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摘要：本文根据客户与规范的要求，结合本船主要参数，对全回转电力推进系统中的吊舱式电力推进和Z型全回转电力推进两种方式，从操纵性、布置形式、能量传递、投资经济性、运营及维护成本展开论证，得出结论。
关键词：调查船； 推进系统；电力推进；方式论证
中图分类号：U664.3文献标识码：A
A survey ship propulsion system mode selection
YIN Xianfeng
( Guangzhou Marine geological survey, Guangzhou 510760 )
Abstract: the article according to the requirements of customers and specification, combined with the main parameters in the vessel, on the rotary podded electric propulsion in the electric propulsion system and Z type rotary electric propulsion in two ways, from handling, layout, energy transfer, investment efficiency, operation and maintenance cost, draw the conclusion.
Key words: Marine geological survey ship; Propulsion system; Electric propulsion; arguments
本调查船入中国船级社（CCS）船级，船级符号及附加标志为：★CSA Ice Class B3；★CSM AUT-0，DP-2。本船按中国船级社《钢质海船入级与建造规范》和《船舶与海上设施法定检验规则》及其修改通报进行设计和建造，满足《综合地质调查船功能需求》中所列出的规范、规则、标准和公约。
本船主要装备海洋浅钻系统及综合地质地球物理调查设备等，主要用于海洋基础地质调查。根据《综合地质调查船功能需求》的要求，结合本船排水量、最大航速、各工况电力负荷需求、航行经济性需求等主要参数，开展推进系统的论证工作。
1 本船推进系统基本要求
本船推进系统的配置需要综合考虑最大航速时的功率需求和作业工况时的功率需求，以及先进性、安全性、适用性、舒适性等几个主要因素。
1.1功率需求
经过计算，本船主推进器在最大航速15 kn时需要的有效推进功率约4 000 kW；作业工况时动力定位最大功率需求约1 500 kW。本船估算的电力负荷，如表1所示。
表1 电力负荷估算表
根据上述功率需求，以及CCS对DP-2级动力定位系统冗余度的要求，主电站配置方案为3台2 000 kW主发电机组和1台400 kW停泊发电机组。在动力定位作业工况时和全速航行时运行3台主发电机组，应急电站为一台120 kW应急发电机组。
1.2动力定位能力
根据《综合地质调查船功能需求》及可研编制工作船舶设计对动力定位的要求，本船应有五级海况定位保持能力，能在四级海况下水深200 m以内进行钻探作业，在6级风2节流实现定点定向功能。
2两种电力推进型式对比分析
随着科学技术迅速发展，电力推进技术由于其在船舶的机动性、空间布置的灵活性和节能减排等方面的优点得到了越来越广泛的应用。在目前的主要电力推进方式中，全回转电力推进方式以其在船舶操纵性、舒适性等方面具有常规桨轴电力推进无法比拟的优点，在各种海工船和科考船上得到了越来越多的应用。
根据《综合地质调查船功能需求》，本船选用全回转电力推进方式。目前，全回转电力推进主要包括吊舱式电力推进和Z型全回转电力推进两种。现将两种推进形式进行对比分析。
2.1船舶的操纵性
吊舱式和Z型全回转电力推进，尾部的舵桨都可以360°旋转，实现360°全方位的推进，使两者都具有良好的操纵性能。
2.2布置形式
吊舱式全回转推进型式的电机安装在吊舱内，不需要占用船内的空间，结构比较紧凑。
Z型全回转电力推进形式的电机布置于船体尾部的推进器舱内，直接或用短轴与舵桨单元连接，结构也较为紧凑。
除上述区别外，两种推进型式中柴油发电机组、主配电板、推进变压器、推进变频器均可以采用类似的布置方案。
2.3能量传递中的损失和振动
吊舱式全回转推进型式，是靠水下永磁同步电机带动同轴螺旋桨轴驱动螺旋桨，由于电机的调速范围一般在0~350 r/min，可与螺旋桨直接连接而不需减速即可实现推进。该种方式不存在机械传动，电机布置于水下，振动噪音相对较小。
Z型全回转电力推进形式，其传动结构相对较为复杂，需通过几根传动轴和几对伞形齿轮，功率传输过程中齿轮组的效率损失约为4%~5%；其次，其电机布置于舱内，舱室噪音较大，对水下的噪音辐射也略大于吊舱式全回转推进型式。
2.4设备初投资
