吊舱式推进器报告提交版汇总Word格式文档下载.docx
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这些操作的常规推方式难以完成的；
（5）工作效率高，吊舱推进器的应用使船舶后体型线和结构简化，减少了设计上的费用和时间；
吊舱推进器的模块设计采用标准化，从而使安装快速简便。
正是由于上述的诸多优点，一些船型如油船，渡轮，破冰船，补给船，半潜船、钻井平台等对吊舱式推进系统运用越来越多。
吊舱式推进器可在360度范围内自由旋转，在任意方向产生推
进力，省去了传统推进器的舵和侧推装置，船舶的操纵性和机动性
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极大地得到了提高。
该种推进器能够代替完整的传统轴系，尽管它
的体积不大。
与传统模式相比，吊舱式推进器省去了舵、轴系等构
件，结构更为紧凑。
正是由于上述的诸多优点，一些船型如油船，
渡轮，破冰船，补给船，半潜船、钻井平台等对吊舱式推进系统运
用越来越多。
吊舱式推进器广泛应用在客船（邮轮或渡轮）、大型集装箱船、钻井平台、海洋工程支援船、客滚船、游艇、科学考察船、打捞船和LNG船上。
（二）当前船舶所用吊舱式推进器分类
在二十多年的发展中，吊舱式推进器分成以下几类：
1.外置式电机吊舱推进器
外置式电力吊舱推进器是目前最流行的吊舱推进器之一。
外置式电机吊舱推进器是把电机2垂直的装在推进器上，由原动机带动发电机发电，经过变频器把满足要求的电流送到推进电动机2上，经过竖直轴、伞齿轮驱动水平螺旋桨轴6的旋转。
回转机构1由电机或液压马达驱动行星减速机构（图三）通过回转支撑
3使吊舱做360度回转，回转减速机内有可控制的制动器，保证回转平稳，并且能够准确定位。
外置电机式推进器具有优良的控制性能，使船舶的前进、倒车、停车、回转等控制性能得到明显提高;
该推进器可以整体进行安装，维修时可以整体吊出，该推进器由于可以360度回转，可以任意改变推进力的方向，所以省去了舵机和侧向推进装置，比较方便。
2.内置式电机吊舱推进器
内置式电机吊舱推进器如图（四）所示，该种推进器和外置电机吊舱推进器主要不同之处在于直接将电动机与螺旋桨轴集成在一个密封的吊舱装置中，取消了竖直轴、伞齿轮、水平轴。
在吊舱中，定距螺旋桨叶片7直接安装在电动机的轴5上，由于它不需要使用机械式伞齿轮传动装置，发电机通过软电缆和可
360度转动的滑环2将电力传输给电动机6。
由于螺旋桨螺距固定，且不需要使用齿轮传动装置，其传动链短，海水可以直接对电机外壳进行冷却，效率比外置电机的高。
结构简单可靠，内置电机吊舱推进器
（图四）噪音较低。
3.发动机驱动吊舱推进器
该种推进器是由发动机、变速箱、伞齿轮推动螺旋桨旋转。
发动机11经过变速箱12（有级3-5档）变换速度，经过一对伞齿轮箱驱动10，从而驱动螺旋桨的旋转。
该型的推进器系统可以灵活安装发动机，节省轴系和中间轴承，用在某些船上可以节省传动轴的长度。
这样保证发动机运行平稳，减少震动，结构比较简单，可靠。
但由于变速箱是有级变速的，所以经济动力性比电机调速或液压系统调速的要差。
发动机驱动吊舱推进器图（五）
4.液压驱动吊舱推进器
近年来，随着液压技术的迅速发展，液压驱动吊舱推进器也得到广泛的应用。
液压吊舱推进器具有以下优点：
（1）体积小、重量轻，例如同功率液压马达的重量只有电动机的10%～20%，因此惯性力较小，过载或停车时，不会发生大的冲击；
（2）能实现无级调速，采用变量泵或变量马达，在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无级调速，且调速范围最大可达1：
2000（一般为1：
100）;
（3）容易换向，在不改变发动机旋转方向的情况下，可以较方便地实现螺旋桨的正反转；
（4）船舶总体布置更灵活，液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；
（5）使用寿命长，由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；
（6）自动化程度高，由于采用变量液压系统，可以根据外部负载的需要，自动地实现恒功率的控制，即轻载高速、重载低速；
