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浅谈液压推进在船舶中的使用作者：龚厚宽来源：《大东方》2016年第06期现代船舶逐渐向大型化、专业化、高速化方向发展，传统的船舶推进方式——柴油机直接推进逐渐表现出一些不适应。
为此，探寻机动性能良好、综合性能优良的推进方式来迎合现代船舶发展的要求已势在必行。
随着各种先进技术的发展，电子、磁流体等技术已经应用于船舶推进装置中，先后出现了电力推进、超导电磁推进、喷水推进等推进方式。
这些推进方式相对于柴油机直接推进方式各有优点，但都存在不足。
本人在分析各种推进方式的优缺点的基础上，结合液压传动技术在船舶中的应用，提出了一种新的推进方式——船舶综合液压推进，说明其优点。
一、现有推进方式及其特点比较现代船舶所应用的推进方式主要有四种：柴油机直接推进、电力推进、超导电磁推进和喷水推进。
这些推进方式的特点如下：柴油机直接推进虽然结构简单，控制方便，但其推进装置功率体积比过大，并且其主机、轴和推进器要求在同一高度，有效舱容小；电力推进似乎是目前最理想的推进方式，但由于其主要元件物理特性的限制，增大船舶功率比较困难；喷水推进与磁流体推进尚在研究阶段，仍有许多问题需要研究解决。
二、船舶综合液压推进船舶液压推进是通过双向变量液压泵来调节螺旋桨的转速与方向，进而实现船舶前进、后退、变速等动作液压泵是为液压传动提供加压液体的一种液压元件，是泵的一种。
它的功能是把动力机（如电动机和内燃机等）的机械能转换成液体的压力能。
输出流量可以根据需要来调节的称为变量泵，流量不能调节的称为定量泵。
液压系统中常用的泵有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵3种。
齿轮泵：体积较小，结构较简单，对油的清洁度要求不严，价格较便宜；但泵轴受不平衡力，磨损严重，泄漏较大。
叶片泵：分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。
这种泵流量均匀，运转平稳，噪音小，工作压力和容积效率比齿轮泵高，结构比齿轮泵复杂。
柱塞泵：容积效率高，泄漏小，可在高压下工作，大多用於大功率液压系统；但结构复杂，材料和加工精度要求高，价格贵，对油的清洁度要求高。
纯水液压传动技术发展现状与存在的问题摘要：液压传动是以流体（液压油液）为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。
它们通过各种元件组成不同功能的基本回路，再由若干基本回路有机地组合成具有一定控制功能的传动系统。
液压传动是机械设备中发展速度最快的技术之一，特别是近年来随着机电一体化技术的发展与微电子、计算机技术相结合，液压传动进入了一个新的发展阶段。
关键词：液压传动纯水液压传动液压技术1.目前我国纯水液压传动发展现状液压传动从17世纪帕斯卡提出静压传递原理、1795年世界上第一台水压机诞生，已有200多年的历史，但由于没有成熟的液压传动技术和液压元件，且工艺制造水平低下发展缓慢，气压传动几乎停滞，早在公元前，埃及人就开始采用风箱产生压缩空气助燃。
从18世纪的产业革命开始逐渐应用于各类行业中。
上世纪30年代，由于工艺制造水平提高，开始生产液压元件，并首先应用于机床。
上世纪50、60、70年代，工艺水平很大提高，液压与气压传动技术也迅速发展，国民经济各个领域，从蓝天到水下，从军用到民用，从重工业到轻工业，到处都有液压与气压传动术，且其水平高低已成为一个国家工业发展水平的标志。
我国液压与气压传动技术从60年代开始发展较快，但其发展速度远远落后于同期发展的日本，主要由于工艺制造水平跟不上，新产品研制开发和发达国家不差上下，纯水液压传动技术是液压领域的前沿发展方向之一，它起源于1605 年发现的帕斯卡定律。
自那时起，液压传动装置一直以水作为工作介质，称为水液压传动时代。
由于种种原因，水液传动一直没有得到充分的发展，直到1906 年，用油压代替了水压传动推功了液压技术的发展，也就是说，现代液压技术是在古老的水压传动技术的基础上发展和完善起来的。
