Podded Propulsion
Podded propulsion eliminates the need for a transmission
shaft passing through the hull. Here, ship propellers are placed
in pods that can be rotated in any horizontal direction, making
a rudder unnecessary, giving ships better maneuverability than
a fixed propeller and rudder system.
Pods can be indirectly driven or directly driven. Indirectly
driven pods have their prime mover located inside the ship. In
this configuration, a gearing mechanism connects the prime
mover to the propeller. In a direct driven pod, the prime mover
is located outside of the ship’s hull inside the pod. This allows
the propeller to be mounted directly to the prime mover. Pod
propulsion offers significant advantages in efficiency,
reliability, and space-saving since the system has been
designed to require a minimum number of mechanical parts
and provide excellent manoeuvrability, which is essential for
navigation in shallow water, and embarkation/disembarkation
phases.
Podded propulsion improves the ship's efficiency and
maneuverability dramatically. Propulsion shafts can be
eliminated completely and large propulsion motors can be
located outside the skin of the ship, further reducing the
volume devoted to machinery within the ship. Major
companies for prodded propulsion include ABB, Rolls RoyceConverteam,
Siemens-Schottel, and SAM ElectronicsWartsila
Propulsion. ABB's Azipod [3] is a pull type
propulsion system, steerable around its vertical axis by 360°.
The Azipod C, Azipod V and Azipod X have power ratings of
1-4.5 MW, 6-21 MW and 10-25 MW respectively. C series
azipod uses PMSM for propulsion, whereas V and X series
azipods use asynchronous or synchronous motors. Mermaid
pod [4], jointly developed by Rolls Royce and Converteam,
can rotate through 360 degrees for maneuvering purposes. The
main component in the underwater unit is an electric motor,
either a synchronous type with brushless excitation or with an
induction motor. The pod serves both as propeller and rudder,
with an integrated electric motor directly coupled, without any
gearing, to a relatively short propeller shaft, all contained
within the pod housing. The power range of the mermaid pod
is 5-27 MW. Siemens-Schottel Pod (SSP) [5]-[6] is a pushpull
type pod employing twin propeller technology. A
permanent magnet synchronous motor is used as the
propulsion drive motor and drives the propellers directly. The
power range of SSP pod is 5-30 MW. The SSP can be rotated
through full 360 degrees, which significantly improves the
vessel´s maneuverability. Dolphin pod [7], developed by SAM
Electronics and Wartsila Propulsion, is a pull type propulsion
system in the power range from 5 to 11 MW. A synchronous
motor is used as the propulsion drive motor, directly driving
the propeller. An optimum degree of maneuverability is
ensured, as it has 360 degree of freedom around the vertical
axis of rotation.
B. Propulsion Motors
Propulsion motors must be reliable and compact with a
high level of mechanical shock tolerance [8]. The ship
propulsion system is one of the most important parts of a ship.
The AIM, PMSM, HTSSM and SHDCM are of interest to the
navy for the propulsion of all-electric ships [9]. These
machines are preferred over others because of their higher
power density and efficiency, hence allowing installation of a
more compact and efficient propulsion system.
Induction Motor
The induction motor is one of the ideal candidates for drive
motors in ship propulsion applications due to advances in
induction motor technology over the last several years.
Converteam is presently among the leaders in industry in
induction motor development with their advanced induction
motor, or AIM. The AIM is a multi-phase, shock hardened,
and high torque density induction motor. It was specially
designed for converter starting, which allows for more
flexibility in operation and optimization of electromagnetic
design. This, in turn, enables improved efficiency and power
factor whilst allowing a larger air gap to be used to provide a
good shock withstand capability.
The AIM was primarily developed for applications where low
speed and high torque are required, such as in ship propulsion
drives, and has a very high power density that makes it ideal
for warship propulsion [10]. The UK Royal Navy’s Type 45
Daring Class destroyers are powered by two of Converteam's
20MW AIMs [11]. Further, the Royal Navy’s Queen Elizabeth
Class and Prince of Wales Class aircraft carriers, which are
due to enter service in 2014 and 2016, respectively, will each
be powered by four 20 MW AIM [11]. The U. S. Navy's
DDG1000 Zumwalt class destroyers are being installed with
two 34.6 MW (120 rpm) AIMs [12]-[13]. Initially, a more
advanced permanent magnet motor solution had been
envisioned, but technology risk led to the choice of the AIM
[13]. AIM technology can be considered to be most matured
of all propulsion motor technology. The full load efficiency of
this motor is about 97%. The US Navy plans to build at least
three DDG 1000s. Delivery of first ship is expected to be in
2014, and plan for its initial operating capability is expected to
be in 2016 [14].
