摘 要：船用轴带发电机最近在船上得到使用和发展，在变速、频率技术水平不断提高的今天，船用轴带发电机在船上的使用，显示其优越的经济性，越来越得到船东的青睐。关键词：柴油机 轴带 发电机 功率 频率 自动变速箱
轴带发电机即为由推进主机驱动的发电机，是指船舶航行时由主机驱动发电机向船舶电网供电的发电设备。它具有节约油量、降低运行成本、降低机舱噪音和温度等一系列优点。
据统计，200千瓦轴带发电机的成本约为柴油发电机的一半，而且功率越大，经济效果越显著。船舶轴带发电机首先是在小船和快艇上使用和发展。现有船舶轴带发电机组大部分采用交流发电机，其功率大，体积小，经济耐用。由于船舶在选用主柴油机时，要考虑船况、柴油机安全及航行环境等因素，所以要有一定的功率储备，且根据内河船检法规的要求，柴油机应具有110%额定功率运转的能力。因此船舶主机功率储备不少于额定功率的10%。一般情况下，船舶航行于平静的水面或是正常航行时，船舶航行环境比较好，这时主柴油机就有较大的功率储备没有得到充分使用。据研究，船舶主柴油机在低于75%～85%额定功率的低负荷下运行时，其油耗率会升高，经济性将下降。如果安装了轴带发电机，可以充分利用主机的功率储备，使主机长时间在较高负荷下运行，降低主机的油耗率及机舱温度、噪音等，从而具有良好的经济性和舒适性。
对于广西航区的货船，大体上其全船设备在正常航行时的用电功率约 10～20KW，约为主机额定功率的10%左右，轴带发电机完全能满足船舶正常航行的电力需要。现该航区货船，大部分船东都在主机的自由端加装了一台10～25千瓦左右的用皮带带动的交流发电机。这类发电机，因达不到船检法规的相关要求，一般都没有得到船舶检验部门的认可。船东为了规避检验，往往在申请检验前将自装的轴带发电机拆除，或是在验船师检验到了叫其拆除后，检验完成又私自地将其安装上去，形成了时间等资源的浪费。随着航道航行条件的进一步的完善，以及船型标准化的实施，航运市场进一步规范及发展，船舶越来越向大型、节能、环保方向发展。不久的将来，千吨级船舶将是航行于广西到广东航区的主流船舶。单机功率达到200千瓦以上的柴油机将慢慢占据船舶主机的主导位置，这将为发展轴带发电机提供更有利的动力条件、更广阔的空间。
1.现船舶轴带发电机存在模式
现船舶推进装置的螺旋桨有变距桨和定距桨两种， 采用变距桨的船舶在航行时主机的转速基本上不变，主要应用于淡、海水两用船，海洋工程船等。珠江水系的货船基本上是采用定距桨，螺旋桨通过轴系及齿轮箱与主机连接，主机的转速按航行或作业的需要随时会变化。这里只讨论采用定距桨的情况，主要存在两种用电情况。
1 . 1供自用电系统
此时发电机固定安装在主机机体上，基本上是用皮带与主机连接，发出的电能都是较小的、变化的。主要用于起动电瓶的充电，通过自带的电压、电流线圈，具有逆电流保护和过电流保护功能，能向起动电瓶提供自动调节充电电流，使起动电瓶处于良好的工作状态。
1 . 2供船用设备、生活用电系统
广西航区货船所采用的螺旋桨基本上是定距桨，通过轴系及齿轮箱与主机连接，主机转速按工作需要随时会变化。引起与它直接连接的轴带发电机频率随转速的变化而变化。这种聚变的电能是不能供给船舶设备使用的，否则将严重损害用电设备或降低其功能。必须采取相关措施把变化的频率变换成稳定频率才能使用。因此，核心问题是如何解决轴带发电机的电压、频率等稳定，也是我们需要解决的核心问题。
2.轴带发电机频率稳定的办法
据研究，目前稳定轴带发电机的频率有两种办法，一种是转速补偿法，包括电机变换系统、轴带异步发电系统、电磁滑差离合器式系统等；另一种是频率补偿法，主要是通过轴带发电机自带逆变器来实现补偿，既是带晶闸管逆变器的轴带发电机系统。该频率补偿装置（又称变频器）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使频率下降过低，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。有功功率增加会使频率上升，相反，减少电流，则下降。在这里，我提出另外一种转速补偿法，就是引入汽车自动变速或CVT变速概念。两者都是通过改变传动比，改变发动机的输出转速。汽车行走时，随着发动机转速的增高，变速箱自动变档，使输出转速（或力矩）增高。不同的是，这里轴带发电机的自动变速箱，要求变速箱随着柴油机的转速增高，输出转速降低，达到发电机的恒速，达到设备用电的基本要求。我们下面讨论船舶主机（柴油机）工作情况及发电机达到恒速的条件。
