李培新　王繼勇　王增英

摘 要：文章通過(guò)對(duì)船舶動(dòng)力總成的研究，重點(diǎn)探討了船舶動(dòng)力總成設(shè)計(jì)的主要流程；同時(shí)，也對(duì)常見(jiàn)的動(dòng)力總成進(jìn)行了分類(lèi)。

關(guān)鍵詞：船舶動(dòng)力總成；概念研究；設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U664 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）05-0007-02

隨著中國(guó)船舶制造業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)船舶動(dòng)力的潛在市場(chǎng)越來(lái)越大。但是，由于國(guó)外許多著名船用柴油機(jī)制造商開(kāi)始以不同合作方式涌入中國(guó)市場(chǎng)，使得中國(guó)船舶動(dòng)力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也愈演愈烈。大功率船用柴油機(jī)的銷(xiāo)售模式主要是以打包為主，即為用戶(hù)提供能夠滿(mǎn)足各種不同船型要求的船舶動(dòng)力總成。而船舶動(dòng)力總成的設(shè)計(jì)又恰恰是國(guó)內(nèi)大功率船用柴油機(jī)制造企業(yè)的弱項(xiàng)，這在某種程度上嚴(yán)重制約了國(guó)產(chǎn)大功率船用柴油機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。綜上所述，國(guó)產(chǎn)大功率船用柴油機(jī)的未來(lái)發(fā)展，不僅僅是柴油機(jī)技術(shù)水平和制造水平提高，同時(shí)也將面臨著船舶動(dòng)力總成的研究開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)問(wèn)題。

1 船舶動(dòng)力總成概念

所謂船舶動(dòng)力總成，就是指包括下列幾個(gè)主要組成部分的船舶動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)。動(dòng)力機(jī)（柴油機(jī)或電機(jī)）、聯(lián)接器（彈性或剛性）、變速箱（減速箱）、艉軸、推進(jìn)器（定距螺旋槳或變距螺旋槳）和控制系統(tǒng)，基本組成如圖1所示。

一般情況下，二沖程柴油機(jī)轉(zhuǎn)速都特別低，可以直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳工作，其動(dòng)力總成中不包括變速箱。定距螺旋槳總成相對(duì)比較簡(jiǎn)單，技術(shù)含量相對(duì)較低。因此，本文所研究的船舶動(dòng)力總成主要指原動(dòng)力為中速四沖程柴油機(jī)的變距槳船舶動(dòng)力總成。

2 常見(jiàn)船舶動(dòng)力總成的分類(lèi)

2.1 按動(dòng)力機(jī)不同分類(lèi)

按動(dòng)力機(jī)的不同可分類(lèi)柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，如圖2所示；柴油-電力驅(qū)動(dòng)，如圖3所示。

2.2 按螺距是否可調(diào)分類(lèi)

按螺旋槳螺距是否可調(diào)可分為定距螺旋槳（FPP）推進(jìn)系統(tǒng)和變距螺旋槳（CPP）推進(jìn)系統(tǒng)。

2.3 按柴油機(jī)臺(tái)數(shù)分類(lèi)

按柴油機(jī)臺(tái)數(shù)分類(lèi)，可分為單機(jī)-單槳推進(jìn)系統(tǒng)，如圖4所示；多機(jī)-多槳推進(jìn)系統(tǒng)（兩臺(tái)以上），如圖5所示；多機(jī)-單槳推進(jìn)系統(tǒng)（兩臺(tái)以上主機(jī)），如圖6所示。

3 常見(jiàn)變速箱種類(lèi)

常見(jiàn)的變速箱種類(lèi)，有不帶PTO，輸入軸帶離合器，如圖7所示，帶PTO不帶PTO離合器，輸入軸不帶離合器，如圖8所示；帶PTO及PTO離合器，輸入軸不帶離合器，如圖9所示；帶PTO不帶PTO離合器，輸入軸帶離合器，如圖10所示；帶PTO及PTO離合器，輸入軸帶離合器，如圖11所示。

配變距螺旋槳的變速箱，一般都要求帶PTO（Power Take Off—?jiǎng)恿敵觯淠康氖球?qū)動(dòng)一臺(tái)容量較小交流發(fā)電機(jī)。該發(fā)電機(jī)主要用于正常航行過(guò)程中船舶所需電力的供應(yīng)，此時(shí)輔機(jī)發(fā)電機(jī)組可以停止工作，以達(dá)到節(jié)能的目的。

4 控制系統(tǒng)