The induction motor's simple construction leads not only
to its inherent reliability, but also permits a simple design for
3
shock requirements. It has low structure-borne noise, allowing
hard mounting of the motor to the hull of a surface combatant.
It has high power density, efficiency, low noise and vibration
levels, high shock withstanding capability, and low
maintenance and life cycle costs.
Propulsion system of an electric ship constitutes about
70%–90% of the total electric load. Surface combatants and
submarines have a need for quiet, efficient, high power dense
propulsion motors. Advanced induction motor employed in
DDG-1000, is adequate and affordable for normal power
density applications. When there is a need for higher power
density naval ships PMSM or HTSSM will be the solution.
Permanent Magnet Synchronous Motor
PMSMs are high power density, compact machines
suitable for advanced naval applications. PMSM technology is
an excellent direct drive propulsion solution for ships and has
significant advantages in size, weight and power over more
conventional electric motors. It employs high field strength
magnetic poles; consequently, it possesses a remarkably high
torque density. Due to the compact size of PMSM, ships can
be designed with more flexibility in engine room spaces and
increased cargo capacity, which are important concerns on
space-constrained multi-mission military ships. The motor is
reliable, durable, easy to maintain, and has low operating costs
due to simple design.
Various research contributions to permanent magnet
synchronous motor propulsion systems are presented in [15]-
[16]. DRS Technologies is one of the leaders in designing
high torque density PM motor technology for naval ship
propulsion [17]. Factory acceptance test of the world's largest
PMSM (36.5 MW, 127 rpm) was completed in December,
2005. Testing at the U.S. Navy Land Based Test Site (LBTS)
in Philadelphia, PA was completed in the spring of 2008 for
future use in naval ships such as DDG1000 [18]. The full load
efficiency of this motor is about 97.5%.
PMSM are robust and efficient. In addition to their high
power density, the simple construction of PMSM (including a
larger air gap than either wound rotor synchronous or
induction motors) translates into improved reliability and
durability with easier maintainability and reduced operating
costs. The high efficiency performance at full and part loads
offered by PM technology can also provide considerable
energy savings over conventional machines.
HTSSM is more power dense than PMSM and much more
power dense than AIM. For higher power density
requirements, HTSSM offer the advantage of providing the
requisite propulsion motor power density.
High Temperature Superconducting Synchronous Motor
HTSSMs are synchronous motors with high temperature
superconducting field windings, and are characterized by high
efficiency, high power density, and enhanced electrical
stability. HTSSM offers higher power density than is possible
with conventional technologies due to the combination of high
air-gap flux density coupled with the high current density aircore
stator winding.
Study of HTSSM for ship applications has become a very
active research area [19]. Development status of HTSSM for
ship propulsion applications is presented in [20]. HTSSM
has a great military value in the quest for a compact, light, and
efficient motor which also will allow more flexibility in ship
layout. Due to its importance, research in the design and
development of HTSSM has been very active [21]-[23].
American Superconductor (AMSC) is presently perhaps the
leading industrial developer of HTSSM. The world's first 36.5
MW high temperature superconducting propulsion motor
developed by AMSC passed no-load factory acceptance test in
March 2007. The motor passed full power test at the US
Navy's land based test site in Philadelphia in 2008 [24]. The
36.5MW motor is less than half the size of the conventional
motors used on the USS Zumwalt (DDG-1000) destroyer and
is approximately 200 tons lighter [25]. The motor is being
specifically designed to provide propulsion power for the next
generation of Navy warships [26]. Review of various
development works in the area of HTSSM around the world is
presented in [27]. Some major companies working in the area
of HTSSM are AMSC, Siemens and Reliance Electric.
The HTS field winding produces very high strength
magnetic fields resulting in motors of small size and weight.
