引领新一轮海上动力革命:美英军舰全电推进技术中国努力追赶方向

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作为水面舰船的“心脏”,传统动力装置主要有蒸汽动力、柴油机动力、燃气轮机动力以及核动力等几种,它们基本上都属于机械推进装置。自上世纪80年代,电力推进技术的优势日益显现出来,成为各国海军的重点研究对象。

1986年,美国在一项名叫“海上革命”计划中,将综合电力推进列为新一代舰船的推进方式。1994年,美国海军提出了“综合电力推进系统”概念,海军计划为DD21型驱逐舰配备全电推进系统。

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综合电力推进系统代表着船舶动力发展的方向,主要特点是将推进动力和电站动力合二为一。与早期意义上的电力推进不同,现代船舶的综合电力推进系统把推进用电和日常用电结合在一个电力系统内。即由共同的发电机组产生大功率电力,满足船舶的所有负荷需求——推进系统、日用负载、传感系统以及舰载武器等需要。该系统采用的是突出模块化、集成化和系统化的设计理念,旨在降低总成本,优化船舶的系统及设备构成,体现在以电力形式集中整艘舰船所需能源,对电力进行统一调配与管理。

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海军提出的综合电力系统主要由七个模块组成:发电、配电、电力控制、电力变换、平台负载、推进电机以及能量储存模块。与常规的机械推进方式相比,电力推进系统主要具备以下几点优势:

第一,具备良好的经济性。装备电力推进系统的船舶有多台中速柴油机用于发电,可根据用电负荷选择发电机运行台数,使机组始终运行于高效工作区,实现最大的经济性。

第二,操纵性好。采用电力推进系统后,操纵控制方便,启动加速性好,制动快,正反车速度切换快,可推进电机转速易于调节,在正反转各种转速下都能提供恒定转矩,能得到最佳的工作特性,使船舶取得优良的操纵性。

第三,具有良好的安全性。对采用柴油机推进的船舶来说,一旦主机重要部件或舵机、轴系出现故障往往会导致瘫船。而电力推进则使用多台原动机,即使个别机组发生故障也不导致船舶丧失动力。电力推进系统多采用两套以上互为备用,同步电动机定子有两组相互独立的绕组,一组发生故障仍可减载运行。

第四,能够节省空间。通常情况下,采用传统推进系统的船舶轴系长度往往占到船长的40%左右,而采用电力推进系统的船舶则省去了传动轴系、减速齿轮箱,从而改善机舱布局结构,使动力装置安排更加合理,节省了大量空间。

第五,噪音低,可提高舰船的安静性和隐蔽性。采用电力推进后,作为主要振动源的发动机被安装在弹性底座上,并以恒定转速运行,它与轴系和船体也无直接连结,从而大大减少振动和噪声,使工作区变得整洁,提高了乘船的舒适程度。

第六,有利于船舶控制环境污染,降低排放。船舶采用电力推进系统还有利于进行计算机网络管理,有助于实现系统的自动控制,全面提升船舶信息化、智能化、自动化水平。

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目前,美国设计建造的DDG-1000驱逐舰和“福特”级航母已经配备了综合电力推进系统。英国皇家海军在使用电力推进方面也走在了世界的前列:英国的45型驱逐舰以及在建的“伊丽莎白女王”级航母都配备有综合电力推进系统。


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