船舶吊舱式电力推进系统的总体设计(附件)【字数：14985】
摘 要摘 要随着人类科学技术的飞速发展，在船舶领域中，为了与时代发展相呼应，船舶电力推进应运而生，并逐渐取代传统的柴油机直接推进，成为了船舶推进方式的主要发展方向。吊舱式电力推进系统是电力推进系统的一种，已经占据了船舶电力推进的主流市场。现代吊舱电力推进和传统的推进方式有着巨大的差别，它的结构特点使其具有独特的优越性，吊舱推进器采用吊舱的型式，将推进电机和螺旋桨直接相连组成一个整体的推进模块，把整体的推进模块安装在吊舱内并悬挂于船舶的尾部。本文主要以吊舱式电力推进船舶为研究对象，介绍了国内外对吊舱式电力推进系统的研究现状，详细的描述了吊舱推进器的组成结构、特点和分类应用。分析了船舶电力系统整个配电、控制以及推进系统，并研究了船舶的阻力特性及螺旋桨的设计方法。在此基础上，应用现有的烟大火车渡轮的资料，对吊舱式电力推进系统进行设计，依据船-机-桨匹配原理，完成对螺旋桨的设计以及电力系统的主要装置（推进电机，变频器、变压器等）的计算和选型，完成设计。关键词吊舱推进器；螺旋桨设计；电力推进；船-机-桨匹配
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 吊舱电力推进器的发展状况 2
1.3 吊舱推进器国内外研究现状 6
1.3.1吊舱式电力推进国内研究现状 6
1.3.2吊舱式电力推进国外研究现状 6
1.4 吊舱的结构和特点 8
1.4.1吊舱系统的结构 8
1.4.2吊舱推进器的结构 8
1.5 本章小结 8
第二章 船舶电力系统的介绍 11
2.1 船舶电力推进的发展 11
2.2 船舶电力系统的 12
2.3 船舶电力推进中的几项关键技术 12
2.3.1 推进电机技术 12
2.3.2 变频调速技术 12
2.4 船舶电力系统的功率分配 14
2.5 船舶电力系统的结构分析 16
2.6 本章小结 17
第三章 船舶阻力与螺旋桨设计计算 18
3.1 船舶阻力特性 18
3.2 螺旋桨的工作特性 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3.2.1螺旋桨的推力和转矩 19
3.2.2 螺旋桨的敞水特性 20
3.3 吊舱推进器和船体的相互作用 20
3.3.1 船体对螺旋桨的影响 21
3.3.2 螺旋桨对船体的影响 21
3.3.3 船舶推进因子的选择计算 23
3.4 螺旋桨的设计 24
3.4.1 常规螺旋桨的设计 24
3.4.2 空泡校核 24
3.5 POD桨的设计 26
3.5.1 影响POD螺旋桨的因素 26
3.5.2 POD螺旋桨的等效设计 26
3.6 本章小结 27
第四章 船舶吊舱式电力推进系统的总体设计 28
4.1 设计目的和所需条件 28
4.2 常规螺旋桨的设计 28
4.2.1 常规螺旋桨的初级匹配设计 29
4.2.2 常规螺旋桨的终极匹配设计 30
4.2.3 空泡校核 32
4.3 常规螺旋桨转化为POD螺旋桨 33
4.4螺旋桨的设计航速及其设计方法的分析 35
4.5 船舶电力推进系统主要装置的计算及选型 36
4.5.1 推进电机的参数设计 36
4.5.2 变频器的功率设计 38
4.5.3 变压器的容量设计 38
4.5.4 发电机组的参数设计 38
4.6 本章小结 38
第五章 总结与展望 39
致谢 40
参考文献 41
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
随着现代船舶推进方法的发展，多半的海上船舶都是采用主机通过直接地或通过减速机构带动螺旋桨，让船舶推进。但是，传统的轴系式推进器的推进轴长、传动和推进效率低、振动和噪声大和污染大等性能缺点。随着人们对绿色环保日益重视。在这种情况下，电力推进这种较为进步的推进方式受到人们的欢迎和重视，并且电力推进系统逐渐的被应用在现代的舰船上。
