漁船動力裝置

漁船動力裝置是指漁船推進(jìn)系統(tǒng)、通用設(shè)備、船內(nèi)動力裝置和輔助設(shè)備的總稱。推進(jìn)系統(tǒng)主要包括作為漁船動力的主機(jī)、軸系和推進(jìn)裝置等，是漁船動力裝置的主體；通用設(shè)備包括燃油、潤滑油、冷卻水、起動空氣、排氣等各個系統(tǒng)；船內(nèi)動力裝置主要是發(fā)電機(jī)組、電動機(jī)、照明等；輔助設(shè)備是供水、供熱、供氣等輔助系統(tǒng)，與一般船舶相同。

1865年，歐洲首先使用蒸汽機(jī)作為漁船的動力。1895年，發(fā)明柴油機(jī)后，20世紀(jì)初漁船開始以柴油機(jī)為動力。由于柴油機(jī)具有體積小、重量輕、熱效率高、機(jī)動性好等優(yōu)點(diǎn)，至80年代，柴油機(jī)作為動力的漁船已占絕對優(yōu)勢。

除和一般船用柴油機(jī)一樣要求油耗省、能燃用劣質(zhì)重油、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便等外，還有如下特殊要求：①柴油機(jī)自由端能輸出較大功率。為了充分發(fā)揮其效能，減少輔機(jī)，簡化機(jī)艙內(nèi)動力設(shè)備，節(jié)約油耗等，在柴油機(jī)自由端常需傳動起網(wǎng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、艙底泵等，其所需功率占額定功率的40%以上。②特別強(qiáng)調(diào)性能與結(jié)構(gòu)可靠耐用，能在漁船上維修。③航行中，動力裝置常處于部分負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此柴油機(jī)既要在額定工況下，又應(yīng)在部分負(fù)荷時力求有較低的油耗。油耗曲線從全負(fù)荷到1/2負(fù)荷，應(yīng)盡量平坦。④應(yīng)適應(yīng)工況變化頻繁和短時超負(fù)荷運(yùn)行的特點(diǎn)，特別是增壓式柴油機(jī)更應(yīng)解決增壓器不能適應(yīng)多變工況的矛盾；還必須裝有離合器，在柴油機(jī)惰速運(yùn)轉(zhuǎn)時，可脫開推進(jìn)軸，使推進(jìn)器停止轉(zhuǎn)動，以免起網(wǎng)時螺旋槳纏繞繩網(wǎng)。

不同作業(yè)的漁船，對動力裝置有不同的要求。

拖網(wǎng)漁船的要求

拖網(wǎng)漁船作業(yè)時，運(yùn)行工況變化頻繁。在往返漁場時要全速航行，在拖網(wǎng)時航速不高但拖力要大，這就要求動力裝置能解決柴油機(jī)不能超扭矩運(yùn)轉(zhuǎn)，而拖網(wǎng)時又要增大扭矩增加拖力的矛盾。在捕撈作業(yè)時，通常有60%～70%的時間主機(jī)處于部分負(fù)荷，為了充分利用主機(jī)功率，常以主機(jī)的剩余功率供給發(fā)電機(jī)、拖網(wǎng)絞機(jī)或制冷機(jī)等，這就要求動力裝置能解決作業(yè)工況變化時機(jī)器轉(zhuǎn)速也隨之變化的矛盾。

圍網(wǎng)漁船的要求

要有較大的主機(jī)功率，能高速追捕魚群；又要回轉(zhuǎn)敏捷，操縱靈活，以最小的網(wǎng)圈快速合圍。起網(wǎng)時要勝任頻繁的倒車和變速，能微速頂住風(fēng)浪，順利地進(jìn)行起網(wǎng)起魚操作。大風(fēng)浪時收絞括綱或起網(wǎng)，能使船體避開網(wǎng)身，以免損壞圍網(wǎng)，要求動力裝置的操縱性好，并能側(cè)向推進(jìn)。

延繩釣漁船的要求

往返漁場時，要求高速航行；放釣時，航速約8節(jié)；巡釣時4～8節(jié)。在巡釣、起魚作業(yè)或發(fā)生亂繩、沉繩等情況下，能進(jìn)行頻繁的停車、倒車和調(diào)整船速等操作。在船首起釣時，要與釣線保持30°的角度，并以低速前進(jìn)，但釣線長達(dá)100多千米，在海中呈不規(guī)則狀，加之受風(fēng)、流等影響，在低速時舵效很差，操縱困難。故要求動力裝置必須有良好的變工況和低速回轉(zhuǎn)性能，有敏捷可靠的離合換向裝置，使船體具有良好的機(jī)動性和低速操縱性。