Further, the field windings of these machines operate at nearly
constant temperature; therefore, they are not subject to thermal
fatigue. The efficiency of these motors is high at part load
(down to 5% of full speed), which results in savings in fuel
use and operating costs. The efficiency curve of HTS
synchronous motors is practically flat for shaft po
การขับเคลื่อน poddedการขับเคลื่อน podded ช่วยให้ส่งเพลาที่ผ่านฮัลล์ ที่นี่ propellers เรืออยู่ในฝักที่สามารถหมุนในทิศทางแนวนอน ทำเป็นหางเสือไม่จำเป็น ให้เรือแคล่วดีกว่าถาวรใบพัดและหางเสือระบบฝักสามารถอ้อมขับเคลื่อน หรือผลักดันโดยตรง โดยทางอ้อมซึ่งฝักดี mover นายกของพวกเขาอยู่ในเรือได้ ในการกำหนดค่านี้ นายกเชื่อมต่อกลไก gearingmover ที่ใบพัด ในทางตรงซึ่งฝัก ดี mover นายกอยู่นอกตัวเรือของเรือภายในฝัก นี้ช่วยให้ใบพัดจะถูกติดตั้งให้ดี mover นายกโดยตรง Podแรงขับมีข้อได้เปรียบสำคัญในประสิทธิภาพความน่าเชื่อถือ และ ประหยัดพื้นที่เนื่องจากระบบได้ออกแบบมาให้ใช้จำนวนชิ้นส่วนเครื่องจักรกลและให้ดี manoeuvrability ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับนำน้ำตื้น และท่าน/เรือขั้นตอนการPodded ขับเคลื่อนปรับปรุงประสิทธิภาพของเรือ และแคล่วอย่างมาก สามารถขับเคลื่อนเพลาตัดออกอย่างสมบูรณ์ และมอเตอร์ขับเคลื่อนขนาดใหญ่สามารถตั้งอยู่ภายนอกผิวของเรือ เพิ่มเติมลดการปริมาตรที่อุทิศให้กับเครื่องจักรกลภายในเรือ หลักบริษัท prodded ขับเคลื่อนรวม ABB ม้วน RoyceConverteamซีเมนส์-Schottel และ SAM ElectronicsWartsilaการขับเคลื่อน ของ ABB Azipod [3] คือดึงการขับเคลื่อนระบบ steerable รอบของแกนแนวตั้งโดย 360°Azipod C, Azipod V และ Azipod X มีพลังงานการจัดอันดับของ1-4.5 MW, MW 6-21 และ 10 25 MW ตามลำดับ ชุด Cazipod ใช้ PMSM ในการขับเคลื่อน ในขณะที่ V และ Xazipods ใช้แบบอะซิงโครนัส หรือแบบซิงโครนัสมอเตอร์ เมอร์เมดเท่านั้น [4], ร่วมพัฒนา โดยรอยซ์ม้วนและ Converteamสามารถหมุนผ่าน 360 องศาเพื่อหลบหลีก ที่ส่วนประกอบหลักในหน่วยใต้น้ำเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าทั้งแบบซิงโครนัสชนิด กับ brushless ในการกระตุ้น หรือการมอเตอร์เหนี่ยวนำ เท่านั้นทำหน้าที่ทั้ง เป็นใบพัดและหางเสือกับมอเตอร์ไฟฟ้ารวมโดยตรงควบคู่ หน้าขยาย ให้ก้านค่อนข้างสั้นใบพัด ทั้งหมดที่มีอยู่ภายในบ้านเท่านั้น ช่วงพลังงานของ pod เงือกมี MW 5-27 ซีเมนส์ - Schottel Pod (SSP) [5] - [6] เป็นแบบ pushpullพิมพ์เท่านั้นที่ใช้เทคโนโลยีใบพัดคู่ Aใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรเป็นการขับเคลื่อนมอเตอร์ไดรฟ์และไดรฟ์ propellers โดยตรง ที่พลังงานช่วง SSP ฝัก 5-30 MW ได้ สามารถหมุน SSPผ่านทั้ง 360 องศา ที่มากเพิ่มการvessel´s แคล่ว ปลาโลมาเท่านั้น [7], พัฒนา โดย SAMอิเล็กทรอนิกส์และการขับเคลื่อน Wartsila มีการขับเคลื่อนชนิดดึงระบบในช่วงพลังงานตั้งแต่ 5 ถึง 11 MW การซิงโครนัสใช้มอเตอร์เป็นมอเตอร์ของไดรฟ์แรงขับ ขับรถโดยตรงใบพัด เป็นระดับเหมาะสมของแคล่วมั่นใจ มี 360 องศาเสรีภาพสถานแนวตั้งแกนของการหมุนเกิดแรงขับมอเตอร์มอเตอร์ขับเคลื่อนต้องเชื่อถือได้ และกระชับกับการระดับสูงของค่าเผื่อในการกระแทกทางกล [8] เรือระบบขับเคลื่อนเป็นส่วนสำคัญที่สุดของเรือจุดมุ่งหมาย PMSM, HTSSM และ SHDCM ที่น่าสนใจเพื่อการกองทัพเรือในการขับเคลื่อนของเรือไฟฟ้าทั้งหมด [9] เหล่านี้เครื่องจักรเป็นที่ต้องการมากกว่าคนอื่นเนื่องจากความสูงพลังงานความหนาแน่นและมีประสิทธิภาพ ช่วยให้ติดตั้งดังนั้น การมีขนาดกะทัดรัด