电力推进通常是指应用电动机直接带动螺旋桨，驱动舰船行驶的一种推进方式[1]。电力推进一般是用柴油机发电机组将其他形式的能量转化成电能，电能经船舶电路系统将电能输送给电动机，推进电机把电能以机械能的型式输送给螺旋桨，完成了能量的二次转换，从而驱动船舶前进。电力推进系统由于其系统结构的优化，使之性能比常规直轴推动更加良好。电船一般可以迅速启动和紧急制动，并且具有调节速度快和平稳前进等良好的控制性能。应用电力推进系统的舰船的推进模块简化了许多机械装置，极大的提高了船舶的可靠性。
迄今为此，船舶电力经过一百多年的发展，其应用技术已经相当成熟。从蒸汽轮机推进至当今的POD推进器，可以分为以下几个历程
1900年初，大容量的蒸汽轮机推进应用在船舶上的技术已发展得相当成熟，可是因为缺乏相应的机械科学技术，很难制造高功率的减速机构。所以许多大型民用船（如游船、油船等）皆采用了电力推进系统（即使用推进电机推动船舶前进），并且促进了各类型的电力推进装置（如变频器、变压器等）的发展[2]。同时，由于电力推进的优越的灵活性，对于那些需要具有良好操作性能（紧急制动和快速启动等）以及优越转矩特性的船舶（如破冰船等）基本上都应用电力推进系统。1980年来，现代电子科学技术开始往高效率以及高压大功率的推进系统等方面发展。当现代电力科学研究迅猛发展时，变压器和变流装置的发展已达到应用阶段。现代船舶电力推进系统已经完全改进了船舶能量转换的方式，而且起初的电力推进船舶残存的问题已经基本解决，并且大大地发扬了电力推进船舶的优点。20世纪80年代中期，开始使用交流推进电机驱动螺旋桨，电机直接联着螺旋桨，取消了传统柴油机推进的中间轴部分，大大的优化了船舶机舱的配置 [3]。到了80年代后期，芬兰Kvarner MasaYerd与ABB芬兰公司构思出一种新型观点——POD推进器。它的出现让电力推进舰船又得到了进一步发展，大大提高了电力推进舰船各个方面的性能，因此，舶电力推进技术的实际应用范围不断的扩大。工程作业船首先应用这项技术，随后游船、集装箱船、大型船等各种类型的船舶也都应用了电力推进系统。可以说，吊舱式电力推进器的出现使船舶推进方式发生了革命性变化，同时也给历史悠久、但应用范围有限的船舶电力推进注入了新的活力。由于吊舱式电力推进许多优点，现代许多先进的舰船都应用了吊舱式电力推进系统，加速了21世纪舰船推进的发展进程。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 吊舱电力推进器的发展状况 2
1.3 吊舱推进器国内外研究现状 6
1.3.1吊舱式电力推进国内研究现状 6
1.3.2吊舱式电力推进国外研究现状 6
1.4 吊舱的结构和特点 8
1.4.1吊舱系统的结构 8
1.4.2吊舱推进器的结构 8
1.5 本章小结 8
第二章 船舶电力系统的介绍 11
2.1 船舶电力推进的发展 11
2.2 船舶电力系统的 12
2.3 船舶电力推进中的几项关键技术 12
2.3.1 推进电机技术 12
2.3.2 变频调速技术 12
2.4 船舶电力系统的功率分配 14
2.5 船舶电力系统的结构分析 16
2.6 本章小结 17
第三章 船舶阻力与螺旋桨设计计算 18
3.1 船舶阻力特性 18
3.2 螺旋桨的工作特性 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3.2.1螺旋桨的推力和转矩 19
3.2.2 螺旋桨的敞水特性 20
3.3 吊舱推进器和船体的相互作用 20
3.3.1 船体对螺旋桨的影响 21
3.3.2 螺旋桨对船体的影响 21
3.3.3 船舶推进因子的选择计算 23
3.4 螺旋桨的设计 24
3.4.1 常规螺旋桨的设计 24
3.4.2 空泡校核 24