二战期间，尤其是20世纪60、70 年代，液压技术得到了快速发展并日趋完善。
同时，以油液作为介质也存在着环境污染和易燃等问题。
随着社会的发展，人们对人类赖以生存的环境有了一个更高的要求，希望有一个安全无污染、高度文明、美好的环境。
纯水液压传动及应用摘要：纯水液压利用过滤后的自然水作为液压系统的压力工作介质,可以避免环境污染和火灾危险具有价格低廉清洁卫生等优点,概述了纯水液压传动的定义、发展概况,纯水液压传动的特点、水介质特性引起的润滑与密封摩擦与磨损和腐蚀与气蚀等关键技术问题及其在各个行业中的应用。
关键词：纯水液压传动;摩擦与磨损;腐蚀与气蚀;主要特点;1. 引言纯水液压是在20 世纪90 年代初期发展起来的一种新型绿色液压技术,它利用过滤后的自然水直接作为液压系统的工作介质,能避免使用液压油引起的环境污染和火灾安全隐患,节约石油资源并有利于工作人员身体健康,此外其显著优点在于介质价格低廉,,来源广泛,不需冶炼提纯、运输仓储和废液处理,避免介质对诸如纺织物食品和药品等产品的污染.水的自清洁特性使设备维护保养方便.水所具有的粘度低、滑性差、导电性强等特点给纯水液压传动技术的研究与应用带来了困难,需要交叉液压技术材料学摩擦学、化学与精密制造等多学科的综合知识解决，以下主要水介质中的润滑与密封、摩擦与磨损、腐蚀与气蚀等并创建基于水理化特征的纯水液压新设计理论与设计方法。
纯水液压传动是现代液压研究领域的前沿方向之一。
使得纯水液压传动技术在工业生产和其它领域有着十分广泛的应用前景，且对节约能源，保护环境，开发绿色液压产品及可持续发展，都具有重要的意义。
2. 纯水液压传动的发展概况2.1 纯水液压传动的定义纯水液压传动是以纯水（不含任何添加剂，包括淡水和海水）为工作介质，通过驱动装置将原动机的机械能转换为纯水的压力能，然后通过管道、液压控制装置及调节装置等，借助执行装置，将纯水的压力能转换为机械能，驱动负载实现直线或回转运动的液压传动技术。
纯水液压传动发源于十七世纪中叶帕斯卡提出的静压传动原理，在随后的一百多年里，液压传动都是以水作为工作介质，被称为水液压传动的时代。
十八世纪末英国制造出了第一台水压机。
但是由于早期技术水平和生产需求的不足，水液压传动技术一直没有得到广泛的应用和充分的发展。
纯水液压的应用及研究的主要课题张康智,柴光远The Using of Hydraulic System of Pure Water and its Main ResearchZH ANG K an2zhi,CH AI G uang2yuan(西安科技大学,陕西西安 710054)摘 要:用淡水作为工作介质的液压传动技术是近来国内外液压领域普遍关注的研究方向之一,也是前沿课题。
文中描述了水液压传动技术的优缺点,并重点论述了水压传动技术发展应重视的主要研究课题。
关键词:水液压;关键技术;主要研究课题中图分类号:TH137 文献标识码:B 文章编号:100024858(2005)10200092031 引言早期的液压系统使用水作为传动介质,只是由于其润滑和腐蚀问题,以及工作温度的限制,在20世纪20年代被矿物油取代之后,矿物油一直是大多数液压系统的工作介质。
近年来,由于对液压系统的安全性、环保性、节能性以及可持续发展的要求不断增加,用水代替矿物油作为液压系统的工作介质又引起人们的极大的关注。
美国、日本等西方发达国家自20世纪70年代中期开始研究开发水液压技术,部分产品已经在工业中得到应用。
如美国的R.H oward Strasbaugh公司生产的用于半导体集成电路的加工设备,就采用纯水液压技术代替伺服电机及一套机械传动装置。
日本的通产省工业学院及法国的Bronzavia Vir-equipment公司于20世纪80年代研究开发出用于海洋作业的海水液压系统。
我国20世纪90年代开始进行这方面的研究工作。
