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渔船动力装置

渔船推进系统、通用设备、船内动力装置和辅助设备的总称。推进系统主要包括作为渔船动力的主机、轴系和推进装置等,是渔船动力装置的主体;通用设备包括燃油、润滑油、冷却水、起动空气、排气等各个系统;船内动力装置主要是发电机组、电动机、照明等;辅助设备是供水、供热、供气等辅助系统,与一般船舶相同。1865年,欧洲首先使用蒸汽机作为渔船的动力。1895年,发明柴油机后,20世纪初渔船开始以柴油机为动力。

渔船推进系统、通用设备、船内动力装置和辅助设备的总称。推进系统主要包括作为渔船动力的主机、轴系和推进装置等,是渔船动力装置的主体;通用设备包括燃油、润滑油、冷却水、起动空气、排气等各个系统;船内动力装置主要是发电机组、电动机、照明等;辅助设备是供水、供热、供气等辅助系统,与一般船舶相同。

1865年,欧洲首先使用蒸汽机作为渔船的动力。1895年,发明柴油机后,20世纪初渔船开始以柴油机为动力。由于柴油机具有体积小、重量轻、热效率高、机动性好等优点,至80年代,柴油机作为动力的渔船已占绝对优势。

渔船柴油机的特殊要求

除和一般船用柴油机一样要求油耗省、能燃用劣质重油、结构简单、维修方便等外,还有如下特殊要求:①柴油机自由端能输出较大功率。为了充分发挥其效能,减少辅机,简化机舱内动力设备,节约油耗等,在柴油机自由端常需传动起网机、发电机、舱底泵等,其所需功率占额定功率的40%以上。②特别强调性能与结构可靠耐用,能在渔船上维修。③航行中,动力装置常处于部分负荷下运转,因此柴油机既要在额定工况下,又应在部分负荷时力求有较低的油耗。油耗曲线从全负荷到1/2负荷,应尽量平坦。④应适应工况变化频繁和短时超负荷运行的特点,特别是增压式柴油机更应解决增压器不能适应多变工况的矛盾;还必须装有离合器,在柴油机惰速运转时,可脱开推进轴,使推进器停止转动,以免起网时螺旋桨缠绕绳网。

渔船对动力装置的要求

不同作业的渔船,对动力装置有不同的要求。

拖网渔船的要求

拖网渔船作业时,运行工况变化频繁。在往返渔场时要全速航行,在拖网时航速不高但拖力要大,这就要求动力装置能解决柴油机不能超扭矩运转,而拖网时又要增大扭矩增加拖力的矛盾。在捕捞作业时,通常有60%~70%的时间主机处于部分负荷,为了充分利用主机功率,常以主机的剩余功率供给发电机、拖网绞机或制冷机等,这就要求动力装置能解决作业工况变化时机器转速也随之变化的矛盾。

围网渔船的要求

要有较大的主机功率,能高速追捕鱼群;又要回转敏捷,操纵灵活,以最小的网圈快速合围。起网时要胜任频繁的倒车和变速,能微速顶住风浪,顺利地进行起网起鱼操作。大风浪时收绞括纲或起网,能使船体避开网身,以免损坏围网,要求动力装置的操纵性好,并能侧向推进。

延绳钓渔船的要求

往返渔场时,要求高速航行;放钓时,航速约8节;巡钓时4~8节。在巡钓、起鱼作业或发生乱绳、沉绳等情况下,能进行频繁的停车、倒车和调整船速等操作。在船首起钓时,要与钓线保持30°的角度,并以低速前进,但钓线长达100多千米,在海中呈不规则状,加之受风、流等影响,在低速时舵效很差,操纵困难。故要求动力装置必须有良好的变工况和低速回转性能,有敏捷可靠的离合换向装置,使船体具有良好的机动性和低速操纵性。

流网渔船的要求

延绳钓渔船的要求类似。起放网要求以极低速航行。放网时,保持船向与网列成20°~30°夹角。要求动力装置具有长期倒车、低速运转、微速进退以及频繁离合的特性。为防止风向改变时船被漂上流网,最好能在船首部操纵船向。