และมีประสิทธิภาพการขับเคลื่อนระบบมอเตอร์เหนี่ยวนำมอเตอร์เหนี่ยวนำเป็นหนึ่งของผู้สมัครเหมาะสำหรับไดรฟ์ยนต์ในโปรแกรมประยุกต์การขับเคลื่อนเรือเนื่องจากความก้าวหน้าในเทคโนโลยีมอเตอร์เหนี่ยวนำหลายปีConverteam เป็นผู้นำในอุตสาหกรรมในปัจจุบันพัฒนามอเตอร์เหนี่ยวนำ ด้วยการเหนี่ยวนำขั้นสูงมอเตอร์ หรือจุดมุ่งหมาย เป้าหมายคือ ช็อตหลายระยะ ชุบแข็งและแรงบิดสูงความหนาแน่นเหนี่ยวนำมอเตอร์ มันเป็นพิเศษมาแปลงเริ่มต้น ซึ่งช่วยให้เพิ่มเติมความยืดหยุ่นในการดำเนินงานและเพิ่มประสิทธิภาพของแม่เหล็กไฟฟ้าการออกแบบ กลับ ทำให้มีประสิทธิภาพดีขึ้นและใช้พลังงานปัจจัยขณะทำให้ช่องว่างอากาศใหญ่ที่จะใช้ให้เป็นช็อกดีทนต่อความจุดมุ่งหมายเป็นหลักสำหรับพัฒนาโปรแกรมประยุกต์ต่ำความเร็วและแรงบิดสูงจำเป็น เช่นในการขับเคลื่อนเรือไดรฟ์ และมีความหนาแน่นของพลังงานสูงที่ช่วยให้การสำรองห้องพักการขับเคลื่อนเรือรบ [10] สหราชอาณาจักรราชนาวีของชนิด 45เรือพิฆาตชั้นอาจหาญจะขับเคลื่อน ด้วยสองของ Converteamเป้าหมาย 20MW [11] เพิ่มเติม ของราชนาวีควีนอลิซาเบธคลาสและคลาปริ๊นซ์ออฟเวลส์เครื่องบินสายการบิน ซึ่งเป็นเนื่องจากการป้อนบริการใน 2014 และ 2016 ตามลำดับ จะละขับเคลื่อน โดยสี่ 20 MW เป้าหมาย [11] ประเทศ S. กองทัพเรือของเรือพิฆาตชั้น DDG1000 Zumwalt ถูกติดตั้งสองจุดมุ่งหมาย MW (120 rpm) 34.6 [12] - [13] เริ่มต้น เพิ่มเติมโซลูชั่นมอเตอร์แม่เหล็กถาวรขั้นสูงได้จินตนาการ แต่เทคโนโลยีความเสี่ยงนำไปสู่การเลือกจุดมุ่งหมาย[13] ได้เป้าหมายเทคโนโลยีจะถือว่าถูกสุด maturedทั้งหมดขับเคลื่อนเทคโนโลยีมอเตอร์ โหลดเต็มประสิทธิภาพมอเตอร์นี้จะประมาณ 97% กองทัพเรือสหรัฐฯ วางแผนสร้างน้อยหลัก 1000 DDG ที่สาม จัดส่งของจัดส่งแรกคาดว่าจะอยู่ใน2014 และวางแผนสำหรับความสามารถในการปฏิบัติการเริ่มต้นคาดว่าจะอยู่ใน 2016 [14]นำไปสู่การก่อสร้างอย่างง่ายของมอเตอร์เหนี่ยวนำไม่เพียงความน่าเชื่อถือโดยธรรมชาติ แต่ยังขออนุญาต เรียบง่ายที่ออกแบบสำหรับ 3ต้องช็อก มีเสียงในการแบกรับโครงสร้างต่ำ ให้ติดตั้งยากของมอเตอร์กับตัวเรือของเรือผิวน้ำหนึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานสูง ประสิทธิภาพ เสียงรบกวนต่ำ และการสั่นสะเทือนระดับ ความสามารถสูงช็อกซิ และต่ำต้นทุนการบำรุงรักษาและวงจรชีวิตระบบขับเคลื่อนของเรือการไฟฟ้าถือเกี่ยวกับ70% – 90% ของปริมาณไฟฟ้าทั้งหมด ผิวคู่ และเรือดำน้ำมีความต้องการพลังงานเงียบสงบ มีประสิทธิภาพ สูงหนาแน่นการขับเคลื่อนมอเตอร์ มอเตอร์เหนี่ยวนำขั้นสูงลูกจ้างในDDG-1000 ไม่เพียงพอ และราคาไม่แพงสำหรับพลังงานปกติdensity applications. When there is a need for higher powerdensity naval ships PMSM or HTSSM will be the solution.Permanent Magnet Synchronous MotorPMSMs are high power density, compact machinessuitable for advanced naval applications. PMSM technology isan excellent direct drive propulsion solution for ships and hassignificant advantages in size, weight and power over moreconventional electric motors. It employs high field strengthmagnetic poles; consequently, it possesses a remarkably hightorque density. Due to the compact size of PMSM, ships canbe designed with more flexibility in engine room spaces andincreased cargo capacity, which are important concerns onspace-constrained multi-mission military ships. The motor isreliable, durable, easy to maintain, and has low operating costsdue to simple design.Various research contributions to permanent magnetsynchronous motor propulsion systems are presented in [15]-[16]. DRS Technologies is one of the leaders in designinghigh torque