3.5 POD桨的设计 26
3.5.1 影响POD螺旋桨的因素 26
3.5.2 POD螺旋桨的等效设计 26
3.6 本章小结 27
第四章 船舶吊舱式电力推进系统的总体设计 28
4.1 设计目的和所需条件 28
4.2 常规螺旋桨的设计 28
4.2.1 常规螺旋桨的初级匹配设计 29
4.2.2 常规螺旋桨的终极匹配设计 30
4.2.3 空泡校核 32
4.3 常规螺旋桨转化为POD螺旋桨 33
4.4螺旋桨的设计航速及其设计方法的分析 35
4.5 船舶电力推进系统主要装置的计算及选型 36
4.5.1 推进电机的参数设计 36
4.5.2 变频器的功率设计 38
4.5.3 变压器的容量设计 38
4.5.4 发电机组的参数设计 38
4.6 本章小结 38
第五章 总结与展望 39
致谢 40
参考文献 41
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
随着现代船舶推进方法的发展，多半的海上船舶都是采用主机通过直接地或通过减速机构带动螺旋桨，让船舶推进。但是，传统的轴系式推进器的推进轴长、传动和推进效率低、振动和噪声大和污染大等性能缺点。随着人们对绿色环保日益重视。在这种情况下，电力推进这种较为进步的推进方式受到人们的欢迎和重视，并且电力推进系统逐渐的被应用在现代的舰船上。
电力推进通常是指应用电动机直接带动螺旋桨，驱动舰船行驶的一种推进方式[1]。电力推进一般是用柴油机发电机组将其他形式的能量转化成电能，电能经船舶电路系统将电能输送给电动机，推进电机把电能以机械能的型式输送给螺旋桨，完成了能量的二次转换，从而驱动船舶前进。电力推进系统由于其系统结构的优化，使之性能比常规直轴推动更加良好。电船一般可以迅速启动和紧急制动，并且具有调节速度快和平稳前进等良好的控制性能。应用电力推进系统的舰船的推进模块简化了许多机械装置，极大的提高了船舶的可靠性。
迄今为此，船舶电力经过一百多年的发展，其应用技术已经相当成熟。从蒸汽轮机推进至当今的POD推进器，可以分为以下几个历程
1900年初，大容量的蒸汽轮机推进应用在船舶上的技术已发展得相当成熟，可是因为缺乏相应的机械科学技术，很难制造高功率的减速机构。所以许多大型民用船（如游船、油船等）皆采用了电力推进系统（即使用推进电机推动船舶前进），并且促进了各类型的电力推进装置（如变频器、变压器等）的发展[2]。同时，由于电力推进的优越的灵活性，对于那些需要具有良好操作性能（紧急制动和快速启动等）以及优越转矩特性的船舶（如破冰船等）基本上都应用电力推进系统。1980年来，现代电子科学技术开始往高效率以及高压大功率的推进系统等方面发展。当现代电力科学研究迅猛发展时，变压器和变流装置的发展已达到应用阶段。现代船舶电力推进系统已经完全改进了船舶能量转换的方式，而且起初的电力推进船舶残存的问题已经基本解决，并且大大地发扬了电力推进船舶的优点。20世纪80年代中期，开始使用交流推进电机驱动螺旋桨，电机直接联着螺旋桨，取消了传统柴油机推进的中间轴部分，大大的优化了船舶机舱的配置 [3]。到了80年代后期，芬兰Kvarner MasaYerd与ABB芬兰公司构思出一种新型观点——POD推进器。它的出现让电力推进舰船又得到了进一步发展，大大提高了电力推进舰船各个方面的性能，因此，舶电力推进技术的实际应用范围不断的扩大。工程作业船首先应用这项技术，随后游船、集装箱船、大型船等各种类型的船舶也都应用了电力推进系统。可以说，吊舱式电力推进器的出现使船舶推进方式发生了革命性变化，同时也给历史悠久、但应用范围有限的船舶电力推进注入了新的活力。由于吊舱式电力推进许多优点，现代许多先进的舰船都应用了吊舱式电力推进系统，加速了21世纪舰船推进的发展进程。
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