流網(wǎng)漁船的要求

與延繩釣漁船的要求類似。起放網(wǎng)要求以極低速航行。放網(wǎng)時，保持船向與網(wǎng)列成20°～30°夾角。要求動力裝置具有長期倒車、低速運(yùn)轉(zhuǎn)、微速進(jìn)退以及頻繁離合的特性。為防止風(fēng)向改變時船被漂上流網(wǎng)，最好能在船首部操縱船向。

主要有以下幾種。

柴油機(jī)直接傳動定距槳

低速柴油機(jī)經(jīng)離合器、推力軸承直接聯(lián)接定螺距螺旋槳（簡稱定距槳）；或用中速柴油機(jī)由齒輪箱減速后，再經(jīng)推力軸承直接聯(lián)結(jié)定距槳。一般減速齒輪箱附有離合器或倒順車裝置。用低速柴油機(jī)，體積、重量較中速機(jī)大，但傳動效率較高；中速柴油機(jī)體積小、重量輕，但用減速齒輪箱將損失功率3%左右。兩種推進(jìn)系統(tǒng)見圖1。其主要優(yōu)點(diǎn)是簡單可靠，造價(jià)低，維修方便，各種漁船均可使用。主要缺點(diǎn)是：①若考慮漁船的快速性，定距槳按自由航行工況設(shè)計(jì)，則用作拖網(wǎng)時，螺旋槳負(fù)荷增加，必須降低主機(jī)轉(zhuǎn)速，因此不能充分發(fā)揮主機(jī)功率，拖力不能很大，這對增壓式柴油機(jī)更為嚴(yán)重。②因柴油機(jī)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速一般至少為額定轉(zhuǎn)速的30%左右，低速運(yùn)轉(zhuǎn)性能差，不能滿足微速航行的要求。③倒順操作時間長，船的操縱性較差。

圖1 兩種推進(jìn)系統(tǒng)示意圖

柴油機(jī)導(dǎo)流管槳 低速柴油機(jī)經(jīng)離合器、推力軸承直接傳動導(dǎo)流管螺旋槳（簡稱導(dǎo)管槳），或用中速柴油機(jī)經(jīng)減速后傳動導(dǎo)管槳。導(dǎo)管槳是由環(huán)形機(jī)翼和螺旋槳組成的推進(jìn)裝置（見導(dǎo)管槳）。螺旋槳可用定距槳，也可用可調(diào)螺距螺旋槳（簡稱調(diào)距槳）。其推進(jìn)系統(tǒng)見圖2。其主要優(yōu)點(diǎn)：由于水流經(jīng)過機(jī)翼形導(dǎo)管，水流被加速，在導(dǎo)管上產(chǎn)生升力等可增加推力。導(dǎo)管槳的總推力等于螺旋槳推力與導(dǎo)管推力之和。一般可比同等功率的定距槳增加15%～30%的推力。在低速重負(fù)荷的拖網(wǎng)工況時，效果更為顯著。因此，同等功率的動力裝置，用導(dǎo)管槳可增加拖網(wǎng)拖力，或保持拖力相同，可用較小功率的柴油主機(jī)，以節(jié)約油耗，故最適合拖網(wǎng)漁船使用。主要缺點(diǎn)是對自由航行的航速稍有影響；固定導(dǎo)管的導(dǎo)管槳對船的回轉(zhuǎn)操縱性能略有降低。常用轉(zhuǎn)動導(dǎo)管以提高其操縱性。

圖2 柴油機(jī)導(dǎo)管槳推進(jìn)系統(tǒng)示意圖

整個系統(tǒng)除螺旋槳改用調(diào)距槳外，均與柴油機(jī)直接傳動定距槳動力裝置相同。對各種捕撈作業(yè)漁船，均極適用。其作用和主要優(yōu)缺點(diǎn)見可調(diào)螺距螺旋槳。