density PM motor technology for naval shippropulsion [17]. Factory acceptance test of the world's largestPMSM (36.5 MW, 127 rpm) was completed in December,2005. Testing at the U.S. Navy Land Based Test Site (LBTS)in Philadelphia, PA was completed in the spring of 2008 forfuture use in naval ships such as DDG1000 [18]. The full loadefficiency of this motor is about 97.5%.PMSM are robust and efficient. In addition to their highpower density, the simple construction of PMSM (including alarger air gap than either wound rotor synchronous orinduction motors) translates into improved reliability anddurability with easier maintainability and reduced operatingcosts. The high efficiency performance at full and part loadsoffered by PM technology can also provide considerableenergy savings over conventional machines.HTSSM is more power dense than PMSM and much morepower dense than AIM. For higher power densityrequirements, HTSSM offer the advantage of providing therequisite propulsion motor power density.High Temperature Superconducting Synchronous MotorHTSSMs are synchronous motors with high temperaturesuperconducting field windings, and are characterized by highefficiency, high power density, and enhanced electricalstability. HTSSM offers higher power density than is possiblewith conventional technologies due to the combination of highair-gap flux density coupled with the high current density aircorestator winding.Study of HTSSM for ship applications has become a veryactive research area [19]. Development status of HTSSM forship propulsion applications is presented in [20]. HTSSMhas a great military value in the quest for a compact, light, andefficient motor which also will allow more flexibility in shiplayout. Due to its importance, research in the design anddevelopment of HTSSM has been very active [21]-[23].American Superconductor (AMSC) is presently perhaps theleading industrial developer of HTSSM. The world's first 36.5MW high temperature superconducting propulsion motordeveloped by AMSC passed no-load factory acceptance test inMarch 2007. The motor passed full power test at the USNavy's land based test site in Philadelphia in 2008 [24]. The36.5MW motor is less than half the size of the conventionalmotors used on the USS Zumwalt (DDG-1000) destroyer andis approximately 200 tons lighter [25]. The motor is beingspecifically designed to provide propulsion power for the nextgeneration of Navy warships [26]. Review of variousdevelopment works in the area of HTSSM around the world ispresented in [27]. Some major companies working in the areaof HTSSM are AMSC, Siemens and Reliance Electric.The HTS field winding produces very high strengthmagnetic fields resulting in motors of small size and weight.Further, the field windings of these machines operate at nearlyconstant temperature; therefore, they are not subject to thermalfatigue. The efficiency of these motors is high at part load(down to 5% of full speed), which results in savings in fueluse and operating costs. The efficiency curve of HTSsynchronous motors is practically flat for shaft po
การแปล กรุณารอสักครู่..
