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艦船推進系統是一個提供推進或驅動力的系統,推進器則是推進系統中的一個部件,由它直接產生推進力。在傳統的機械推進系統中,推進器一般由主機(原動機)經傳動軸或齒輪來驅動。人們在追求先進推進器上不遺餘力,從相對簡單的定距槳(FPP),到相對複雜的調距槳(CPP),再到具有全向能力的福伊特推進器(VSP)等。推進器的功能越來越強,但是暴露出來的問題也越來越多。如受限於機械傳動,存在佈置受到限制、結構複雜、系統龐大等問題,使得推進器很難再進一步的發展。(注:文中的吊艙推進器指的是電力式吊艙推進器)

雙軸系的柴-燃聯合推進裝置結構非常複雜

隨著艦船電力推進系統技術的成熟,基於電力技術,讓推進器有了更多可能,湧現出一批具有“革命性”的推進器。如吊艙推進器(POD),輪緣驅動推進器(RDP),磁流體推進器(MHDP)等。在這其中,吊艙推進器是技術最為成熟,功率範圍最廣,適應性最強的推進器。如現有功率最大的吊艙推進器,單臺功率能達到30MW,採用多臺佈置,能滿足現有所有大型船舶的推進需要。如下圖的大型郵輪,就採用了四臺吊艙推進器。

採用了四臺吊艙推進器的大型郵輪

吊艙推進器由F.W.Pleuger和F.Busmann在1955年發明,但是真正的實用技術的首次應用則是1990“ABB”公司的“Azipod”方位推進器(吊艙推進器)。吊艙推進器主要由支架、吊艙和螺旋槳等部件組成。其中吊艙通過支架懸掛在船體下面,支架上端與船體連線處採用了迴轉軸承;推進電機置於吊艙內部,直接驅動艙體前端或者後端的螺旋槳。從其結構特點亦可看出,它有別於傳統推進器,因此有著自己獨特的優點,具體如下:

某型吊艙推進器結構

第一點,提高了船舶的操縱性和機動性。因為基於支架上端的迴轉軸承,吊艙能實現水平面上360°迴轉,意味著推進器可以產生水平面上任意方向上的推力。事實上, 採用一臺吊艙推進器就能獲得不錯的操縱性,採用兩臺則能實現像螃蟹一樣橫著走,採用多臺更是能實現動力定位(Dynamic Positioning,DP)。

第二點,結構簡單、推進效率高。因為推進器處在更均勻的流場中,進入螺旋槳的水流更均勻,因此可以減小螺旋槳的震動和提高螺旋槳的推進效率。此外,主推電機裝在吊艙內直接驅動螺旋槳,使得整個推進裝置的機械零部件降低到最低程度,因此減小了機械損耗提高了效率。

吊艙推進器的電機直接驅動螺旋槳

第三點,方便佈置,節省艙容。因為吊艙推進器免除了傳統機械推進系統的舵系、軸系、軸轂和人字架(軸支架),因此佔用船舶空間更少,節省艙容。同時,吊艙推進器擺脫了軸系的束縛,推進器佈置起來可以更加方便。如不一定要像傳統推進器那樣佈置在後面,可以佈置在任何適合的位置。這對於提高艦船推進系統的操縱性和生命力具有很大的意義。

此外,吊艙推進器還具有執行可靠、振動和噪聲小、安裝和維修方便等優點。

結語

相較於傳統推進器,吊艙推進器的出現可以算得上是艦船推進器上的一次質的飛躍。但是現階段來說,吊艙推進器仍主要應用在大型郵輪、工程船舶、破冰船等船型上,歸根結底還是因為電力推進系統尚未完全普及,以及自身價格昂貴等因素。不過以其優異的效能,以及電力推進系統的發展規律來看,未來會有很廣闊的前景。

實船裝備的吊艙推進器

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破冰船

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