海洋工程船舶推进电动机要求分析

蔡钿



海洋工程船舶推进电动机要求分析

蔡钿

(中海油田服务股份有限公司，北京 101149 )

采用综合电力推进系统已成为船舶推进发展的趋势，推进电动机为综合电力推进系统重要设备之一，其性能的好坏直接影响整个船舶的性能。本文通过对海洋工程船舶推进电动机的基本要求和规范要求进行分析，为推进电动机的设计、制造提供参考。

综合电力推进系统 推进电动机 规范

0 引言

船舶综合电力推进系统具有布置方便、噪声低、节能、环保、安全、高效、高可靠、高智能、高效率、低维护、操纵灵活、易于实现自动控制等优点，已成为国内外新建船舶推进方式的首选。同时为了保证船舶行业又快又好迅速健康发展，国家工信部制订了《船舶工业中长期发展规划（2006～2015）》、《船舶工业调整和振兴规划》、《船舶工业“十二五”发展规划》等指导性文件，特别在《船舶工业“十二五”发展规划》的“船舶配套业重点产品及技术”专栏中将“电力推进装置”列为了重点产品，将“船舶推进系统、船舶供电系统等集成技术”列为了关键技术，“大功率综合电力推进系统及关键设备”列为了重大创新项目。而推进电动机为船舶综合电力推进系统重要设备之一，为整个船舶提供推进动力，其性能的好坏直接影响船舶的生命力和可靠性。

因此有必要对海洋工程船舶推进电动机的要求进行分析，指导推进电动机的设计、制造和试验。

1 海洋工程船舶推进电动机基本要求

推进电动机作为海洋工程船舶的推进动力，与一般电机不同。首先，它要考虑船舶的使用环境条件如潮湿、盐雾、霉菌、横倾、纵倾、横摇、纵摇等；还要考虑舱室内的布置等要求。

船舶推进电动机的发展趋势是高转矩密度、低振动噪声、高可靠性。现分别叙述如下：

1) 高转矩密度

船舶推进电动机要求重量轻、体积小等特点，而推进电动机的体积、重量由下式决定：

DlP/n/B/A

式中：-电机定子外径 l-铁心长;-功率/转速=转矩;B-磁负荷;-线负荷。

可以看出转矩一定的情况下，提高磁负荷和线负荷，有效的降低电机的体积和重量，但不可无限的提高磁负荷和线负荷，会带来电机振动和发热的问题，这需通过对电机结构应力场分析和电机冷却温度场分析综合考虑。一般，磁负荷不超过10000高斯；线负荷和电密决定了热负荷，即电机的发热水平，合理布置电机内部的风道（增加挡风板和道风板，降低风阻）空水冷却电机功率2000 kW，热负荷可取到3500 A2/mm2cm，而常规电机不采用优化风道，热负荷只能取为2000 A2/mm2cm。

2）低振动噪声

推进电动机的噪声的大小直接影响船舶的安静性和舒适性，其来源于三个方面：电磁噪声、通风噪声和结构噪声。气隙磁密的大小和槽配合的好坏决定了电磁噪声，特别是重点考虑槽配合；选用低噪声风机电动机和叶轮，通过冷却风路的优化可有效降低通风噪声；通过对电机结构的优化，对噪声传递的路径进行阻尼隔断，可有效的降低结构噪声。

3）高可靠性

根据船舶推进的实际情况，推进电动机的可靠性应放在第一位，其次是先进性、可维性、现实性、经济性和通用性。因此推进电动机设计时应充分考虑“六性”，是必须明确的设计思想。推进电动机的可靠性设计重点考虑两点：①推进电动机由变频器供电，变频器输出存在大量的谐波和较大的dV/dt，会直接影响电动机的绝缘寿命；因此绝缘设计时除了考虑船用条件下的三防（潮湿、霉菌和盐雾）要求外，特别要考虑变频条件的热老化和电老化，通过样棒的可靠性试验，确保电机的绝缘的寿命；②变频供电会产生共模电压，在电机转子上形成轴电流，轴电流通过轴承，会破坏轴承油膜，导致轴承损坏，降低轴承的寿命，需采用绝缘轴承或绝缘端盖，阻断轴电流通过轴承，提高轴承的寿命。

2 海洋工程船舶推进电动机规范要求

目前推进电动机设计、制造采用的标准规范有国家标准《GB755-2008 旋转电机定额和性能》《GB/T 7060-2008 船用旋转电机基本技术要求》以及行业标准《CCS 钢质海船入级规范（2012）》、以及DNV 、ABS、GL等船级社船舶入级规范相关规范。

特别需注意的船级社标准部分采用了IEC标准，而国家标准部分等同于IEC标准，有些要求基本一致，诸如：GB7060-2008第5.7.1温升要求与CCS 第4篇第三章3.2.3温升要求一致。但在具体实施时，应注意两者的不同要求，某些方面船级社要求高于国家标准，诸如：《GB14711-2013 中小型旋转电机通用安全要求》第11.2节《额定电压1000V》及以上电机的电气间隙和爬电距离》规定3000V的最小电气间隙为26mm；而CCS《钢质海船入级规范（2012）》《第四篇电气装置》第2章2.14.2.3规定3000V的最小电气间隙为55 mm，两者相差1倍。现将中国船级社对推进电动机特殊要求总结如下：

a) 当推进电机采用强迫通风时，应在电机外面舍友直读式温度计和远距离声响报警器，以对电机的冷却空气温度进行连续监视(第八篇 15.2.5.2)。

b) 对装有热交换器采用封闭回路方式进行冷却的推进电机，应对一次冷却剂和二次冷却剂的流量进行监视，或者也可采用温度监视并带报警器代替这个流量监视(第八篇 15.2.5.3)。

c) 由半导体变换器供电的交流推进电动机应有措施限制轴电流的产生，防止轴承过早损坏(第八篇 15.2.5.9)。

d) 推进电动机和主机驱动的转轴为推进轴的组成部分的发电机，其转轴的材料应具有CCS颁发的证书(第四篇3.2.1.3)。

e) 感应推进电机应能承受60%过转矩15s而不发生有害变形(第四篇3.2.5)。

3 结论

我国对海洋工程船舶有着迫切的需求，推进电动机为船舶综合电力推进系统重要设备之一，船级社规范对推进电动机有着严格的要求。本文通过对海洋工程船舶推进电动机的基本要求和规范要求，进行了较为细致的叙述，为推进电动机的设计、制造提供参考。

[1] 任修明，杨德望.舰船推进电机设计发展展望. 船电技术，2002, (5).

[2] 中国船级社. 钢质海船入级规范.北京：人民交通出版社，2012.

Analysis on Requirements of Electric Propulsion Motor for Oceanographic Engineering Ship

Cai Tian

（China Oilfield Services Limited, COSL, Beijing 101149, China ）

TM351

A

1003-4862（2014）09-0079-02

2014-03-04

蔡钿(1962-), 男，教授级高级工程师。研究方向：海洋工程装备。