定距螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的控制系統(tǒng)，船舶的工作狀況通過(guò)改變柴油機(jī)的工作狀況來(lái)改變。變距螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)配有專(zhuān)門(mén)的控制系統(tǒng)如圖12所示，該系統(tǒng)可根據(jù)船舶行進(jìn)要求對(duì)螺距進(jìn)行調(diào)整，柴油機(jī)的工作狀況隨螺距的調(diào)整而變化?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)根據(jù)船舶工作特性與變距螺旋槳工作特性進(jìn)行標(biāo)定。

5 船舶動(dòng)力總成設(shè)計(jì)流程

5.1 根據(jù)技術(shù)要求確定動(dòng)力總成的基本配置

5.1.1 船舶主要信息

①船舶類(lèi)型，如散貨船，集裝箱船，挖泥船，油輪，工程船等；②冰級(jí)，如無(wú)冰級(jí)，IA，IB，IC等。

5.1.2 推進(jìn)器主要信息

①推進(jìn)系統(tǒng)型式，如單機(jī)單槳結(jié)構(gòu)，多機(jī)多槳結(jié)構(gòu)等；②推進(jìn)器結(jié)構(gòu)型式，如定距螺旋槳，變距螺旋槳等；③螺旋槳旋轉(zhuǎn)向，如順時(shí)針，逆時(shí)針。

5.1.3 艉軸主要信息

①艉軸的布置型式，如艉軸的總體長(zhǎng)度，艉軸的支撐方式等；②艉軸的軸承結(jié)構(gòu)型式（確定艉軸結(jié)構(gòu)形式）；③艉軸軸承的冷卻潤(rùn)滑方式，如水冷潤(rùn)滑，油冷潤(rùn)滑等。

5.1.4 聯(lián)接器主要信息

主聯(lián)接器型式，如彈性聯(lián)接器，剛性聯(lián)接器等。

5.1.5 主機(jī)主要信息

①柴油機(jī)型號(hào)，柴油機(jī)動(dòng)力性能指標(biāo)等；②柴油機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，如順時(shí)針，逆時(shí)針等；③前端動(dòng)力輸出，如前端是否帶動(dòng)力輸出裝置，輸出功率等；④排放標(biāo)準(zhǔn)，如Tier II，Tier III；⑤燃料種類(lèi)，輕柴油，重油，輕柴油+重油等。

5.1.6 變速箱主要信息

①變速箱輸入輸出軸布置，如輸入輸出軸變速箱前后端異側(cè)/同側(cè)，水平垂直同時(shí)移動(dòng)等；②PTO、PTI裝置要求，如帶或不帶，布置方式等；③輸入?yún)?shù)，如輸入功率，輸入轉(zhuǎn)速，傳遞能力等；④輸出參數(shù)，如輸出轉(zhuǎn)向，輸出轉(zhuǎn)速等；⑤減速比。

5.2 根據(jù)上述信息，進(jìn)行動(dòng)力總成初步方案設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)某船動(dòng)力總成的初步方案如圖13所示。

5.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在完成動(dòng)力總成方案設(shè)計(jì)之后，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一般情況下，由于原動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)），變速箱，聯(lián)接器等為成熟產(chǎn)品，主要以選型為主；而艉軸、推進(jìn)裝置（螺旋槳）等，故都要單獨(dú)設(shè)計(jì)。

5.4 強(qiáng)度校核計(jì)算

如聯(lián)接器、變速箱的傳遞能力校核，艉軸、螺旋槳強(qiáng)度校核，空泡校核，振動(dòng)校核等。

5.5 軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算

對(duì)包括柴油機(jī)、聯(lián)結(jié)器、變速箱、艉軸和螺旋槳在內(nèi)的整個(gè)軸系進(jìn)行扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算。如果計(jì)算結(jié)果超限，應(yīng)對(duì)軸系設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，使共振點(diǎn)移到工作轉(zhuǎn)速范圍以外。

5.6 資料送審

資料送審相關(guān)計(jì)算資料送船檢部門(mén)審批。

6 結(jié) 語(yǔ)

①動(dòng)力總成的生產(chǎn)銷(xiāo)售一般都采用訂單制，制造商將根據(jù)不同用戶(hù)的具體要求，對(duì)其進(jìn)行選配和設(shè)計(jì)。所以船舶動(dòng)力總成的設(shè)計(jì)無(wú)標(biāo)準(zhǔn)配置而言；②動(dòng)力總成的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)一般情況下多個(gè)專(zhuān)業(yè)制造商聯(lián)合來(lái)完成，如柴油機(jī)制造商，變速箱制造商，螺旋槳（包括艉軸）制造商以及控制系統(tǒng)制造商等；③動(dòng)力總成的打包主要是針對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量高，制造比較困難的變距螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉英杰.利用車(chē)動(dòng)力總成NVH性能匹配與控制研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2007.