渔船常用的各种动力装置

主要有以下几种。

柴油机直接传动定距桨

低速柴油机经离合器、推力轴承直接联接定螺距螺旋桨(简称定距桨);或用中速柴油机由齿轮箱减速后,再经推力轴承直接联结定距桨。一般减速齿轮箱附有离合器或倒顺车装置。用低速柴油机,体积、重量较中速机大,但传动效率较高;中速柴油机体积小、重量轻,但用减速齿轮箱将损失功率3%左右。两种推进系统见图1。其主要优点是简单可靠,造价低,维修方便,各种渔船均可使用。主要缺点是:①若考虑渔船的快速性,定距桨按自由航行工况设计,则用作拖网时,螺旋桨负荷增加,必须降低主机转速,因此不能充分发挥主机功率,拖力不能很大,这对增压式柴油机更为严重。②因柴油机的最低稳定转速一般至少为额定转速的30%左右,低速运转性能差,不能满足微速航行的要求。③倒顺操作时间长,船的操纵性较差。

图1 两种推进系统示意图

柴油机导流管桨 低速柴油机经离合器、推力轴承直接传动导流管螺旋桨(简称导管桨),或用中速柴油机经减速后传动导管桨导管桨是由环形机翼和螺旋桨组成的推进装置(见导管桨)。螺旋桨可用定距桨,也可用可调螺距螺旋桨(简称调距桨)。其推进系统见图2。其主要优点:由于水流经过机翼形导管,水流被加速,在导管上产生升力等可增加推力。导管桨的总推力等于螺旋桨推力与导管推力之和。一般可比同等功率的定距桨增加15%~30%的推力。在低速重负荷的拖网工况时,效果更为显著。因此,同等功率的动力装置,用导管桨可增加拖网拖力,或保持拖力相同,可用较小功率的柴油主机,以节约油耗,故最适合拖网渔船使用。主要缺点是对自由航行的航速稍有影响;固定导管的导管桨对船的回转操纵性能略有降低。常用转动导管以提高其操纵性。

图2 柴油机导管桨推进系统示意图

柴油机调距桨

整个系统除螺旋桨改用调距桨外,均与柴油机直接传动定距桨动力装置相同。对各种捕捞作业渔船,均极适用。其作用和主要优缺点见可调螺距螺旋桨

柴油机双速比或多速比减速齿轮箱

通常有两种速比,第一级速比将主机转速通过齿轮箱减速至自由航速所需的最佳转速,第二级速比则按拖网所需的最佳转速设计,使恒扭矩的柴油机通过齿轮箱的不同速比,获得不同的扭矩,以适应不同工况的需要。多速比装置可有三档前进减速比,一档后退速比。整个系统与中速机经减速齿轮箱直接联接定距桨的动力装置类同。其主要优点是:在使用定距桨的条件下,可在两种或多种工况下能充分发挥主机功率;能解决增压式柴油机在低转速时扭矩特性变坏的缺点。特别适用于采用中速机的中小功率拖网渔船。主要缺点是:与柴油机直接传动定距桨动力装置比,传动效率低5%左右;因增加变速齿轮箱等装置,造价较高;定距桨只有在某一设计速比时效率最高,其他速比时较差。

柴油机双机或多机单桨

通常以双机单桨较多,也有四机单桨的。以两台同型号同功率的柴油机,分别通过弹性联轴节经一减速齿轮箱并机,传动一定距桨或调距桨。齿轮箱还可设辅助输出轴,以拖动发电机或捕捞设备用的动力设备。其系统见图3。主要优点是:①双机并用可获得最大的自由航速。将一台柴油机与齿轮箱脱开,只用一台柴油机供部分负荷工况用,可按接近其额定功率的经济工况运行,故能较好地解决渔船部分负荷运行的经济性问题。②航行安全性好。一台主机发生故障,可以另一台主机获得相当全速3/4左右的航速安全返航。③若用调距桨还可提高部分负荷时的推进效率。主要缺点是机舱要有一定宽度;装置较复杂,造价较高;传动效率比柴油机直接联结螺旋桨的动力装置低5%左右;对于用定距桨的装置,操纵性和微速推进仍不能完全解决。

图3 柴油机单桨推进系统示意图

柴油机直接联接螺旋桨加主动舵

主动舵是在舵的后方,舵上嵌装一只由潜水电机驱动的小型导管螺旋桨的装置。有利于在低船速或停船时操纵船向,也可单独推进作微速航行。其主要优点是:低速时回转性和操纵性好,离靠岸非常方便;可以达到任意低航速;主动舵作横向推进,能满足抗漂流性能;渔船的生命力强,当主机发生故障时,可用主动舵航行回港。适用于流钓渔船,但采用的并不多。主要缺点是主动舵装置增加一定航行阻力;结构较复杂,设备及维修费较高。