通常有兩種速比，第一級速比將主機(jī)轉(zhuǎn)速通過齒輪箱減速至自由航速所需的最佳轉(zhuǎn)速，第二級速比則按拖網(wǎng)所需的最佳轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)，使恒扭矩的柴油機(jī)通過齒輪箱的不同速比，獲得不同的扭矩，以適應(yīng)不同工況的需要。多速比裝置可有三檔前進(jìn)減速比，一檔后退速比。整個系統(tǒng)與中速機(jī)經(jīng)減速齒輪箱直接聯(lián)接定距槳的動力裝置類同。其主要優(yōu)點(diǎn)是：在使用定距槳的條件下，可在兩種或多種工況下能充分發(fā)揮主機(jī)功率；能解決增壓式柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速時扭矩特性變壞的缺點(diǎn)。特別適用于采用中速機(jī)的中小功率拖網(wǎng)漁船。主要缺點(diǎn)是：與柴油機(jī)直接傳動定距槳動力裝置比，傳動效率低5%左右；因增加變速齒輪箱等裝置，造價(jià)較高；定距槳只有在某一設(shè)計(jì)速比時效率最高，其他速比時較差。

通常以雙機(jī)單槳較多，也有四機(jī)單槳的。以兩臺同型號同功率的柴油機(jī)，分別通過彈性聯(lián)軸節(jié)經(jīng)一減速齒輪箱并機(jī)，傳動一定距槳或調(diào)距槳。齒輪箱還可設(shè)輔助輸出軸，以拖動發(fā)電機(jī)或捕撈設(shè)備用的動力設(shè)備。其系統(tǒng)見圖3。主要優(yōu)點(diǎn)是：①雙機(jī)并用可獲得最大的自由航速。將一臺柴油機(jī)與齒輪箱脫開，只用一臺柴油機(jī)供部分負(fù)荷工況用，可按接近其額定功率的經(jīng)濟(jì)工況運(yùn)行，故能較好地解決漁船部分負(fù)荷運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性問題。②航行安全性好。一臺主機(jī)發(fā)生故障，可以另一臺主機(jī)獲得相當(dāng)全速3/4左右的航速安全返航。③若用調(diào)距槳還可提高部分負(fù)荷時的推進(jìn)效率。主要缺點(diǎn)是機(jī)艙要有一定寬度；裝置較復(fù)雜，造價(jià)較高；傳動效率比柴油機(jī)直接聯(lián)結(jié)螺旋槳的動力裝置低5%左右；對于用定距槳的裝置，操縱性和微速推進(jìn)仍不能完全解決。

圖3 柴油機(jī)單槳推進(jìn)系統(tǒng)示意圖

主動舵是在舵的后方，舵上嵌裝一只由潛水電機(jī)驅(qū)動的小型導(dǎo)管螺旋槳的裝置。有利于在低船速或停船時操縱船向，也可單獨(dú)推進(jìn)作微速航行。其主要優(yōu)點(diǎn)是：低速時回轉(zhuǎn)性和操縱性好，離靠岸非常方便；可以達(dá)到任意低航速；主動舵作橫向推進(jìn)，能滿足抗漂流性能；漁船的生命力強(qiáng)，當(dāng)主機(jī)發(fā)生故障時，可用主動舵航行回港。適用于流釣漁船，但采用的并不多。主要缺點(diǎn)是主動舵裝置增加一定航行阻力；結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，設(shè)備及維修費(fèi)較高。

兩臺功率一大一小的柴油機(jī)，通過倒順減速齒輪箱并機(jī)，傳動定距槳或調(diào)距槳。功率較小的子機(jī)，常在自由端通過離合器傳動發(fā)電機(jī)或液壓捕撈機(jī)械的液壓泵。其主要優(yōu)點(diǎn)是：①全套裝置可提供三種不同功率（父機(jī)加子機(jī)、父機(jī)及子機(jī)）。可滿足漁船航行工況多變的要求。②可解決拖網(wǎng)漁船自由航行和拖網(wǎng)時對所需功率不同的矛盾。③部分負(fù)荷時用子機(jī)發(fā)電或拖動捕撈機(jī)械。可充分利用主機(jī)功率，提高動力裝置效率。④漁船航行安全性好。任一臺柴油機(jī)損壞，均可安全返航。適用于大中型拖網(wǎng)漁船。主要缺點(diǎn)是需齒輪箱、彈性聯(lián)軸節(jié)等，設(shè)備較復(fù)雜，造價(jià)高；要求機(jī)艙有一定寬度；傳動損失5%～10%；用定距槳時，螺旋槳在非設(shè)計(jì)工況時效率較低，故使用不多。

