电力推进-第三讲

1船舶电力推进系统TheComposingofMarineElectricPropulsionSystem(MEPS)组成2第三讲要点•1、了解电力推进系统部分组成；•2、了解发电模块的组成及原理；•3、了解配电模块的组成及原理；•4、推进电机的种类；•5、了解变频驱动器的原理；3MainEquipmentinElectricPropulsionVesselLoadsPropulsionAuxilliaries4SimplifiedSLDconventionalvessel5SimplifiedSLDDEPvessel6电力推进系统的组成•ElectricPowerGeneration(发电系统)•ElectricPowerDistribution(配电系统)•VariableSpeedDrives(变频系统)•Propulsion/ThrusterUnits(推进器单元)7电力推进系统中的组件电站组件配电板组件变压器组件谐波抑制器变频器组件监测控制组件电动机组件螺旋桨8IntegratedAutomation,Power,andPropulsionSystemXTERMINALSPLANTNETWORKCOMMUNICATIONLINETOSHOREPOS.REF.SYSTEMSINTEGRATEDVESSELAUTOMATIONDYNAMICPOSITIONINGFIELDBUSNETWORKENGINECONTROLTUNNELTHRUSTERSDRIVESMAINPOWERGENERATION&DISTRIBUTIONPROPULSION/PODCONTROLNETWORKAUXPOWERGENERATION&DISTRIBUTIONPowerPlant-Dieselorturboelectric-2-splitredundant-Typical30-50MWPropulsion-Shaft-lineorpodded-Redundant-Typical2x10-20MWDistributionsystem-Mediumvoltage,6-11kV-Redundant-Automatic/RemotectrlFrequencyconverters-AC/ACCycloorDTC-Mediumvoltage-RedundancyTunnelThrusters-CPPorFPP-Redundancy-ManeuveringandstationkeepingIntegratedAutomation-Automaticpowermanagement-Propulsioncontrol-Vesselcontrol-Dynamicpositioning9发电系统-原动机原动机:•燃烧柴油或重油的内燃机驱动发电机组•气体内燃机，也有燃气轮机，蒸汽轮机或联合循环轮机在柴-电推进系统中，柴油机通常是中高速机10PrimeMover•CombustionEngine–mainlydieselorHFO,butincreasinglyuseofgasanddualfuel–lowspeed,heavier–mediumspeed,lighter–higherefficiency•GasTurbine–highspeed,light–lowerefficiency,canbeincreasedbycombinedcycleturbinesandwasteheatrecovery•SteamTurbine–Reliable–lowefficiency•FuelCells–submarine,willbecomecommercial–sometime–highefficiency–“clean”11瓦锡兰6L32/40型柴油机12柴油机的相关情况柴油机的历史?柴油机目前的发展水平?低负荷情况下的运行情况?13发展历史•1892年法国出生的德裔工程师鲁道夫·迪赛尔先生发表了一篇内燃机构想的论文，第二年就取得了专利。论文叙述柴油发动机的两个基本原理。一个是燃料和空气分别送入燃烧室，在产生混合气的同时燃烧，这是【不均一混合】的原则。另外一个是爆发时不使用火花塞，自然着火（圧缩着火）的原则。•在1897年研制成功可供实用的四冲程柴油机。•1905年制成第一台船用二冲程柴油机。•二十世纪20年代后期出现了高速柴油机，并开始用于汽车。•到了50年代，一些结构性能更加完善的新型系列化、通用化的柴油机发展起来，柴油机进入了专业化大量生产阶段。•特别是在采用了废气涡轮增压技术以后，柴油机已成为现代动力机械中最重要的部分。14发展历史•MANB&W和Wartsila是世界船用柴油机的两大著名品牌。•在世界船用低速机市场，MANB&W品牌的占有率高达80％，Wartsila品牌占16％；在世界船用中速机市场，Wartaila品牌占有率达到38％，MANB&W品牌占27％。•拥有这两大品牌产品的MANB&W和Wartsila柴油机公司在船用低、中、高速柴油机的设计、研发和售后服务等领域始终居于世界前列，保持着绝对垄断的地位。15国外知名厂家16国外知名厂家17国产化率在国家产业政策引导下，尤其是《船舶配套业中长期发展规划》的发布，促使国内柴油机生产基地的扩能步伐明显加快，国产主机市场占有率有所提高，柴油机企业的经济效益显著改善。随着国内柴油机产能的增加，2007年以来国产低速机情况有所好转，国内市场占有率达到53%，2008年国内市场占有率也在50%以上，我国船用柴油机依赖进口的趋势终于有所扭转。18国内知名厂家船用低速机方面：2010年前我国船用低速机生产能力主要集中在两大船舶集团所属柴油机企业。沪东重机、大连船柴等4家柴油机企业2008年船用低速机生产能力合计为570万马力，并且近几年也纷纷扩充产能。中船重工与瓦锡兰、三菱重工合资建立的青岛齐耀瓦锡兰菱重麟山船用柴油机公司（简称QMD），于2009年3月开始生产船机，全部工程结束后产能将达到100万马力。