华中理工大学从20世纪80年代初承担“六五”,“七五”高水基液液压传动重点科技攻关项目的研究, 20世纪90年代以来在此基础上展开海水液压传动技术的研究,于1992年底研制出一台单柱塞式海水液压泵样机。
浙江大学主要开展自来水为介质的相关技术。
由此可见,纯水液压技术的研究已成为国际液压界的一大前沿研究课题。
液力传动装置在工程船舶领域的应用齐凤;李新伟;刘桂英【摘要】以分析液力传动装置工作原理为基础,结合工程船舶应用阀控变速液力偶合传动装置的实例,对装置脱排后轴系带状问题展开分析,从设计、售后服务等方面提出改进建议.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】2页(P168-169)【关键词】液力传动装置;工程船舶;鼓风转矩;轴系带转【作者】齐凤;李新伟;刘桂英【作者单位】中国石油集团济柴动力总厂,济南250306;中国石油集团济柴动力总厂,济南250306;中国石油集团济柴动力总厂,济南250306【正文语种】中文工程船舶通常具有大功率、高吨位等特点，常常需要采用两台柴油机并车工作的推进系统，以确保船舶运行效率。
为实现柴油机功率均衡分布，人们要采用阀控变速液力偶合传动装置进行功率调节。
而在实际应用液力传动装置的过程中，还要加强常见故障现象的分析，以便从设计、售后服务等方面进行改进，实现对装置生产制造全过程的质量管理控制。
1 液力传动装置的工作原理液力传动装置是以液体为工作介质的非刚性轴联器，主要由泵轮与涡轮构成，前者与主动轴连接，后者与从动轴连接。
在工作的过程中，液力传动装置需要将动力传给泵轮，然后利用泵轮将机械能转化成液体动能[1]。
工作介质在泵轮内旋转后，会进入涡轮，使涡轮获得动力，然后实现机械能输出做功。
图1为典型液力传动装置的原始特性曲线，其中，η为效率，λ为力矩系数，i为转速比，即泵轮转速与涡轮转速的比值。
图1 典型液力传动装置的原始特性曲线2 液力传动装置在工程船舶领域的应用2.1 装置选用在工程船舶中应用液力传动装置，采用阀控变速液力偶合传动装置可以在发动机启动时实现空载启动，并且能够在充排油的传动装置中进行接合和脱开。
与传统液力传动装置相比，阀控变速液力偶合传动装置同样具有较好的隔振、过载保护、减缓冲击、带载启动等功能，还能实现无级调速，所以能够轻松实现泵压、泵冲等参数的调节。
水压传动前沿分析应用含水量高且粘度小于5cst液体做为液压传动的介质进行液压传动叫做水压传动。
水压传动比油压传动的历史还要早，从油压传动发明后，油压传动发生了飞跃式发展，出现了各种液压泵，液压阀，油路工作系统。
随着液压技术的发展和整体机械加工制造水平的提升水压传动重新登上了历史舞台，从20世纪80年代一批又一批液压研究者投身于水压传动的研究。
水压传动可用HFA乳化液，纯水，海水当介质。
高温场合一般用乳化液。
水压传动相比液压传动具有明显的优点：生态友好型——水无污染可直接排放；产品友好型——如食品工业、医药工业等；安全性——水无易燃性，可应用于要求防火的工作环境如煤矿；综合经济型——水资源比较广泛，相比石油价格十分低廉。
当然，世界上没有十全十美的好事。
水压传动也有着他本身需要被解决和改善的难点和缺点：1、水的粘度低导致液压件的泄漏量势必增加，这就需要更加精确的机械加工和新型的密封材料和技术；2、水不易形成油膜导致润滑性能差，等条件下泄漏量大约是油液的30倍之多，这就要求水压元件具有超强的耐磨性能；3、水的导电性强使金属在水中易发生电化学反应，这就需要解决耐腐蚀问题；4、水的气化压力高易发生气蚀现象；5、相比油液水的流动状态更容易发生变化；6、水压元件的价格相比油液昂贵的多，丹麦的水压技术国际领先。
针对水介质的物理特性所带来的问题，水压传动技术的研究主要集中在介质、材料、元件、控制等方面。
应用水基液的水压传动技术在西方工业发达国家已经是一门比较成熟的技术，已经广泛应用在采矿、冶金等行业。
应用纯水的纯水液压传动技术则始于本世纪80年代初，现有美国、英国、日本、芬兰、丹麦和德国等国家一直在投入巨大的人力、物力和财力和进行研究和开发，已经取得了重大进展。