在父柴油機(jī)和推進(jìn)軸之間的中間軸上加裝一只既可作發(fā)電機(jī)，又可作電動機(jī)的電機(jī)，功率為父柴油機(jī)的1/3～1/2。當(dāng)父柴油機(jī)有多余功率時，可借以發(fā)電；當(dāng)父柴油機(jī)功率不夠時，開動副機(jī)發(fā)電，供子電動機(jī)電力以增加父機(jī)功率；也可脫開父機(jī)以主電機(jī)單獨(dú)推進(jìn)。主要優(yōu)點(diǎn)同父子式柴油機(jī)動力裝置，但傳動裝置較簡單，機(jī)艙寬度不必很寬。主要缺點(diǎn)是用定距槳時，螺旋槳在非設(shè)計(jì)工況時效率較低。適用于中型拖網(wǎng)漁船。

由柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組和推進(jìn)電機(jī)組成。以一組或多組發(fā)電機(jī)組，將電力供給傳動螺旋槳的推進(jìn)電機(jī)，交直流電都可用。交流電力推進(jìn)裝置，雖然結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，效率較高，但操縱性比直流裝置差。所以1500千瓦以內(nèi)的裝置，采用直流電較多。主要優(yōu)點(diǎn)是：①可通過選擇發(fā)電機(jī)組的數(shù)量及其功率，適應(yīng)漁船各種工況的需要。以全面地解決漁船運(yùn)行工況多變、操縱性要好、能微速推進(jìn)以及動力裝置全部功率的充分利用和部分負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性等問題。②螺旋槳的變速、倒順車和停車，僅需控制推進(jìn)電動機(jī)即能迅速地實(shí)現(xiàn)。③能較好地解決捕撈機(jī)械和制冷裝置所需的動力。④在采用定距槳的條件下，可將推進(jìn)電動機(jī)的特性曲線設(shè)計(jì)成不論在自由航行或拖網(wǎng)作業(yè)時，螺旋槳都能吸收全功率，以增加拖力。⑤可在海上維修停用的柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組。必要時可用一組發(fā)電機(jī)組推進(jìn)，降低航速返航，故機(jī)動性大，安全性好。⑥機(jī)艙和推進(jìn)電機(jī)艙可以分開布置，減少軸系長度，有利于艙室的合理布置。適應(yīng)于大型漁船和冷藏加工漁船，可以充分利用動力裝置的功率，減少電站裝機(jī)量。主要缺點(diǎn)是經(jīng)兩次能量轉(zhuǎn)換，傳動效率僅80%～85%，比柴油機(jī)直接推進(jìn)差12%～18%，同樣推進(jìn)功率所需動力裝置功率較大，油耗也高；因需發(fā)電機(jī)組、推進(jìn)電機(jī)和控制設(shè)備等，造價(jià)和維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用較高。

上述各種動力裝置中，拖網(wǎng)漁船以采用調(diào)距槳、導(dǎo)管槳和雙速或多速變速齒輪箱動力裝置較多。流釣漁船多采用柴油機(jī)調(diào)距槳動力裝置。圍網(wǎng)漁船除用柴油機(jī)直接傳動定距槳動力裝置外，常加用側(cè)推裝置（見側(cè)推裝置）。其中調(diào)距槳因在各種不同工況均能發(fā)揮主機(jī)功率，并能獲得最佳推進(jìn)效率，又有微速航行、操縱性好等優(yōu)點(diǎn)，對各種漁船均較適用，故有很大發(fā)展前途。

主要有以下幾個方面：①為了減少柴油機(jī)的體積、重量，增大功率和降低油耗，大、中功率的漁船柴油機(jī)已普遍使用增壓式柴油機(jī)。②隨著中速柴油機(jī)的發(fā)展，其燃用劣質(zhì)重油的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和使用壽命，已接近低速柴油機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)，故廣為大中功率的漁船采用。147千瓦以下的小功率漁船柴油機(jī)，仍以用高速機(jī)為多。③競相發(fā)展節(jié)能型漁船柴油機(jī)。主要從增加行程缸徑比；降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，提高螺旋槳推進(jìn)效率；改進(jìn)燃油系統(tǒng)，提高燃油噴射壓力；提高增壓器效率，改善增壓系統(tǒng)；改善低負(fù)荷性能；減少摩擦功，提高經(jīng)濟(jì)效率等，進(jìn)一步降低油耗，提高其經(jīng)濟(jì)性。④重視柴油機(jī)余熱的回收利用。除廣泛利用排氣熱能外，還利用冷卻氣缸和增壓器的熱能。⑤采用各種新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料以及電子監(jiān)控裝置等。不斷提高柴油機(jī)的可靠性和壽命。⑥新機(jī)型的研制周期大大縮短。低速機(jī)只1～2年，中速機(jī)為2～3年。