电力推进的配置中各方案所需要的柴油发电机组功率不完全相同，但经过仔细分析各配置方案并研究了各主要柴油机厂商相应功率范围的柴油机后，两个方案所配置的柴油机型号一致。其他配电、变频器、变压器以及推进电机的功率参数基本相同。因此两者价格的区别主要在于推进形式的不同。
吊舱式全回转舵桨的电机位于水下支撑模块内，该特性决定了其体积不能太大、功率传递结构也应尽量简单，故采用了成本较高的永磁同步电机。此外，由于其电机位于水下，对密封性能也提出了更高的要求，故整体的制造成本较高。
Z型全回转推进由于电机处于机舱中，可采用体积较大、性价比更高的鼠笼式交流异步电机，故其制造成本相对吊舱式舵桨要低一些。
2.5运营及维护成本
吊舱式全回转舵桨装置的电机位于水下，一旦电机或机械出问题，有可能带来水下电机进水，并有可能需要更换整个吊舱单元，维护成本较高。
Z型全回转舵桨的电机在舱内，水下只有机械部分，若舵桨的轴密封出现问题，只需要更换密封装置和舵桨单元内的滑油，其维护成本要比吊舱式全回转舵桨装置要低。
3两种电力推进型式主要配置
3.1Z型全回转舵桨合一电力推进型式
Z型全回转舵桨合一电力推进型式，是一种推进电机位于船体内，推进电机通过一根短轴与舵桨装置连接，然后通过两根传动轴和两对伞形齿轮将动力传递至螺旋桨轴带动螺旋桨实现推进。
根据估算的电力负荷和电站配置方案，本船该种推进型式的主要配置单线图，如图1所示。
图1Z型全回转电力推进型式单线示意图
3.2吊舱式全回转舵桨合一电力推进型式
吊舱式全回转舵桨合一电力推进型式，是一种推进电机位于水下支撑模块内，推进电机直接驱动螺旋桨轴带动螺旋桨实现推进。本船该种推进型式的主要配置单线图，如图2所示。
图2吊舱式全回转推进型式单线示意图
3.3两种配置的初投资对比
按照本船的配置方案，向各设备厂商进行了初步的询价，各厂商提供的报价涵盖的设备范围包括：三大一小的发电机、主配电板、推进变压器、推进变频器、推进电机及推进器、首侧推电机以及相应的控制系统等。在同等配置情况下，吊舱式全回转舵桨合一电力推进型式的初期投资约为Z型全回转舵桨合一电力推进型式的1.4倍左右。
4结论
综上所述，结合《综合地质调查船功能需求》，建议本船采用Z型全回转舵桨合一的电力推进型式，首侧推配置一套升降式首侧推和一套槽道式首侧推推进器。
参考文献
[1] 李建光.船舶及海洋工程动力装置设计指南[M].武汉: 华中科技大学出
版社, 2010.
[2] 叶国泉, 沈林涛. 吊舱式电力推进装置的应用[J]. 上海造船, 2007(1).
作者简介：殷宪峰 （1977-），男，工程师。主要从事海洋地质调查船维护与建造工作。
收稿日期：2013-08-29
关键词：调查船； 推进系统；电力推进；方式论证
中图分类号：U664.3文献标识码：A
A survey ship propulsion system mode selection
YIN Xianfeng
( Guangzhou Marine geological survey, Guangzhou 510760 )
Abstract: the article according to the requirements of customers and specification, combined with the main parameters in the vessel, on the rotary podded electric propulsion in the electric propulsion system and Z type rotary electric propulsion in two ways, from handling, layout, energy transfer, investment efficiency, operation and maintenance cost, draw the conclusion.
Key words: Marine geological survey ship; Propulsion system; Electric propulsion; arguments
本调查船入中国船级社（CCS）船级，船级符号及附加标志为：★CSA Ice Class B3；★CSM AUT-0，DP-2。本船按中国船级社《钢质海船入级与建造规范》和《船舶与海上设施法定检验规则》及其修改通报进行设计和建造，满足《综合地质调查船功能需求》中所列出的规范、规则、标准和公约。
本船主要装备海洋浅钻系统及综合地质地球物理调查设备等，主要用于海洋基础地质调查。根据《综合地质调查船功能需求》的要求，结合本船排水量、最大航速、各工况电力负荷需求、航行经济性需求等主要参数，开展推进系统的论证工作。
1 本船推进系统基本要求
本船推进系统的配置需要综合考虑最大航速时的功率需求和作业工况时的功率需求，以及先进性、安全性、适用性、舒适性等几个主要因素。
1.1功率需求
