【科普】船舶轴带发电机

船舶轴带发电机系统简称轴发系统或轴机系统，是由主机驱动船舶发电机，利用主机富裕功率达到节能的目的。在70年代初，中东石油危机后得到迅速发展。采用主机轴带发电，早在直流电制时代各国在中小型船舶上就已应用。随着电力电子技术的发展，轴带发电装置作为节约运行费用及改善机舱管理运行条件的有效手段，以其特有的优越性引起了各国造船界和航运界的重视。

一、 主机轴带发电机的应用 

船舶在选用主柴油机时，要考虑海况、船况、柴油机安全等功率储备。该储备须达到额定功率的10％～15％。如果船舶航行于平静的海面，并且船舶出厂不久或坞修之后，这时海况及船况良好，主柴油机就有较大的功率储备没有得到充分利用。另外，主柴油机大都在部分负荷下运行，而在低于75％～85％额定功率的低负荷下运行时，其经济性将下降。如果利用轴带发电机，可以使主机长时间在较高负荷下运行，从而具有良好的经济性。对于货船，一般来说其电站功率为主机额定功率的5％左右，轴带发电机完全能满足船舶正常航行的电力需要。主机轴带发电机因其良好的经济性而得到广泛应用。 

二、主机轴带发电机的优越性 

1、降低了燃油消耗量

通常船舶主机的功率都有10%以上的裕量，而船舶上所安装的发电机容量却不会超过这个数值，并且主机效率也比常规的柴油辅机发电机高，因此理所当然的优先考虑轴带发电机。燃油耗费大约占船舶营运费的53%左右，燃油的节约立即显示出巨大的经济效益。

2、减少了昂贵的轻柴油消耗

船舶主机一般都采用价格较低的重油，而柴油发电机大多使用轻柴油作燃料，轻柴油要比重油贵2倍以上，使用轴发后，使轻柴油的用量大为减少。

3、降低了维修费用和延长了维修周期

船舶在海上航行时，由轴带发电机供给全船所需电能，仅在停泊或在复杂航道中才需要辅助发电机组投入运行，轴发的维修工作量要比辅助柴油发电机组要少得多，维修周期又长得多，使船舶的运行管理得到了简化。

4、改善了工作环境和条件

装有轴发装置的船舶能配备较小容量的辅机，有利于扩大机舱的空间、降低机舱温度并减少了机舱的噪声。

5、减少滑油消耗

船舶在航行中不使用辅柴油发电机组，减少其消耗的滑油。

6、有利于机舱布置

由于辅助柴油发电机组总工作时间缩短，故可以选用较高速的柴油发电机组；使用轴带发电机时，往往会减少一台辅机，故节省了占用机舱空间。

三、主机轴带发电机的型式 

随着船电交流化，在国内外商船上，已很少见到使用直流电制的船舶，因此在研究轴发分类时，一般不包括直流轴发。交流船舶，根据主机的种类，轴带发电机有两大类型：

1、变螺距螺旋桨（CPP）船舶的轴带发电机 

主机驱动变距桨，无论船舶是机动航行还是正常航行，主机的转速和转向可保持不变，轴带发电机转速也保持恒定，因此可以采用一般的船用交流发电机组。但是在轴带发电机和主轴之间需采用中间传动机构，以提高轴带发电机的转速，使发电机体积不致太大。 

2、定螺距螺旋桨（FPP）船舶的轴带发电机 

推进器为定距桨时，船速是通过改变主机转速来控制的。在这种情况下，要获得频率恒定的交流电源，就必须设置带有转速或频率补尝的轴带发电机。当前，经常采用的是转速补偿装置和频率补偿装置。 

采用转速补偿装置是将轴带发电机发出的频率可变的交流电，经可控硅整流后向直流电动机供电，由直流电动机拖动另一台三相交流同步发电机发电，经自动电压调节器调节后，向电网提供电压、频率恒定的交流电。控制系统根据三相同步发电机的转速与给定转速的偏差来调节可控硅整流装置的控制角，从而调节直流电动机的输入电压，保证其转速的恒定。 

采用频率补偿装置（又称变频器）的交流轴带发电机系统，在现代船舶上应用最为广泛。轴带发电机的有效转速范围可根据船舶运行控制的具体情况进行设定。变频器中设有三相逆变器，通过调节轴带发电机的励磁来实现调频。若主机负载增加和转速下降致使电网频率过低，则发电机的励磁增加，从而能在恒定电压下输出更大的有功电流。向电网输出的有功功率的增加会使频率上升，直至功率输出和消耗平衡，该平衡点取决于系统整定值；相反，若电网频率过高，励磁下降，发电机在恒定电压下输出的有功电流减少，电网频率亦会随之下降。 

四、 轴带发电机的布置形式

轴带发电机可以布置在柴油机自由端或是齿轮端，采用传动齿轮进行传动。轴带发电机除了作为发电机外，有的船舶紧急情况下还可作为电动机。由于油船泄漏引起的后果十分严重，为防止船舶因主推进机失效而引起油品泄漏的严重污染，现代船舶采用动力装置冗余配置。其中最常见的方式是利用轴带发电机，在主推进装置失效时，将主机与齿轮箱脱开，轴带发电机作为电动机，以柴油发电机的电力带动螺旋桨实现船舶应急推进（Take Home System）。  

五、轴带发电机运行中存在的问题

船舶在整个运输过程中，必然会遇到移泊、紧急停车和紧急倒车等情况。这些涉及到轴带发电机和辅助柴油发电机带电转换和并联运行问题。 

船舶在进出港口和靠离码头时，一般都不使用轴带发电机，而是使用辅助柴油机。轴带发电机要与辅助柴油机长期并联运行，要求轴带发电机系统中的频率变换器的控制电路具有与调速器相同的特性，因此在选用轴带发电机组时，一般不考虑连续并联运行的要求。于是，船舶在航行中需临时停车，或在进出港时，须考虑与辅助柴油发电机组进行带电转换。带电转换必须在主机额定转速的60％～110％的范围内方可进行。主机在紧急停车和紧急倒车时，可以采用两种转换方法：一种是主机转速降到60％以下，采用失电转换；另一种是主机转速维持在额定转速60％，带电转换后再急剧降低主机转速。若来不及带电转换就要求主机停车，此时只能使用应急电源。