刘偊章

摘  要：喷水推进是一种特殊的船舶推进方式，与螺旋桨推进不同的是，它是利用水泵原理往船体后部喷水，以获得前进动力的一种推进方式。文章主要是研究喷水推进装置在船舶中的运用，浅谈喷水推进装置的发展历史、喷泵分类和其工作的原理，并就喷水推进装置基本组成、空间布置、船舶操纵性能、维护保养、运用范围及推进优势进行简要分析。

关键词：船舶;喷水推进;运用

中图分类号：U661        文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）27-0165-02

Abstract： Waterjet propulsion is a special way of ship propulsion， which is different from propeller propulsion in that it uses the principle of water pump to spray water to the back of the hull in order to obtain forward power. This paper mainly studies the application of water-jet propulsion device in ships， and discusses the development history of water-jet propulsion device， the classification of jet pump and the principle of its work. The basic composition， space arrangement， ship maneuverability， maintenance， application scope and propulsion advantages of water jet propulsion unit are briefly analyzed.

Keywords： ship; waterjet propulsion; application

1 发展历史

上个世纪50年代，世界各国开始研究喷水推进装置。初期喷水推进装置只是利用水泵原理，吸水后从船尾喷出去，依靠喷出水流的反作用力推动船舶前进。随后30年里，船舶设计单位将螺旋桨研究成果移植到喷水推进泵设计中，特别是将航天喷气推进的有关技术引入喷水推进泵的研究设计中，使得喷水推进泵的效率、抗空泡性能、功能转化能力和耐腐蚀能力取得了实质性进展。另外，随着流体力学的深入研究，喷水推进装置进水流道系统效率和空泡现象得到进一步完善。80年代起，喷水推进装置就作为成熟产品，开始广泛运用于各种军用舰船和民用船舶。

2 喷泵分类

船舶喷水推进装置喷泵大致可分为以下几种：一是按照喷泵的类型可分为离心泵、轴流泵和混流泵，其中又可细分为单级泵和多级泵，分别对应于不同的比转速;二是按照喷泵的材质分可分为铝合金泵和不锈钢等不同材质的喷泵。

3 喷水推进装置工作原理

根据牛顿第三运动定律，所有作用力将产生一个相同的反作用力。喷水推进装置中喷泵产生的推力就是由水流朝后喷出时产生的反作用力来建立的。简单的说，船壳内的喷泵安装在船尾，喷泵喷出高速水流产生了反方向的反作用力，反作用力通过喷泵泵体，传递到船体，驱动船舶前进。水流进入船体底部的喷泵进水流道，船舶的加速也就是通过喷泵从船尾喷射出高速的水流。

4 基本组成和轴系布置

4.1 基本组成单元

喷水推进装置主要由机械部分、液压系统和控制系统组成。其中机械部分主要是由：进水流道、泵单元、转向单元、驱动轴和尾轴密封组成（详见下图）。

图1

进水流道必须结合船体的线型、船体阻力特性、船舶吃水要求和航速要求等因素，运用水力学研究并优化后进行设计。进水流道可依据船体材料使用相同的材料或选用玻璃钢制作而成。如救捞系统近海快速救助船使用的MJP喷水推进装置，进水流道采用铝合金材料焊接而成，与不锈钢喷泵之间使用玻璃钢弯头隔离安装，以防止两种不同材质金属发生电化学反应，造成腐蚀。

液压系统主要为喷泵转向和倒车提供动力，通常由一台安装在齒轮箱PTO输出端口上的可变排量的负载感应柱塞泵作为液压动力泵。喷泵的控制为电-液-电控制方式。喷泵的控制手柄输出电流信号，给液压系统电磁驱动阀，驱动倒车斗和转向斗工作，倒车斗和转向斗液压缸里的位置传感器输出反馈电流信号给控制系统，确认倒车斗和转向斗的位置已和控制手柄位置一致，控制系统不再输出控制信号给液压系统电磁驱动阀驱动倒车斗和转向斗工作。

船舶前进、倒车控制中，喷泵手柄的位置通常预设为前面的小部分位置用于控制倒车斗的正倒车（主机怠速），后面的大部分位置信号输出给主机，控制转速的增加和减少。根据各个喷泵制造厂的设置不同，在选用不同品牌的喷水推进装置产品时，会感觉到不同的主机控制“滞后”。随着控制器件的快速发展，喷泵的控制也越趋智能化。以MJP喷泵的矢量控制系统为例，可输入船舶的物理特性至控制系统中的计算机单元，控制系统自动运算后，可根据船舶操纵者的要求，自动调整倒车斗、转向斗和主机转速，以实现船舶的自动控制。

4.2 推进装置轴系布置

喷水推进装置船舶在轴系布置时，轴线布置一般和船舶吃水线平齐，采用水平布置。在船底板上，根据设备厂家的技术要求，设置进水流道进水口禁区，在此禁区内严禁安装任何船体附体，以免发生水流干扰，降低喷泵的使用效率。

