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合理選擇高速船推進(jìn)系統(tǒng)

◎ 馮世領(lǐng)廣東江龍船舶制造有限公司

摘要：高速船應(yīng)從動(dòng)力設(shè)備選型、布置等方面區(qū)分于常規(guī)船型的設(shè)計(jì)。根據(jù)船舶的航速，選擇高效推進(jìn)系統(tǒng)，最大程度發(fā)揮主機(jī)的功率，達(dá)到最佳的船機(jī)槳配合，降低主機(jī)的廢氣排放及燃油消耗，從而達(dá)到一個(gè)較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞：高速船 廢氣排放 推進(jìn)系統(tǒng)

1.引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人們的交通概念和消費(fèi)模式也發(fā)展巨大變化，人民出行的交通工具已經(jīng)發(fā)生了出：天上有飛機(jī)，地上有高鐵，水上要有高速船。雖然高速船的商業(yè)性開發(fā)與生產(chǎn)僅有20多年的歷史，但近幾年達(dá)到空前繁榮的局面，在過(guò)去的20年中，高速船的產(chǎn)量幾乎是每5年翻一番，所有對(duì)高速船有研制開發(fā)能力的國(guó)家和地區(qū)，都非常重視。我國(guó)政府于1995年將“特種船、高性能船”列人《外商投資產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄》，作為鼓勵(lì)外商投資產(chǎn)業(yè)，從而在政策上為我國(guó)引進(jìn)世界高速船先進(jìn)技術(shù)和資金，開發(fā)生產(chǎn)高速船提供了保證。

高速船區(qū)別于常規(guī)船的最大特點(diǎn)就是速度，最大航速V滿足下式的船舶：

式中：▽——設(shè)計(jì)水線對(duì)應(yīng)的排水體積，m3；

V——船舶處于最大營(yíng)運(yùn)重量狀態(tài)以核定的最大持續(xù)推進(jìn)功率，在靜水中航行能達(dá)到的航速。

從安全角度來(lái)考慮，大致上按速度分類基本可以分為高速船及超高速船。以22Kn以上航速定義為高速船，35Kn以上航速為超高速船。超高速船舶近年來(lái)的發(fā)展相當(dāng)快速，運(yùn)營(yíng)模式也日趨完善，主要分布在我國(guó)沿海城市（以珠三角、港澳航線為代表）就經(jīng)濟(jì)性而言，高速船是一種高技術(shù)投入，高附加值產(chǎn)出的項(xiàng)目，速度越快效益越高，可以說(shuō)速度是高速船發(fā)展的核心，速度決定價(jià)值。器的初始成本必須連同可靠性、維修和運(yùn)行耗費(fèi)一起考慮。此外，一些特殊的船型還需要考慮船舶淺吃水的通過(guò)性及船舶振動(dòng)和噪音。高速艇選用推進(jìn)方式主要有全浸式螺旋槳、表面槳、噴泵等（燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)、電力推進(jìn)在民用船上應(yīng)用較少，多為軍艦配置，在此不作詳細(xì)介紹）。

2.推進(jìn)裝置分類

高速船的速度—功率的關(guān)系是設(shè)計(jì)開發(fā)者最關(guān)心的所在，主機(jī)與推進(jìn)

3.全浸式螺旋槳

圖1　推進(jìn)器的應(yīng)用選擇

全浸式螺旋槳在高速船上的應(yīng)用，一般而言，多用于30節(jié)以下的船舶。常規(guī)固定槳（高恩槳、MAU槳等）由于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、安裝難度小，制作成本地等特點(diǎn)，應(yīng)用比較普遍。采用常規(guī)槳的高速船其操縱能力一般，噪音及振動(dòng)較大。為得到比較高的螺旋槳效率，高速船推進(jìn)軸系有傾角大、槳徑小而轉(zhuǎn)速高等幾個(gè)明顯的特點(diǎn)，這使得它區(qū)別于常規(guī)船型。

一般來(lái)說(shuō)舷外掛機(jī)、舷內(nèi)外機(jī)、IPS系統(tǒng)等都屬于全浸式螺旋槳的范疇，只是其可應(yīng)用的高速船范圍分為更廣。1982年 Volvo Penta 率先推出舷內(nèi)外機(jī)雙槳對(duì)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這是舷內(nèi)外機(jī)技術(shù)的一個(gè)重大進(jìn)步，極大提高了舷內(nèi)機(jī)的綜合驅(qū)動(dòng)效率，并且具有極佳的轉(zhuǎn)向性能。現(xiàn)在市場(chǎng)上知名的舷內(nèi)外機(jī)品牌主要有：Volvo Penta，Mercury，Yanmar，Konrad 等。速度適應(yīng)范圍很廣，一般為10-78kn。舷內(nèi)外機(jī)取消了舵，艉機(jī)可以遙控升降（隨時(shí)調(diào)整航態(tài)、達(dá)到最佳效率）；取消了軸系并采用水下排氣 ，從艉機(jī)吸入冷卻水，節(jié)省了機(jī)艙空間 ；通過(guò)艉機(jī)排出煙霧和降低噪振動(dòng)和噪聲。推進(jìn)系統(tǒng)采用全液壓驅(qū)動(dòng)，操作輕便良靈活，使船艇具有極高的機(jī)動(dòng)性。但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性較低，年使用時(shí)間有限制，不太適用于商船，現(xiàn)階段可選功率較小，只適用于小型高速船艇。