经过计算，本船主推进器在最大航速15 kn时需要的有效推进功率约4 000 kW；作业工况时动力定位最大功率需求约1 500 kW。本船估算的电力负荷，如表1所示。
表1 电力负荷估算表
根据上述功率需求，以及CCS对DP-2级动力定位系统冗余度的要求，主电站配置方案为3台2 000 kW主发电机组和1台400 kW停泊发电机组。在动力定位作业工况时和全速航行时运行3台主发电机组，应急电站为一台120 kW应急发电机组。
1.2动力定位能力
根据《综合地质调查船功能需求》及可研编制工作船舶设计对动力定位的要求，本船应有五级海况定位保持能力，能在四级海况下水深200 m以内进行钻探作业，在6级风2节流实现定点定向功能。
2两种电力推进型式对比分析
随着科学技术迅速发展，电力推进技术由于其在船舶的机动性、空间布置的灵活性和节能减排等方面的优点得到了越来越广泛的应用。在目前的主要电力推进方式中，全回转电力推进方式以其在船舶操纵性、舒适性等方面具有常规桨轴电力推进无法比拟的优点，在各种海工船和科考船上得到了越来越多的应用。
根据《综合地质调查船功能需求》，本船选用全回转电力推进方式。目前，全回转电力推进主要包括吊舱式电力推进和Z型全回转电力推进两种。现将两种推进形式进行对比分析。
2.1船舶的操纵性
吊舱式和Z型全回转电力推进，尾部的舵桨都可以360°旋转，实现360°全方位的推进，使两者都具有良好的操纵性能。
2.2布置形式
吊舱式全回转推进型式的电机安装在吊舱内，不需要占用船内的空间，结构比较紧凑。
Z型全回转电力推进形式的电机布置于船体尾部的推进器舱内，直接或用短轴与舵桨单元连接，结构也较为紧凑。
除上述区别外，两种推进型式中柴油发电机组、主配电板、推进变压器、推进变频器均可以采用类似的布置方案。
2.3能量传递中的损失和振动
吊舱式全回转推进型式，是靠水下永磁同步电机带动同轴螺旋桨轴驱动螺旋桨，由于电机的调速范围一般在0~350 r/min，可与螺旋桨直接连接而不需减速即可实现推进。该种方式不存在机械传动，电机布置于水下，振动噪音相对较小。
Z型全回转电力推进形式，其传动结构相对较为复杂，需通过几根传动轴和几对伞形齿轮，功率传输过程中齿轮组的效率损失约为4%~5%；其次，其电机布置于舱内，舱室噪音较大，对水下的噪音辐射也略大于吊舱式全回转推进型式。
2.4设备初投资
电力推进的配置中各方案所需要的柴油发电机组功率不完全相同，但经过仔细分析各配置方案并研究了各主要柴油机厂商相应功率范围的柴油机后，两个方案所配置的柴油机型号一致。其他配电、变频器、变压器以及推进电机的功率参数基本相同。因此两者价格的区别主要在于推进形式的不同。
吊舱式全回转舵桨的电机位于水下支撑模块内，该特性决定了其体积不能太大、功率传递结构也应尽量简单，故采用了成本较高的永磁同步电机。此外，由于其电机位于水下，对密封性能也提出了更高的要求，故整体的制造成本较高。
Z型全回转推进由于电机处于机舱中，可采用体积较大、性价比更高的鼠笼式交流异步电机，故其制造成本相对吊舱式舵桨要低一些。
2.5运营及维护成本
吊舱式全回转舵桨装置的电机位于水下，一旦电机或机械出问题，有可能带来水下电机进水，并有可能需要更换整个吊舱单元，维护成本较高。
Z型全回转舵桨的电机在舱内，水下只有机械部分，若舵桨的轴密封出现问题，只需要更换密封装置和舵桨单元内的滑油，其维护成本要比吊舱式全回转舵桨装置要低。
3两种电力推进型式主要配置
3.1Z型全回转舵桨合一电力推进型式
Z型全回转舵桨合一电力推进型式，是一种推进电机位于船体内，推进电机通过一根短轴与舵桨装置连接，然后通过两根传动轴和两对伞形齿轮将动力传递至螺旋桨轴带动螺旋桨实现推进。
根据估算的电力负荷和电站配置方案，本船该种推进型式的主要配置单线图，如图1所示。
图1Z型全回转电力推进型式单线示意图
3.2吊舱式全回转舵桨合一电力推进型式
吊舱式全回转舵桨合一电力推进型式，是一种推进电机位于水下支撑模块内，推进电机直接驱动螺旋桨轴带动螺旋桨实现推进。本船该种推进型式的主要配置单线图，如图2所示。
图2吊舱式全回转推进型式单线示意图
3.3两种配置的初投资对比
按照本船的配置方案，向各设备厂商进行了初步的询价，各厂商提供的报价涵盖的设备范围包括：三大一小的发电机、主配电板、推进变压器、推进变频器、推进电机及推进器、首侧推电机以及相应的控制系统等。在同等配置情况下，吊舱式全回转舵桨合一电力推进型式的初期投资约为Z型全回转舵桨合一电力推进型式的1.4倍左右。
4结论
综上所述，结合《综合地质调查船功能需求》，建议本船采用Z型全回转舵桨合一的电力推进型式，首侧推配置一套升降式首侧推和一套槽道式首侧推推进器。
参考文献
[1] 李建光.船舶及海洋工程动力装置设计指南[M].武汉: 华中科技大学出
版社, 2010.
[2] 叶国泉, 沈林涛. 吊舱式电力推进装置的应用[J]. 上海造船, 2007(1).
作者简介：殷宪峰 （1977-），男，工程师。主要从事海洋地质调查船维护与建造工作。
收稿日期：2013-08-29