（7）容易实现过载保护，液压系统设有安全阀，当外部载荷超过设计值后，自动卸荷，使整个传动系统不受破坏。
（8）容易模块化设计，液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和使用，根据用户的需求，可以很容易的将电力推进器电机换成液压马达。
由于液压传动油以上优点，所以国内外液压传动在吊舱推进器中得到广泛的应用。
根据液压马达安装位置的不同，可以将液压马达推进器分为以下两种类型：
1.外置液压马达推进器
同外置电机吊舱推进器一样，将液压马达安装在吊舱之外，通过伞齿轮8带动叶片6旋转。
液压马达外置的优点是安装、维修方便。
液压系统可以为开式想通，也可以为闭式相通。
用发动机或电动机驱动液压泵，马达和油泵之间用软管连接，占用空间小，可以方便的控制螺旋桨的正转和反转以及螺旋桨的转速，实现“轻载高速、重载低速”要求。
吊舱的回转机构减速机是液压马达驱动，它也可以实现无级变量控制，
可以单泵驱动，也可以双泵分别控制。
2内置液压马达
如图所示为一种内置液压马达推进器，与内置电机的结构原理一样，把液压马达8安装在吊舱内部，直接与螺旋桨轴6连接，通过液压软管、中心回转体与外部液压系统连接，省去了伞齿轮、竖轴等机械传动，结构更加简单、可靠，成本低，大大提高了传动效率。
液压马达内置式推进器在摆动的或伸缩式方位推进器上也得到广泛的应用。
另外，内置动力型也有高速马达和行星减速机的组合形式。
如图（九）行星减速机3输入端连接高速液压马达，输出端连接螺旋桨轴，选择适当的速比，可以使马达4、油泵和发动机都能在较佳的状态工作。
本结构适宜在中小型吊舱推进器中使用。
4.3专用液压马达
国外某一家液压公司研制了一种推进器专用液压马达，马达的外壳就是吊舱的外壳，加强了液压马达轴承支撑，该液压马达可以单独使用，也还可以两个串联在一起，其功率将增加一倍。
增加安装了水密封，结构更加简单，成本比较低，维修比较方便。
专用液压马达推进器（十）斜盘式柱塞马达的外壳安装在吊舱推进器的支架上，轴向力由两排轴承承受，端盖上装有水密封，螺旋桨直接安装在马达轴上。
结构简单可靠，安装维修方便。
专用液压马达（十一）为了增加功率，连接块将相同的两个马达组装在一起，如图可以中间用一个串联专用液压马达（十二）
二、吊舱式推进器的发展趋势
由于电力推进系统的价格昂贵，同时采用的技术和设备都是最先进的，这样就带来了初始投资成本过高和初期维护成本较高的缺点，严重制约了它的发展，因此未来降低成本以适应市场的需要，厂家推出了一些新的电推方案，CRP（相对反转螺旋桨）正是在这一背景之下问世的。
2.CRP电力推进系统的性能特点
CRP（Contra Rotating Propeller）电力推进系统是
CODED（CombinedDiesel-ElectricandDiesle-Mechanical）推进
系统的一种类型，也就是电力推进组合传统柴油机推进的混合型推
进系统，该系统早期应用于小型游艇上，验证了该系统具有比传统
推进方式更好的运行效率，而正式应用与大型船舶还是近几年才开始。
从2000年开始由电力推进系统主要制造商之一ABB、主推进系统主要制造商之一WARTSILA和芬兰马萨船厂三方共同开发、以客滚船为应用平台的大功率CRP首次在日本三菱重工制造的一艘820客位的豪华客滚渡轮上被采用，该船已于2004年6月成功交付使用，因其和普通柴油机推进系统相比具有良好的抗风浪能力、较小的转
弯半径和较短的急停刹车距离，燃油、润油的年消耗量均有大幅降
低等优点，市场反应良好。
CRP电力推进系统可以扬长避短，兼备了常规柴油机推进和全电力推进系统的优点，如减少燃油小航和噪音和振动，较少空泡对螺旋桨的影响，可使主推进柴油机运行在优化点附近、主发电机的安装位置比较灵活等，而初始投资和全电力推进系统相比又有大幅下降，性价比较高。
该系统适于应用在船上正常用电需求比较大、装船功率比较高、对推进系统冗余度要求比较高的船上，比如豪华邮轮/渡轮、超大型集装箱船、LNG船等高附加值的船舶。
吊舱式CRP推进系统2.1工作原理吊舱式CRP推进概念由芬兰的ABB工业公司提出.这种系统的布置方案为将一个可操纵的吊舱模块安装在标准螺旋桨之后,两桨布置在同一轴线上,但没有任何的物理连接.结构见图1.