4.噴水推進(jìn)裝置

噴水推進(jìn)裝置是一種新型的特種動(dòng)力裝置，與常見的螺旋槳推進(jìn)方式不同，噴水推進(jìn)的推力是通過(guò)推進(jìn)水泵噴出的水流的反作用力來(lái)獲得的，并通過(guò)操舵及倒舵設(shè)備分配和改變噴流的方向來(lái)實(shí)現(xiàn)船舶的操縱。就效率而言，噴泵在30節(jié)以上中高航速時(shí)推進(jìn)效率比螺旋槳高，并且噴水推進(jìn)船舶具有卓越的高速機(jī)動(dòng)性和極佳的操縱性，在多工況下均能較好地發(fā)揮主機(jī)功率，主機(jī)不易過(guò)載，船體的附件少，艙內(nèi)噪音和振動(dòng)較小，通常比具有螺旋槳的船舶低（7-10）dB（A），比較適合高速艇。安裝噴泵的高速船吃水淺、淺水效應(yīng)小、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、淺水通過(guò)性強(qiáng)，適合河道吃水較淺的河道。但是船航速較低時(shí)（低于20kn時(shí)），噴水推進(jìn)的效率比螺旋槳要低一些，發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速較低時(shí)，高速艇的的多效比較差，在淺吃水航段，易吸入砂礫、水草或雜物。單泵功率較螺旋槳小，功率有限制。

5.表面槳

表面槳又稱為半浸槳，是80年代后出現(xiàn)的一種新型的螺旋槳推進(jìn)方式。一般分可調(diào)和固定兩種安裝方式。表面槳就是船只在航行時(shí)水線正好穿過(guò)其槳轂的螺旋槳，傳統(tǒng)的螺旋槳與槳軸都浸沒(méi)在水中，而表面槳只有螺旋槳的槳葉浸入水中。槳軸及其支架都在水面上，它們不再產(chǎn)生附加阻力，而且改善了流經(jīng)螺旋槳的水流，螺旋槳的工作效率大大提高。

表面槳可有效的避免產(chǎn)生空泡，因此表面槳不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、表面剝蝕以及水下噪音等現(xiàn)象，對(duì)螺旋槳及鄰近船體不會(huì)造成損壞。

與傳統(tǒng)螺旋槳對(duì)比，表面積速度可以增加約15～30%，燃油節(jié)能15～30%，水下阻力減少50%，更高的推進(jìn)效率，并且可以兼顧較低的巡航速度，高速時(shí)具有良好的機(jī)動(dòng)性，在2倍船長(zhǎng)范圍完成掉頭動(dòng)作?？梢栽跍\水區(qū)域使用，架構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，只有20多個(gè)運(yùn)動(dòng)部件，只需要很少的備件庫(kù)存。螺旋槳尺寸無(wú)限制，水下容易更換螺旋槳。安裝簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，不需要專業(yè)人員。表面槳的縱傾調(diào)節(jié)用來(lái)匹配不同操作條件下的主機(jī)功率，這個(gè)操作過(guò)程相當(dāng)于調(diào)整螺旋槳的直徑及螺距，可以適應(yīng)不同的負(fù)載。但是，不是所有的船型都可以應(yīng)用表面槳，表面槳在滑行艇的船上可以得到最好的效果，并且在航速40Kn以上才能發(fā)揮最高效率，設(shè)備造價(jià)昂貴，對(duì)船體的制造精度要求高。

6.結(jié)論

高速船推進(jìn)系統(tǒng)的選擇應(yīng)根據(jù)船舶的航速、運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行水域進(jìn)行選擇。保障航速的情況下，兼顧噪音、振動(dòng)及燃油消耗。一般來(lái)說(shuō)30kn以下可以考慮選用全浸式螺旋槳，根據(jù)機(jī)艙布置可以選擇掛機(jī)、舷內(nèi)外機(jī)、常規(guī)螺旋槳、IPS等方式。大于30kn的高速船，小排水量船可以考慮選用掛機(jī)和舷內(nèi)外機(jī)，大排水量的高速船建議采用噴水推進(jìn)和表面槳推進(jìn)的方式。而對(duì)于大于40Kn的船舶，噴水推進(jìn)與表面槳推進(jìn)都可以考慮，具體選型根據(jù)實(shí)船情況進(jìn)行選擇。60kn以上船舶基本都有采用表面槳推進(jìn)系統(tǒng)，以獲得最高的推進(jìn)效率。合理選擇高速船推進(jìn)系統(tǒng)可以最大程度上發(fā)揮主機(jī)功率，達(dá)到最高的推進(jìn)效率，提高船舶性能。

參考文獻(xiàn)：

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