预计2010年国内船用低速机规划产能将达到950万马力。除所属柴油机企业继续扩充生产能力外，中船集团还在广东番禺筹建国内最大的船用柴油机生产基地，设计年总产能为1000万马力船用低速柴油机。预计2015年国内低速机生产能力将达到4000万马力。19国内知名厂家船用中速机方面：国内船用中速机生产企业除了两大船舶集团所属单位外，地方柴油机厂也从事船用中速机生产，如淄博柴油机公司、广州柴油机公司。前几年船市火爆，国内中速机企业加快扩充产能的步伐，2008年国内中速机生产能力已超过200万马力，2010年规划产能预计将接近500万马力，2015年预计将超过900万马力，在2008年的基础上实现翻两番。20柴油机目前发展情况•船用柴油机朝着提高功率、降低油耗、提高可靠性、降低磨损、延长寿命、减少噪音及振动、降低重量和尺寸、易于维修保养、实行自动监控等方向发展。21柴油机发展情况1.提高功率方面由于增压技术的进步和工作过程的改善，单缸和单机功率不断提高．功率的提高主要是通过不断提高平均有效压力Pe来实现的，四冲程柴油机的Pe已达2.6MPa，二冲程柴油机的Pe可达1.575MPa。22柴油机发展情况最大功率的船用柴油机世界首台14缸低速船用柴油机于2009年9月1日装上“EmmaMaersk”号大型集装箱船使用。这是瓦锡兰柴油机公司研制的目前世界上最大功率的低速船用柴油机，也是世界首台14缸低速船用柴油机。该机成功建造实现了船用推进器的重大突破。猜猜多大功率？23指标：气缸：14单缸排气量1820升总功率：108920马力转速：102rpm整机重量：2300吨使用重油热效率可达50%最佳效率工况下，每小时耗油6400升24柴油机发展情况最大功率的船用柴油机该机为14缸RT-flexX96C船用柴油机，持续输出最大功率80080KW，转速102rpm。长27.3米，高13.5米，2300吨，适合于新一代大型集装箱船。该机型采用了完善的RT-flex共轨技术，提高了刚性，降低了结构应力，具有良好的可靠性、安全性和耐久性，维护更加方便。目前全球投入使用和已承接订单的RT-flex96C和RTA96C柴油机已多达300多台。25柴油机发展情况何为RT-flexflex是英文flexible的简写,意为灵活的,适应性强的,用在对柴油机功能的描述上是指灵活的调整性能,代指智能型。Flex机型的开发将各种关键的控制功能由原机械结构控制改为完全电子化控制,例如:燃油喷射、排气阀开启与关闭、柴油机起动、气缸润滑等。虽将直接驱动螺旋桨的活塞曲轴运动机构这一典型内燃机运动形式予以保留,但是将整个凸轮轴及其传动系统、换向伺服器、排气阀驱动机械机构以及燃油喷射泵等都予以取消。代之以由供油泵、供油泵传动装置及由共轨系统和控制系统的紧凑装置RT-flex共轨平台。2627柴油机发展情况RT-flex柴油机的优越性(1)优化燃油消耗率尤其是在部分负荷时；(2)由于优化了结构设计使得柴油机的重量；580mm缸径的RT-flex柴油机,每缸减轻了两吨左右。(3)各缸排气温度均衡；(4)船舶低速航行时,喷油器一直处在较好工作范围内,燃烧可以达到最佳状况,主机烟气几乎看不到。(5)极低的最低稳定转速，一般而言,船用二冲程低速柴油机所能达到的最低稳定转速约为全负荷转速时的25%左右,6RT-flex58T-B柴油机最低稳定转速可达12转/分,尽管该主机的最大转速为105转/分。282009年4月1日，国内最大曲轴在大连重工·起重集团成功下线29大型船用曲轴是船用柴油机上的核心部件，大型船用曲轴标志一个国家造船工业的水平，长期以来是我们国家造船工业最重要的瓶颈。2009年4月1日，国内最大曲轴在大连重工·起重集团成功下线，并顺利通过德国劳氏船级社和韩国斗山柴油机公司的船检。这标志大连已完全具备生产国内乃至国际最大规格曲轴的能力，彻底打破我国不能自主生产大型曲轴的历史，为提升我国造船工业整体水平奠定坚实基础。30我国生产的最大的曲轴31这支90型曲轴长15.7米、重198吨，毛坯件由鞍钢重机提供，用户为韩国斗山柴油机公司，将安装在中国扬子江造船厂制造的4250标准集装箱船上，装机5万马力。这根曲轴检测数据多达921个，所有的精度都在0.01～0.04mm之间，实现了材料、加工、技术的全部国产化。突破了五大技术难题，解决了变型和弹性变型等加工瓶颈。32柴油机发展情况2.在提高经济性方面自石油危机以后，燃油价格暴涨，燃料费用大增。燃油费用占总营运费用的百分比已从20～40％上升到40～60％，因而，降低燃油消耗，燃用劣质燃料，寻找代用燃料已成为国外各柴油机制造公司竞争的主要手段。各公司为此进行了大量试验研究工作，并获得了很大进展。B＆W和SULZER公司，从1977年至l982年间，使低速二冲程柴油机燃油消耗率下降了27g/kW·h，最低油耗达到160g/kw·h的水平。船用中速柴油机的油耗率也已大幅度降低。法国的PC2-6EF和PC4-2EF机型的油耗率已达170g/kw·h。他们的有效热效率为0.5～0.53，达到了相当高的水平。33柴油机发展情况2.在提高经济性方面此外，近年来，劣质燃料一一重油(又称渣油)已被船舶主机或辅机作为主要燃料加以采用。低速二冲程柴油机燃用重油的粘度已达3500一6000秒(雷氏一号(100°F))。四冲程中速柴油机可燃用雷氏一号粘度为1500一3500秒的重油。高速柴油机可燃用雷氏一号粘度为200一250秒的重油。造船厂希望主机和辅机采用同一种燃油。3435柴油机发展情况•3.提高可靠性，延长寿命，发展监控系统随着平均有效压力Pe的提高，最高爆发压力已高达15MPa。零部件机械负荷及热负荷增加，为了提高可靠性和使用寿命，降低热应力和机械应力，在加强高温表面的冷却，改进材料、改进结构提高刚度等方面进行了大量工作，并取得了进展。大力发展电子监控系统。对柴油机性能参数和工况变化的趋向进行瞬时分析，以便选择最佳运转参数并及时发现和排除故