牵引式的POD螺旋桨旋转方向和主螺旋桨57吊舱式CRP推进系统发展及应用前景——张庆文图1吊舱式CRP结构示意图的旋转方向相反.这种布置可以使水动力效率提高10%,原因为主螺旋桨旋转产生的能量被POD桨吸收,选择合适的螺旋桨载荷分配,单尾鳍拥有最光滑的船尾型线.吊舱式CRP推进系统在结构上是原来舵的位置上换成了一台牵引式的POD模块,主螺旋桨仍由二冲程柴油机直接推进或由四冲程柴油机带减速齿轮箱推进.当然,也可以由机舱内电机推进以实现全电力推进.船舶电站的发电能力需要提高,以使POD模块达到在主螺旋桨故障时"
安全返港"
模式下的航速.
2.3技术优势1）推进效率高;
2）总装机功率低;
3）两台相互独立的推进系统,提高了冗余性;
4）无需尾侧推和舵;
5）联合推进作用于船体,激振力低;
6）原动机的选择不受限制,功率步进容易调整;
7）总体布置灵活性大;
8）操纵性能好,有动力定位功能.吊舱模块绕垂直轴线自由旋转,将螺旋桨推力直接作用于所需方向上,
与隧道式推进器相比螺旋桨直径大,水动力性能损失小;
9）优化了原动机的负荷,降低了废气排放.
吊舱式CRP推进系统有最好的水动力效率,同样航速下螺旋桨所需功率对比见图4.水,,霞2O151OO5OO9590CRP吊舱POD单桨单尾双桨双尾单_双犀推进推进鳍推进鳍推进鳍推进推进方式图4同样航速螺旋桨所需推进功率在确定总的推进效率时,从主机传送到螺旋桨处的整个功率链都要进行考虑.可用如下的公式计算吊舱式CRP的总效率损失总损失=（POD负荷比×
电力损失+主螺旋桨负荷比×
机械损失）×
100%计算得到同种航速所需的推进总功率,见图5.ll5llO105孥1009590CRP吊舱POD单桨单尾双桨双尾单_双尾推进推进鳍推进鲭推进鳍推进推进方式图5同样航速下所需推进总功率
1新型的吊舱推进器
1）吊舱式CRP推进器
由于电力推进系统的价格昂贵，同时采用的技术和设备都是最先进的，这样就带来了初始投资成本过高和初期维护成本较高的缺点，严重制约了它的发展。
为了降低成本以适应市场的需要，厂家推出了一些新的电推方案，吊舱式CRP（相对反转螺旋桨）正是在这一背景下问世。
吊舱式CRP推进系统由ABB工业公司、瓦锡兰公司和芬兰马萨船厂三方共同开发，这种系统的布置方案为将一个可操纵的吊舱模块安装在标准螺旋桨之后,两桨布置在同一轴线上,但没有任何的物理连接.结构见图1.
该种推进系统的优势有：
1.推进效率高；
2.总装机功率低；
3.两台相互独立的推进系统,提高了冗余性;
4.
无需尾侧推和舵;
5.联合推进作用于船体,激振力低;
6.原动机的选择不受限制,功率步进容易调整;
7.总体布置灵活性大;
8.操纵性能好,有动力定位功能，吊舱模块绕垂直轴线自由旋转,将螺旋桨推力直接作用于所需方向上,与隧道式推进器相比螺旋桨直径大,水动力性能损失小;
9.优化了原动机的负荷,降低了废气排放。
在同种航速下，利用不同推进方式所需的推进总功率如图5所示。
2）泵喷吊舱推进器
图2为阿尔斯通公司和BassindesCarenes公司于2005和2006年研究设计生产的新一代吊舱推进器———泵喷吊舱（PJP）。
其定子带有一个多叶的整流装置，该装置完全覆盖转子。
通过对一艘45000t的游轮使用13MWPJP的改装实验，显示它比常规的吊舱效率高14%，且不易出现空泡效应。
3）轮毂吊舱推进器
该推进器是通用动力电船公司在2000年申请的专利产品。
它包括永磁电动机以及函道桨叶，其桨叶和转子合二为一。
相比传统吊舱，它的结构更加小巧，有更高的推进效率，适合小吨位高速推进。
4）高温超导同步电动机
当前吊舱的体积以及噪声已经成为吊舱发展的制约，高温超导同步电动机可能成为吊舱用推进电机的最终发展方向。
它不仅可以达到各种不同的速度、功率，而且同样功率下体积要小三分之二。
具有先天的静音和无振特性，非常适合海军和高级游轮使用。
图4为历时2年设计制造的36.5MW、120r／min的HTS推进电机，已于2007年交付美国军方。
5）混合吊舱