首先说说船舶机舱主要布置环境。以典型的双机双桨为例，在机舱的左右分别布置左右主机一台，在左主机一侧，有一台电动液压舵机系统，往往也由左主机带一台液压油泵，对液压舵机系统提供液压油。两台主发电机组及水泵等设备安排在两主机的中间。
船舶准备航行前，如果没有抛锚，先启动柴油机预热，然后收缆就可以航行了（因舵机动力由主机提供，无线电、航行设备等由电瓶供电，无需启动主发电机）。如果抛有锚，往往需要先启动主发电机起锚、收缆，启动柴油机预热后才可航行。
由于都是高速柴油机（转速﹥1000r/min），其最低稳定转速都比较高，一般都达到额定转速的25%左右（转速太低，柴油机动力润滑很难建立，曲轴等运动部件得不到很好润滑，冷却等情况也会恶化），带自动变速箱的轴带发电机很容易满足转速的要求，随着柴油机转速的变化，自动变速箱也不断地跟着变化，从而实现轴带发电机的转速恒定，确保发电机频率稳定在合适的范围，基本上满足船舶设备用电的要求。
3.轴带发电机布置方式和实施方法3 . 1轴带发电机布置在柴油机自由端
通过皮带或直接连接自动变速箱驱动。如果生产的自动变速箱能达到无级变速的水平，使得发电机电压、频率等都满足船检规范的要求，可作为船舶主电源使用。则如船舶采用双主机系统，可两台主机各自安装一台轴带发电机，就可以免装主发电机组。为船东节约一定的设备、维护经费，也可以为机舱腾出相当的空间，减少热源产生及燃油的支出。轴带发电机也可以安装在柴油机的输出端，但布置起来有点复杂、困难。
3 . 2安装备用机组
如只装一台主机，另设一比主发电机（轴带发电机）的功率相对小点（或功率相当）的柴油发电机组，作为备用（应急）机组，供船舶停航时日常生活用电或向电瓶充电用。
3 . 3配备应急电源
配备合理的电池组，作为另一应急电源。在发电机停止运转期间，向船舶照明、生活供电。对于较小的交流用电设备，可通过逆变方式，将直流电变为交流电使用。并可设置太阳能转换装置，在日光条件较好时，将光能（热能）变为电能，向电池组充电。
4.采用轴带发电机的意义
由于现代船舶自动化程度越来越高，船舶机舱设计相对窄小，采用轴带发电机后，可更加合理分配、布置其他机械设备，改善机舱的工作环境。并使机舱噪音、温度等有害因素降低，从而改善工作条件。主机配备轴带发电机，船舶正常航行时由轴带发电机供电，不必使用辅助柴油机，因此可以省去相当的功耗，甚至能省去另外安装柴油机发电机组，同时可以使船舶主机长期在合理负荷下运行，油耗率得以降低，提高船舶航行综合经济性。符合船舶用电的状况，满足社会的要求，规范船舶机械设备的安装与使用，跟踪船舶最新技术的发展方向。
5.建议
中国船级社《钢质内河船舶建造规范》对船舶主电源装置有相关的规定，其中之一是船舶主电源装置可采用由推进主机驱动的发电机组，但其技术的要求还是比较严格的。施用于现有船舶的轴带发电机上，是有相当困难的。如果采用必要手段，如通过上面的转速补偿法或频率补偿法，使轴带发电机满足船检法规的要求，势必增加船东的经济支出。而又相矛盾的是，现实上绝大多数船舶都私自安装有轴带发电机，这就造成了法规与现实情况严重不相容的情况。因此，对于轴带发电机在我航区船舶的发展，关键是我们船舶主管部门，正视轴带发电机目前在现有船舶混乱存在的现状，对内河轴带发电机作为主电源的技术要求在规范上予以理论联系实际地进行合理调整，以便及时对我国内河船舶轴带发电机做出技术上的把关，有效引导船舶轴带发电机向正规、经济、高效、实用的方向发展，提高船舶建造质量，规范船舶设备合理使用，促进广西货运船舶走在全国内河航运的前沿。
参考文献：
尹志斌等.船用主机轴带发电机.世界海运.25（3）.