特种船用推进系统现状及发展趋势
2014-07-17 17:25 | 国际船舶网 船配市场
随着港口作业用船、勘探船、海洋工程船、调查船、多用途拖轮、高速客滚船和军用舰船的增加,特种推进器的装船率逐步提高。特种船用推进系统是整个船的核心部分,在为船舶提供动力的同时,还关系到船舶的运行稳定性、安全性、节能、经济等因素。
特种船用推进系统集成了包括桨叶、桨毂、轴系等在内的机械系统以及包括电子遥控、操作台等在内的电控系统,可用于各种类型船舰,尤其是特种用途船舰,为船舰提供更灵活、更节能的推进动力来源。目前,特种船用推进系统主要主推可调螺距螺旋桨、全回转舵桨、侧向可调螺距推进器、电力推进器和喷水式推进器等。与传统的船用推进系统相比,特种船用推进器能够增强船舰的可操控性,便于船舰在水上按特定轨迹航行,为特种船舰实现特种用途提供推进动力保障。
特种船用推进系统分类及概述
主推可调螺距螺旋桨
主推可调螺距螺旋桨由桨叶、桨毂机构、配油器、液压系统及电子遥控系统等五大部件或系统组成。其中,桨叶不固定在桨毂上,围绕垂直于桨轴的轴线转动。利用桨毂内的操纵机构转动桨叶,改变螺距角,从而改变推力的大小和方向,以适应舰艇前进、后退、停止和变速等要求,如下图所示。
全回转舵桨
全回转舵桨是以桨舵合一的方式代替传统的桨、舵组合系统的推进方式,利用舵桨本体在绕垂直轴线360°任意方向回转,可使船舶获得全方位的最大推力和转向效果。
侧向推进系统
侧向推进器通常装在船艏和船尾,提供横向推力以实现船舶的转向和横向移动,在船速慢、主舵转向效果低时可保证船舶依然有良好的操纵性,也可提供推力,辅助船舶定位,特别是在狭窄的港湾内,能使船舶离靠岸快捷灵活。
船用电力推进系统
船舶电力推进系统是高技术、模块化的系统,整套系统通常包含主电站、变流电站、停泊电站、高压变频器、吊舱式电力推进器和艏侧推力器以及以局域网构成的系统控制监测网络等大模块。吊舱式电力推进器采用螺旋桨和推进电机共轴的设计,两者之间没有任何其他传动环节,结构简单紧凑。它使用灵活,可以在船舶试航前安装,甚至可以在海上进行装卸。与传统的船舶推进器相比,吊舱式电力推进器具有推进效率高、节省舱容并简化安装、空间配置灵活方便、噪音低、振动小等有点。
喷水式推进系统
喷水式推进系统的工作原理是产生高压高速水流,通过喷头喷射而出,使舰船获得强大的反冲动力,并通过调向阀门的阀轴转动改变出水方向,从而使舰船或前进、或转向、或倒退,达到调向目的。具有操纵简便灵活、噪音小等优点,适应浅吃水航行,在湖泊、浅滩等区域有非常广泛的应用。图示为瓦锡兰研制的喷水式推进器。
特种船用推进系统发展现状
国家产业政策
国家近年来陆续出台了多项政策文件,大力支持特种船用推进系统的发展,如《船舶工业中长期发展规划》,《船舶工业调整和振兴规划》,《产业结构调整指导目录(2011年本)》,《“十二五”产业技术创新规划》,《船舶工业“十二五”发展规划》,《工业转型升级规划(2011—2015年)》等。
所处行业位置
船舶工业可细分为船舶总装业、船舶配套业和船舶修理拆解业。特种船用推进系统是归属于船舶配套业中的一个细分行业,其具体结构关系如下图所示:
特种船用推进器的市场格局
特种船用推进器行业的生产企业主要可分为如下六类:
国外主要生产企业
从全球船用推进系统技术发展情况看,目前,欧洲、美国、日本等国家及地区在技术研发、设计上占有领先和垄断地位,主要船用推进系统生产商有芬兰瓦锡兰、德国MAN、德国肖特尔、日本川崎重工、挪威BRUNVOLL、德国ZF、英国Rolls-Royce(罗罗)和BERG,其技术领先,大功率特种推进系统技术成熟,占据绝大部分场份额。