父子式柴油机

两台功率一大一小的柴油机,通过倒顺减速齿轮箱并机,传动定距桨或调距桨。功率较小的子机,常在自由端通过离合器传动发电机或液压捕捞机械的液压泵。其主要优点是:①全套装置可提供三种不同功率(父机加子机、父机及子机)。可满足渔船航行工况多变的要求。②可解决拖网渔船自由航行和拖网时对所需功率不同的矛盾。③部分负荷时用子机发电或拖动捕捞机械。可充分利用主机功率,提高动力装置效率。④渔船航行安全性好。任一台柴油机损坏,均可安全返航。适用于大中型拖网渔船。主要缺点是需齿轮箱、弹性联轴节等,设备较复杂,造价高;要求机舱有一定宽度;传动损失5%~10%;用定距桨时,螺旋桨在非设计工况时效率较低,故使用不多。

父柴油机子电动机

在父柴油机和推进轴之间的中间轴上加装一只既可作发电机,又可作电动机的电机,功率为父柴油机的1/3~1/2。当父柴油机有多余功率时,可借以发电;当父柴油机功率不够时,开动副机发电,供子电动机电力以增加父机功率;也可脱开父机以主电机单独推进。主要优点同父子式柴油机动力装置,但传动装置较简单,机舱宽度不必很宽。主要缺点是用定距桨时,螺旋桨在非设计工况时效率较低。适用于中型拖网渔船

柴油机电力推进

由柴油机发电机组和推进电机组成。以一组或多组发电机组,将电力供给传动螺旋桨的推进电机,交直流电都可用。交流电力推进装置,虽然结构简单,运转可靠,效率较高,但操纵性比直流装置差。所以1500千瓦以内的装置,采用直流电较多。主要优点是:①可通过选择发电机组的数量及其功率,适应渔船各种工况的需要。以全面地解决渔船运行工况多变、操纵性要好、能微速推进以及动力装置全部功率的充分利用和部分负荷的经济性等问题。②螺旋桨的变速、倒顺车和停车,仅需控制推进电动机即能迅速地实现。③能较好地解决捕捞机械和制冷装置所需的动力。④在采用定距桨的条件下,可将推进电动机的特性曲线设计成不论在自由航行或拖网作业时,螺旋桨都能吸收全功率,以增加拖力。⑤可在海上维修停用的柴油机发电机组。必要时可用一组发电机组推进,降低航速返航,故机动性大,安全性好。⑥机舱和推进电机舱可以分开布置,减少轴系长度,有利于舱室的合理布置。适应于大型渔船和冷藏加工渔船,可以充分利用动力装置的功率,减少电站装机量。主要缺点是经两次能量转换,传动效率仅80%~85%,比柴油机直接推进差12%~18%,同样推进功率所需动力装置功率较大,油耗也高;因需发电机组、推进电机和控制设备等,造价和维护保养费用较高。

上述各种动力装置中,拖网渔船以采用调距桨、导管桨和双速或多速变速齿轮箱动力装置较多。流钓渔船多采用柴油机调距桨动力装置。围网渔船除用柴油机直接传动定距桨动力装置外,常加用侧推装置(见侧推装置)。其中调距桨因在各种不同工况均能发挥主机功率,并能获得最佳推进效率,又有微速航行、操纵性好等优点,对各种渔船均较适用,故有很大发展前途。

渔船柴油机的发展趋势

主要有以下几个方面:①为了减少柴油机的体积、重量,增大功率和降低油耗,大、中功率的渔船柴油机已普遍使用增压式柴油机。②随着中速柴油机的发展,其燃用劣质重油的经济性、可靠性和使用寿命,已接近低速柴油机的技术性能指标,故广为大中功率的渔船采用。147千瓦以下的小功率渔船柴油机,仍以用高速机为多。③竞相发展节能型渔船柴油机。主要从增加行程缸径比;降低发动机转速,提高螺旋桨推进效率;改进燃油系统,提高燃油喷射压力;提高增压器效率,改善增压系统;改善低负荷性能;减少摩擦功,提高经济效率等,进一步降低油耗,提高其经济性。④重视柴油机余热的回收利用。除广泛利用排气热能外,还利用冷却气缸和增压器的热能。⑤采用各种新结构、新工艺、新材料以及电子监控装置等。不断提高柴油机的可靠性和寿命。⑥新机型的研制周期大大缩短。低速机只1~2年,中速机为2~3年。