5 船舶操纵性能

5.1 平移性能

对于一条配置两台喷泵的双体船，只需要一个全方位的矢量控制手柄就可通过控制系统自动调整两台喷泵的倒车斗、转向斗和主机转速，实现船舶按照任意手柄指示方向的任意平移，或选择旋转模式，操纵船舶任意方向进行原地回转。在船舶的行驶过程中，自动调整左右片体的转向斗位置以达到最佳的船舶转向性能。在传统的配置喷水推进的船舶上，这些功能必需根据船长的经验，分别控制两台喷泵工作才能实现。而现在，就算是没有驾驶经验的船长，也可轻松操纵船舶。但需要注意的是，对于单体船，由于船宽太小，尾部喷泵产生的力矩不足以克服船舶物理特性，无法实现船舶的整体自动平移。

5.2 旋回性能

水流通过进水流道（A）进入泵泵单元-包括叶轮（B），整流罩（C），以增加水流的压力（压头）。高压水流从喷嘴（D）处高速喷出。安装在联轴器（F）处的驱动轴转动叶轮。通过转向斗改变船尾水柱的方向，推动船尾向反方向移动以实现船舶的转向。通过倒车斗（E）改变船尾水柱向船首和向下喷射，驱动船舶向船尾方向运动以实现倒车。

与传统螺旋桨推进相比，喷水推进船舶转向是靠改变喷泵喷出水流的方向来实现，称之为“主动转向”，而螺旋桨推进船舶转向是通过舵改变船底水流的方向来实现船舶的转向，称之为“被动转向”。这就意味着，传统螺旋桨推进船舶，船舶的转向和舵角有着直接的关系，而喷水推进船舶转向更为灵敏，不取决于喷泵转向斗的位置，通过两侧片体上喷泵的不同转向力和推力，就可轻松得到所需要的转向角度。所以，喷水推进船舶的操纵性是螺旋桨推进船舶所无法比拟的，甚至只需要控制两侧片体上喷泵的转速，即可操纵船舶进行转向。

6 喷水推进装置应用情况

6.1 快速渡船和游艇

高速时的高效率带来更低的油耗，良好的耐空泡能力，提高了推进系统的寿命;低振动，低噪音，更舒适的乘坐环境。低船体阻力降低了船舶牵引所需的拖曳力。

6.2 军用船舶和海岸巡逻船

更高的倒车推力和浅吃水适用于各种登陆艇的需求;良好的操纵性能，良好的高速性能可适用于各类侦察艇、巡逻艇;低水下噪音适用于隐身要求较高的各类特殊军船等等。浅吃水和安全的推进系统适用于近海岸的航行以及紧急情况下的救援工作。

6.3 工作船和救助船

对于各类工作船，如港作船、供应船、挖泥船等，可根据使用要求，如操纵性，高速性或浅吃水等使用要求配置喷水推进器。对于高海况海洋救助船要求快速出动、应急高效的救助需求，船舶配置喷水推进装置，在高速时相比传统螺旋桨推进可获得更大的推进效率，可满足5级海况下反应迅速、处理高效的航行救助的现实需求。

7 喷水推进装置实船上的维护保养

喷水推进装置没有太多的维护保养要求，通常的保养维护工作如下：每日检查主、备用控制系统和液压油、润滑油的温度颜色及轴封泄漏水情况，每周定时检查喷泵液压软管情况，每月定时检查液压油缸密封，每年定时检查液压油滤器、润滑油滤器的清洁指示，每次上排检查进水流道的腐蚀或磨蚀情况、叶轮轮尖间隙和腐蚀磨损情况、转向斗和倒车斗的轴套磨损情况、机械密封和推力轴承状况，每10000小时测试一次液压主用泵的工作性能。

8 结束语

喷水推进器与其他推进器相比，具有更多优势，特别是在高速船艇上使用可有效发挥优势。一是操纵性能优良，可实现360°回转，多喷泵船舶平移，快速倒车制动能力。二是效率高、抗空泡能力强，中高速時相比其他推进器效率高，抗空泡能力强。三是船体阻力低、吃水浅，喷水推进装置无水下附体，船体阻力较小;轴系水平布置，进水流道藏在船体内，可在浅水区域航行。四是维护要求低，没有外露的推进齿，有效避免了外界的冲击、阻碍，缩短了维修期和日常维护时长。五是运行平滑安静，没有船体震动、高速空泡区和扭矩影响，加上低水下声噪，船舶运行工况舒适。六是靠泊安全，无外露桨叶，救助艇靠近时安全。七是正倒车工况转换时，可实现平滑的主机功率转换。八是主机寿命长，任何工况，主机都不过载;加上喷泵叶轮精确匹配主机功率，任何航速都一样的功率吸收，主机寿命相对较长。

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