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船舶动力出新秀,电动吊舱要争先

南海的波涛 2024年08月26日 00:01

The following article is from 兵工科技数据党 Author 兵器迷的天空

2024年7月,中国船集团发布官宣——集团下属704所研制的国产10MW级T型吊舱推进器试验成功。该吊舱在上海进行了全负荷动态试验并圆满成功,并实现了100%国产化,标志着我国在大功率吊舱推进技术领域取得了具有里程碑意义的创新成果。

兵器迷点评如下:

一、了解一下吊舱推进器先

吊舱推进器(POD),是一种新型船舶电力推进装置。其结构形式,是将电机与螺旋桨的组合放置在一个舱体内,该舱体为密闭的结构,可防止外部的海水进入。将该舱体通过吊柱支架,悬吊在船体底部,通过电机直接驱动螺旋桨旋转,就可以产生船舶航行所需的动力。

当要改变航行方向时,通过转舵机构,带动吊舱推进器的水下部分转动到指定的舵角——可以360度全回转——以实现矢量推进。

与传统船舶动力-轴系-螺旋桨推进系统相比,吊舱推进器的优点在于

1 传统轴系和舵机,需要在船舶建造流程中的特定环节按顺序完成安装,是船舶修造的进度中一个很强的约束因素,甚至成为瓶颈。而吊舱布局于船体外部,完整安装只需要48小时。因而大幅度提高了船舶设计、建造和使用的灵活性,缩短船舶建造周期,最多可降低20%的安装成本。

2 吊舱推进器将推进装置和操舵装置融为一体,因此去掉了占船舶舱容很大的轴系和舵机,显著减少了船舶舱容,提高了船舶的有效载荷

3 船舶操纵性机动性大大提高,改善了运营效率。

4 无齿轮电驱推进,减少机械传动损失,提高了船舶推进效率,降低了能源消耗维护成本,燃料消耗最多可减少20%。螺旋桨直接连接到推进电机,无需齿轮和其他辅助设备,降低了维护成本,并减少系统故障而导致的停机时间。

5 吊舱电机及其轴都完全位于船体外部,没有产生噪音的齿轮,拉动螺旋桨接收稳定的不受干扰的尾流场,在大幅操纵过程中方向舵没有振动,消除了来自尾推进器的噪音和振动,实现了降噪和减震的效果

因此,吊舱推进器逐渐开始广泛应用于海洋工程、需要在冰区之间具备高度机动性的破冰船和冰区航行船、内河航运大型邮轮、科考船、特种作业船,对于在浅水中具有特别的机动性散货船和一些强调舒适性、低噪音的客轮,也很实用。

T型吊舱的“T”,指的是吊舱推进器的支架结构大体呈T。目前,推进器吊舱一般有L型、Z型和T型等构型。同功率等级下,T型支架结构的回转半径更小,因此对船体空间要求更少,应用中的环境适应性更为广泛。

但是,吊舱推进器的主要缺陷在于

1 推进功率有限,传递的功率受到一定限制。

2 吊舱推进器的推进效率不高,需要针对船型和水下结构进行线型优化,降低水下结构的阻力。

3 吊舱和桨轴的密封,需要的技术水平较高。

4 吊舱推进器的成本,比传统动力要高。

二、中船重工704所研制调查推进器的历程

中船重工704所,全名为中国船舶重工集团公司第七〇四研究所(以下简称704所),创建于1956年,隶属于中国船舶重工集团公司。

说到吊舱推进器的研发,要从17年前讲起——

2007年,704所整合所内机械设计、桨叶设计、电力电子、电机设计、自动控制等多个专业的技术人员,组成吊舱推进器专业团队,启动吊舱推进器研发工作。从此至今,704所持续、深入开展了吊舱推进器的专题研究,如:水下结构物的水动力性能和结构强度研究、回转结构设计和回转控制研究、永磁电机设计研究等——点评:不愧是国内规模最大和最有影响的船舶特辅机电设备研究所,704所的专业整体优势,还是可圈可点的。2007年当年,就完成了L型400kW吊舱推进器的工程样机研制和部分试验工作——

点评:注意,起步阶段还是L型吊舱

2014年,704所的吊舱推进器通过陆上试验平台联调综合试验,整机空载条件下运行状态和性能通过验证。2015年,704所的吊舱推进器通过水下动态试验平台联调综合试验,整机满负荷运行状态性能、水下耐久性通过验证,达到了备装船技术水平——

