fā)電機(jī)向主配電板供電，驅(qū)動(dòng)另一臺(tái)電機(jī)作為推進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，這樣，一臺(tái)主推進(jìn)螺旋槳由主機(jī)通過(guò)齒輪箱直接驅(qū)動(dòng)，另一臺(tái)則由推進(jìn)電機(jī)通過(guò)齒輪箱驅(qū)動(dòng)主推進(jìn)螺旋槳。此兩種推進(jìn)模式的選擇取決于船用及推進(jìn)所需功率的大小。（3）混合推進(jìn)。當(dāng)起錨和物探拖帶作業(yè)時(shí)，這時(shí)混合推進(jìn)模式是最佳選擇，兩臺(tái)主機(jī)通過(guò)齒輪箱帶動(dòng)螺旋漿，4臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行，主配電板向兩臺(tái)推進(jìn)電機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)這兩臺(tái)推進(jìn)電機(jī)通過(guò)齒輪箱向螺旋漿加力，實(shí)現(xiàn)boost功能，這時(shí)，螺旋漿的推進(jìn)功率可達(dá)到最大，如果全船推進(jìn)功率需求更高時(shí)，也可以起動(dòng)艏部的全回轉(zhuǎn)艏側(cè)推配合艉部的推進(jìn)器一起使用。

4.2 特點(diǎn)分析

（1）推進(jìn)模式靈活，從低負(fù)荷到最高負(fù)荷，每種工況都可以通過(guò)選擇相應(yīng)的推進(jìn)模式使柴油機(jī)運(yùn)行在最佳工況點(diǎn)附近，尤其是在電力推進(jìn)模式下，電站的組成方式多樣化，能最大程度滿足大范圍的輸出功率調(diào)節(jié)需求。（2）UT-833型物探船選擇變頻控制大功率推進(jìn)電機(jī)的方案，既可以靈活控制推進(jìn)電機(jī)的輸出功率達(dá)到節(jié)能效果，又提高了主推進(jìn)系統(tǒng)的冗余度，機(jī)械推進(jìn)模式可以完成絕大多數(shù)作業(yè)，在電力推進(jìn)模式下都可以完成，即使主柴油機(jī)故障，物探船的航行不會(huì)受到任何影響。（3）相對(duì)于全電力推進(jìn)方案，初始投資成本大大降低。如果該船采用全電力推進(jìn)方案，發(fā)電機(jī)到主配電板和配電板到推進(jìn)電機(jī)的大直徑電纜對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工來(lái)說(shuō)也是極大的挑戰(zhàn)，所以必須采用中壓配電系統(tǒng)供電，其投資相較于低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案將成本大幅度增加。

通過(guò)上述比較基本可以得出以下結(jié)論，對(duì)于大功率海洋工程物探船，采用混合推進(jìn)方式不僅可以大幅度降低投資成本，而且在運(yùn)行中可以通過(guò)選擇合適的推進(jìn)模式達(dá)到節(jié)能減排的效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，混合推進(jìn)的配置和操作模式可以給操作者多種選擇，有效地解決了物探船不同作業(yè)方式功率要求和設(shè)備采購(gòu)成本之間的矛盾，既降低了燃油消耗，又減少了廢氣排放。在大力倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的今天，混合推進(jìn)方式一定會(huì)在更多的海洋工作船上得到廣泛應(yīng)用。

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