作为专门从事矢量推进的Schottel公司在与西门子合作推出SSP吊舱推进器后，推出了介于传统机械Z推进和POD推进器的折中设计方案，可兼备二者的优点，同时克服缺点。
但目前仍没有提供大功率推进，只可提供1．9～3．8MW。
目前国际上拥有吊舱式推进器生产技术的公司主要有芬兰的ABB工业公司、法国Alstom公司、德国
Schottel公司和SRNATLAS公司以及荷兰的JohnCrane-Lips公司，生产的品牌主要有ABB工业公司的
Azipod,、CompactAzipod、CR.PAzipod、法国Alstom公司的Mermaid、德国Schottel公司的SEP,SSP、德国SRNATLAS公司与荷兰JohnCrane-Lips公司联合开发的Dolphin吊舱推进系统。
目前，主要有四家公司生产吊舱推进器产品。
ABB的产品有Azipod、CompactAzipod、CRPAzipod，其中
Azipod是该领域最早也是技术最成熟,占有率最高的类型。
罗尔斯·
罗伊斯公司和阿尔斯通公司联合开发制造了Mermaid吊舱推进器，继ABB之后占有较大的份额。
Siemens公司和Schotell公司联合推出SSP。
该吊舱由转向相反的两个螺旋桨构成，开创了对转桨的先河。
荷兰瓦特西拉MarineDivision公司和德国SAM电子公司联合推出Dolphin吊舱推进器。
世界主要吊舱推进器的性能及特点
名称
公司
功率范围
（MW）
主要技术
Azipod
ABB公司
5-28
电机采用交流变频和直接转矩控制方法实现调速。
采用空气冷却，热交换机安装在船舱内部
CompactAzipod
0.4-5
针对小功率推进器，采用永磁技术，电动机更加短小，水冷方式减小电动机直径，水动力性能更加优越
CRPAzipod
22-90
轴驱动的螺旋桨和其后同轴的可转动的Azipod构成，双桨对转。
水动力特性、燃油效率、可靠性冗余度更高
Mermaid
罗尔斯▪罗伊斯、阿尔斯通公司
5-25
其定子嵌在吊舱内，利用海水冷却，减小了吊舱体积，提高推进效率。
其螺旋桨和吊舱均可在水下更换。
SSP
西门子、
Schotell公司
5-20
电机的定子和转子带动对转的双桨，永磁电动机，内外水冷却系统
SAMElectronic、
Dolphin
瓦特西拉
MarineDivision
5-10
使用PWM控制六相同步电机，采用空
气冷却。
可在水上直接更换推进器
ABB吊舱式全电力推进系统（Azipod）、Rolls-RoyceMermaid（美人鱼）吊舱式推进器、西门子-肖特尔吊舱式双螺旋桨推进系统（SSP）、Thrustmaster商用船舶推进器等己成功地在豪华游轮、专用油轮、破冰船、近海船和工程船上得到广泛使用，吊舱式推进器中最大的容量己达30000kw。
AZIPOD，SSP，MERMAID和DOLPHIN。
这四种推进装置基本概念相同，但各有特点，主要表现在吊舱的水动力特性设计、螺旋桨设计、推进电机的形式以及变频方式等方面。
1、AZIPOD吊舱式推进方式
二十年前，芬兰海事局开始寻求在冰海区航行的高性能破冰船的解决方案，其初步的想法是推进电机应该提供任意方位的推进力。
在此背景下，作为世界传动领域的领先者，
ABB芬兰分公司提出了Azipod的原型方案并提交给芬兰KvaernerMasa船厂制造，这是最先应用于船舶的吊舱式推进装置，相关的Azipod推进技术也申请了专利。
现在Azipod吊舱式电力推进系统已经成为大型豪华游轮的一种标准配置。
Azipod吊舱式电力推进的实物图与结构Azipod吊舱式推进装置采用空气冷却电动机，这就意味着在定子和吊舱之间存在使空气可以循环的空隙，采用封闭的冷却系统，热交换器安放在舱内，在大型的吊舱内设有通往舱内的通道，可以不必在干坞时装卸，轴封和轴承可以由潜水员在吊舱外面进行更换。
在变频控制技术方面，Azipod系统一般采用交交变频器和直接转矩控制方法来实现对推进电机的调速。
从1990年1500kW的Azipod推进装置应用于“SEILI”号航道服务船开始，截至2004年ABB公司使用Azipod推进装置的累计安全运行时间已经超过了130万小时，
良好工况的概率达到了99.75%。