点评:陆上和水上试验平台综合联调基础设施与工作流程的建立,为建立吊舱推进器的研发打下了坚实的基础)

2018年,704所完成2MW级吊舱推进器的整机装配和连续动态加载试验,具备部套件、整机试验保障条件和完整生产制造能力,形成了中小功率吊舱推进器的产业化配套能力,获CCS船级社产品证书——点评:这是第一款获得中国船级社证书的国产化吊舱推进器

2019年,704所完成5MW级L型吊舱系列化设计,开展T型吊舱设计——

点评:注意,这个时候已经转向技术更先进的T型吊舱了

当年还开展了高冰级大功率吊舱推进器和10MW级吊舱推进器设计关键技术研究——

点评:试验2MW,设计5MW,预研10MW,迭代研发,路数很正啊。

2020年,704所完成了6MW、PC3级冰区加强型吊舱推进器设计——点评:破冰船破冰能力分为7级,PC3指“全年在第二年冰龄状况下,可包括多年夹冰”。

当年与黄埔船厂签订2MW吊舱推进器技术协议——

点评:技术要转化为商业化能力了。

中船集团6兆瓦吊舱推进装置

2021年,704所着手智能型无人系统母船吊舱推进器的生产制造工作——

点评:制造业发展到一定程度,都开始上AI了。当年,5MW级L型吊舱推进器具备实船应用条件。

2024年7月,704所10MW级T型吊舱推进器试验成功——点评:估计这是第一款T型构型的推进器吊舱了。

至此,704所形成了从400KW,2MW,5MW,6MW乃至10MW的吊舱推进器谱系,其中2MW级吊舱推进器,已在智能型无人系统母船上实船应用,性能优异,并获得了同济大学科考教学保障船和极地科考船的新订单

三、一丢丢的纠偏

704所确实牛。不过有的媒体说:”国产首台套10兆瓦大功率吊舱推进器的研制,充分验证了704所研发设计制造在国内船舶系统独树一帜的实力”。

这个话呢,也对……要是能再谦虚点……更好。

因为,国内研制吊舱推进器的,并不是只有704所这一家——

2023年8月,国产化160米无限航区重大件运输船“钰洲世佳”号在扬州舜天船舶顺利下水。

该船搭载2台国产化吊舱式推进器作为推进主机,每台功率为3MW,是当时实船应用的国产最大吊舱推进器,运载重大件货物时具有极佳的操纵性和耐波性。

“钰洲世佳”号总长160米,最大型宽42米,型深9.58米,设计排水量31,187.8吨,设计航速12.5节。艉部配置2套3MW吊舱式全回转电力推进器,艏部配置2套2MW定螺距管隧式推进器,采用全电力驱动,配置DP-2动力定位系统,满足T-Ⅲ排放,具备无限航区航行能力。

那么,这2台吊舱推进器是哪一家的呢?

也是中船重工的,但不是704所,而是712所的。

中船重工712所,为该船提供了主配电系统、变压器、主推进变频驱动系统、侧推变频驱动系统、控制系统、功率管理系统等全套综合电力系统设备。

所以,夸714所,没问题!单说“独树一帜“,这媒体就有点......

四、差距

我兔目前10MW吊舱推进器刚刚通过试验。相比之下,国外船舶电推的大咖,已经走在了前面——

目前,瑞典ABB的Azipod®吊舱推进器,功率范围可达1-22MW。

其中,Azipod®XO吊舱推进器,可提供22MW的单位功率,可用于最高达PC5的冰级——点评:PC5破冰等级,即全年在中等厚度的当年冰龄状况下,可包括旧夹冰。

Azipod®的吊舱推进器,已经投入商业运行超过30年,用于恶劣条件下独立运行的小型船只、渡轮、豪华邮轮、货船和破冰船等超过25种船舶类型,实船运行数百艘(兵器迷注:300艘+)。

因此——

从推进功率来说,我兔目前距离ABB的差距,大约还有一代。

而实际装船应用方面的经验差距,就更大了。

ABB发展调查推进器,有40年以上的历史。而我兔704所从14年前开始努力,就已经追到了现在的水准,进步的速度还是很快的。赶上世界先进水平的的那一天,是完全可以预期的。

看到进步,看到差距,看到希望。这就是今天中国制造业的故事——

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