国外船用推进器厂商分为三类:第一类是专业生产船用推进器的厂商;第二类是具备船舶相关设备生产能力,做系统集成商;第三类是拥有机械制造背景的综合类厂商,涉及推进器制造领域。
国内主要生产企业
随着船舶制造业逐步向着中日韩等亚洲地区的转移,船用推进系统的制造已基本转移至中、日、韩三国。
从技术上看,国外企业船用推进器技术领先中国至少20年以上。国内船用推进技术主要从70年代,国内船用推进系统在技术研发上基本上经历路线是引进、消化吸收,自主创新。但是,因我国基础研究薄弱,制造水平较发达国家仍相对较低,在系统的结构优化、自动化、可靠性、效率及整个系统的整合方面,都需进一步提高;其次,由于大功率推进器的技术含量高,研制难度大,代表产品高端水平,但部件配套还有技术制约,且未能形成系列化。从国内厂商引进技术许可方式生产的产品与国外产品比较来看,大功率、高技术含量、高附加值的产品仍然处于技术限制阶段。为此,我国绝大多数船用推进器生产企业实际上是全球中低端船舶特种推进器代工厂,在竞争中处于不利地位。国内所有涉及船用推进器厂商也分为三类:第一类是专业的船用推进器生产厂商,第二类是船舶配套业生产商,第三类是从产业链其他环节介入到船用推进器领域。
行业壁垒
特种船用推进器行业是典型的资金、技术密集型行业,市场进入壁垒较高,新进入者及一般参与竞争企业较难获得市场及竞争地位。由行业为其下游船舶制造客户实施多为定制化的配套服务,经过长期的协作和磨合,逐渐建立更稳固的动态联盟或战略合作关系,因此本行业的配套技术和生产特点决定了下游客户具有较强的持续性和稳定性,一般不会发生重大调整。目前,进入行业的主要壁垒包括:资质认证壁垒、技术与定制化生产经验壁垒、人才壁垒、资金壁垒和客户壁垒等。
特种船用推进系统发展趋势
节能环保、动力系统集成化已成为特种船用推进器的主要发展趋势,而在高速船领域,传统的螺旋桨推进效率受速度影响较大,电力推进器和喷水推进将是推进系统的新趋势。
节能环保
从环境保护方面考虑,目前常用的船用柴油机推进装置会在使用过程中排放出氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx),它们都会对大气造成污染,属于IMO和ISO有强制限制规定标准要求的物质。因此,船用推进系统厂商会通过改进推进系统,实现简化动力推进系统、降低能耗等目标,最终达到节能环保的要求。
动力系统集成化
行业内罗·罗、瓦锡兰等巨头已经在向这个方向发展,将动力系统与推进系统集成在一起,为客户提供一站式服务。动力系统集成化的优势在于各组件质量更可控、动力与推进系统匹配性更好、装船维修服务更便利,这些优势都有助于企业在行业竞争中取得有利地位。
混合动力系统
混合动力系统主要包括柴-电推进系统、柴-燃推进系统、柴-电/燃气轮机推进系统等,主要用于军用船舶。然而,近几年来商用船舶也逐渐开始采用混合动力系统。目前,最简单的混合动力系统是在常规柴油机动力系统的基础上,采用轴带发电机和可调桨配置。主推进柴油机故障停车的情况下,轴带发电机作为电动机驱动螺旋桨低速航行,该系统目前越来越多地运用在单机单桨系统的船舶,如集装箱、多用途货船和化学品船等商用船舶上,从而大大提高了系统的可靠性。目前最先进的混合动力系统一般运用在多工况工程船上,如Ustein 集团建造的多用途海洋工程船“奥利匹克赫拉”号交付船东,该船既可由柴油机直接推进,也可由柴-电推进系统提供动力。
结语
上文分析了特种船用动力系统的现状和发展趋势,主要对主推可调螺距螺旋桨、全回转舵桨、侧向可调螺距推进器、电力推进器和喷水式推进器等特种船用动力系统的功能及特点进行了介绍。特种船舶的快速发展必然给特种船用推进系统带来广阔的市场前景。
(作者:国海证券股份有限公司 王泽洋)