由于其系统较高的稳定性，目前Azipod推进装置已经占据了吊舱推进装置市场一半以上的份额。
为了满足中小型船舶对船舶操纵性能和运行经济性等方面日益增长的市场需求，ABB公司于2000年推出了CompactAzipod推进装置，其实物与结构简图如图3-2所示：
CompactAzipod的结构设计为高度模块化，可以“即插即用”和快速安装，它结构简单只有很少的运动部件，因此可以显着地降低安装成本和缩短交货周期。
CompactAzipod推进装置在离岸支持船、钻井平台、科考船、豪华游轮和渡轮上都有所应用，提供的功率范围从
0.5MW～5MW不等。
有资料显示CompactAzipod推进装置用于半潜式钻井平台的动力定位系统，在提供同样推力的情况下，装机功率可以比机械推进装置减少10%～12%，据离岸支持船运行统计，采用CompactAzipod推进器与直接机械推进相比可以减少30%～40%的燃油消耗。
CompactAzipod推进器目前在我国已成功应用在“烟-大”火车轮渡项目，通过近几年的运营，其已取得了较好的经济效益。
由于CompactAzipod推进器良好的可靠性和经济性，现已在中小型船舶中得到了广泛的应用。
3、MERMAID吊舱式推进方式
Mermaid推进器的独到之处在于用户可以选择Kamewa公司在转向推力器方面的专有技术，利用一个闭锁回转装置使维护人员安全地进入吊舱式推进器内部进行检查、拆卸桨叶或整个螺旋桨、轴密封或整个导流罩而无需进坞。
这样，船舶可以保持不间断运营，获得全寿命期内最长的运营时间，降低维修费用提高运营收益，目前可提供的推进器功率范围为5MW～30MW。
Mermaid推进器的电机设置与Azipod推进器不同的是，它的定子烧嵌在吊舱内壁上，利用周围的海水对流来冷却部件，这样的吊舱装置在尺寸上要比采用全空气冷却系统的吊舱装置小，因而提高了水动力效率。
Mermaid的推进系统采用的是交直交变频器来实现对推进电机的调速，交直交变频器的突出优点是与大功率异步电动机有着良好的配合，与采用交交变频器的电力推进系统相比，这种系统具有效率高、噪声低和震动小的特点。
Mermaid推进器提供了牵引式，顶推式和高推力顶推式三种形式的吊舱供船东选择。
牵引式Mermaid推进器适用于高速双螺旋桨船，如客滚船和豪华游船等；
顶推式Mermaid推进器适用于中速单螺旋桨船；
高推力顶推式Mermaid推进器用于需要最大拉力的低速船，如拖轮、近海工程船和海洋平台等。
3、SSP吊舱式推进方式
SSP吊舱式推进器系统是德国西门子（Siemens）公司和肖特尔（Schottel）公司合作的产品，为了反映出该推进器系统的合作开发的特点取名为SSP。
SSP是一种吊挂式推进器系统，其功率输出范围在5MW~30MW之间，其推进装置实物与结构图。
SSP推进器结构上主要分为三层：
最上面一层是安装在船体内的推进操作室，里面配
有电动液压操作系统，可以改变推进装置的方位（可起到舵的作用）；
中间一层是方位模块；
下面一层则是伸入水中的推进模块。
焊接在推进模块上位于两个螺旋桨之间的两个鳍，用
于补偿吊舱在非线性螺旋桨滑流场中产生的不平衡力，有助于提高推进器的总体效率。
双螺旋桨的结构设计可使两个螺旋桨分摊推进功率，这样可以降低单个螺旋桨的负荷。
SSP吊舱推进器采用Permasyn永磁同步电动机用以驱动Schottel公司的前后配对的螺旋桨。
由于最初设计开发永磁式同步电动机是作为潜艇的动力部件，因此电动机的结构紧凑。
和传统的同步电动机相比同样功率的Permasyn电动机直径可减少40%，重量可减少
15%。
SSP推进器的推进电机通常采用基于IGBT的直接水冷式交交变频器驱动，该驱动系统按12脉波设计，这样可降低由变频器导致的船上电网的总谐波畸变量，选用这种变频器也保证了电动机电流接近于一个正弦波形，使结构噪声减小。
交交变频器由于可以和螺旋桨
直接相连，所以不需要减速齿轮箱等传动机构，从而大大提高了传动效率。
4、
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