轮船动力装置推力如何产生与传递？-中国船舶网

这是一个非常核心的船舶工程问题,轮船的推力是推动船舶前进的力，它由动力装置驱动推进器（最常见的是螺旋桨）产生。

我们可以从以下几个层面来理解这个概念：

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推力的本质：牛顿第三定律

轮船产生推力的基本原理是牛顿第三定律：每一个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力。

推力本质上是一种反作用力。

轮船的推力不是凭空产生的,它需要一个完整的系统来创造，这个系统主要包括三大部分：

动力装置是产生原动力的部分,它为整个系统提供能量，常见的类型有：

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内燃机
- 低速柴油机：大型远洋商船（如集装箱船、油轮、散货船）的主流选择，它们直接驱动螺旋桨或通过齿轮箱驱动，热效率高，燃油经济性好。
- 中速柴油机：常用于渡轮、拖船、滚装船等，它们可以通过齿轮箱驱动螺旋桨，也可以与发电机结合成“电力推进”系统。
- 高速柴油机：多用于小型船舶、快艇、军用舰艇。
蒸汽轮机

由锅炉产生的高温高压蒸汽驱动涡轮机旋转,曾经是大型军舰和邮轮的主力，现在主要用于LNG（液化天然气）运输船，因为可以利用BOG（蒸发气）作为燃料。
燃气轮机
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类似于喷气式飞机的发动机,燃烧产生的高温高压燃气直接推动涡轮，功率密度大、启动迅速，主要用于现代大型军舰（如驱逐舰、护卫舰）和高速客滚船。
核动力装置

利用核反应堆产生的巨大热能,通过蒸汽发生器产生蒸汽，驱动蒸汽轮机，主要用于航空母舰和核潜艇，具有近乎无限的续航力。
电力推进系统
- 这是一种越来越流行的布局,原动机（柴油机、燃气轮机等）驱动发电机发电，电能通过电缆输送到船尾的推进电机，电机直接或通过齿轮箱驱动螺旋桨。
- 优点：布置灵活、噪音低、振动小、易于实现自动化和多种工况优化。

动力装置产生的旋转力矩,通过长长的传动轴、联轴器、轴承等部件，被传递到船尾的推进器，对于电力推进，这个“轴系”就是电缆。

推进器是将旋转动能转化为推力的最终执行部件。

固定螺距螺旋桨：叶片角度固定，结构简单，效率高，是商船最常用的类型。
可调螺距螺旋桨：叶片角度可以旋转调节，可以在不改变主机转速和转向的情况下，实现船舶前进、停止和倒退，常用于需要灵活操控的船舶，如拖船、渡轮、科考船。
吊舱推进器：一种电力推进形式，电机和螺旋桨直接集成在一个可以水平旋转的吊舱（Pod）上，可以360°旋转，提供极高的机动性，常用于邮轮、破冰船和动态定位船舶。
其他特殊推进器：如喷水推进器（主要用于高速船）、对转桨等。

推力与动力装置的功率直接相关,但不是简单的线性关系，核心公式是：

推力 = (P × η) / V

从这个公式可以看出：

功率是基础：在航速一定的情况下，输入到推进器的功率越大，理论上能产生的推力也越大。
航速是关键：在功率一定的情况下，航速越低，能产生的推力越大，这就是为什么船舶在启动或低速航行时，主机发出最大推力，但速度很慢；而当船舶高速航行时，推力相对较小，但需要克服巨大的水阻力。
效率至关重要：推进效率η决定了有多少功率真正用来推船，有多少被水流的摩擦、涡流等浪费掉了，高效的螺旋桨设计对节能至关重要。

船舶的航行状态取决于推力和阻力的平衡关系：

船舶的阻力主要包括：

系柱推力：这是衡量船舶推进系统性能的一个重要指标，它指船舶在静止状态下，主机发出最大持续功率时，螺旋桨产生的推力，这个值代表了船舶的“绝对力量”，常用于拖船、平台供应船等需要强大推力的船舶的性能评估。
航行推力：指船舶在特定航速下，克服该航速下的阻力所需的推力，这个值远小于系柱推力。

概念	解释
定义	推动船舶前进的力，是螺旋桨向后推水时，水给螺旋桨的反作用力。
原理	牛顿第三定律（作用力与反作用力）。
来源	由动力装置（主机）提供能量，通过传动轴系传递，最终由推进器（螺旋桨）转换成推力。
关键因素	主机功率：推力的能量来源。航速：航速越低，同等功率下推力越大。推进效率：能量转换的效率，越高越好。
平衡关系	船舶匀速航行时，推力 = 总阻力。

当我们谈论一艘轮船的“推力”时，我们实际上是在谈论由其“心脏”（动力装置）、“动脉”（轴系）和“肌肉”（推进器）协同工作，并根据航行状态动态调整的一个综合性能指标。