目前，我国的纯水液压技术研究也已起步，浙江大学和华中理工大学已经开展了这项技术的研究工作。
值得一提的是，世界上已经有好几家液压公司专门制造用于纯水的水压元件和系统，还有更多的厂家仅生产用于纯水的水压元件，但不能供应整个系统。
水液压技术优势及应用前景【摘要】水液压技术是一种新兴的液压传动技术，具有很大的发展潜力。
本文首先对水液压技术进行了概述，并介绍了研究背景。
接着分析了水液压技术的优势，包括高效能、环保性和节能性等方面。
然后详细讨论了水液压技术在不同领域的应用，包括工程机械和航天航空领域。
通过案例分析，展示了水液压技术在工程中的应用效果。
对水液压技术在航天航空和海洋工程领域的前景进行了展望。
总结了水液压技术的未来发展趋势，并展望了其应用前景。
水液压技术的不断创新和发展将为各个领域的工程应用带来更多可能性。
【关键词】水液压技术、优势、应用前景、工程机械、航天航空、海洋工程、发展趋势、展望。
1. 引言1.1 水液压技术概述水液压技术是一种利用水作为工作介质的液压传动技术，它具有许多优点和特点，逐渐成为工程领域中广泛应用的新技术。
水液压技术相比传统的液压技术有着更高的工作效率、更环保的特点，受到越来越多领域的关注和应用。
水液压技术的基本原理是利用水作为传动介质，通过液压系统将机械能转换成水的压力能，从而驱动液压执行器完成各种工作。
水液压系统具有操作简便、运行稳定、维护成本低等优点，尤其适用于一些对环境要求苛刻的地方。
水液压技术的应用范围非常广泛，可以用于工程机械、航天航空、海洋工程等领域。
在工程机械中，水液压技术可以提高设备的性能和效率，减少能源消耗和环境污染；在航天航空领域，水液压技术的应用可以提高飞行器的可靠性和安全性；在海洋工程中，水液压技术可以应对海水环境的腐蚀和高压问题，可以更好地完成各种工作任务。
水液压技术具有很大的发展前景和应用潜力，随着技术的进步和应用领域的拓展，水液压技术的优势将会得到更广泛的认可和应用。
1.2 研究背景水液压技术在发展初期受到了一定的限制，如水本身的不可压缩性和化学活性容易导致密封材料的损耗等问题。
但是随着材料科学和控制技术的进步，这些困难逐渐被克服，水液压技术的应用范围也得到了扩大。
纯水压传动技术在船舶上的应用初探摘要:纯水压传动技术是直接以纯水为液压传动介质的技术。
纯水介质较之传统的液压油介质,具有环保、价廉、安全等显著优点。
本文主要阐述了纯水压传动技术在船舶机械上应用的优点及关键问题。
并对该技术取代传动液压油在船舶上的应用和推广进行了分析。
纯水压传动技术在船舶机械上具有广阔的应用前景。
关键词:纯水压传动船舶液压液压元件18世纪末英国Joseph Bramah根据帕斯卡提出的静压传递原理制成了世界上第一台水压机,它是最早出现的具有真正意义的液压传动技术,当时所采用的工作介质就是天然淡水,可以说是水压传动技术发展的开端。
纯水压传动技术是直接以纯水(天然淡水或海水,不添加添加剂)为液压传动介质,纯水介质不同于传统的液压油介质,它具有环保、价廉、安全等显著优点。
利用纯水来取代液压油不仅能够缓解未来因石油枯竭带来的能源危机,而且能够避免因液压油泄漏和排放带来的环境污染问题,纯水是一种非常理想的工作介质。
早在近年来,随着绿色设计的兴起和对环境保护与日俱增的关注导致人们重新对现代水压传动产生了浓厚的兴趣。
特别是纯水固有的安全性和清洁性使得人们不用为废油处理、清洗、燃烧和工人的安全而担心,同时,纯水液压传动的性能特征已经在世界工业领域起着日益扩大的作用,它已经成为液压领域新的重要发展方向之一。
目前液压油在船舶机械上得以广泛应用,但其本身对环境具有一定污染性。
随着科技及经济发展,人们对环境的保护,尤其是对海洋环境的保护提出了更高的要求,这集中体现在IMO(国际海事组织)对其成员国在海洋环境保护的要求和MARPOL公约上。
这也就要求远洋船舶对船舶机械中使用的各类油,要严格控制,决不允许将各类油直接入海,这无疑给纯水压传动技术的发展带来了难得的机遇。
纯水压传动技术具有众多的优点,当然要把纯水压传动应用到船舶机械上也面对很多挑战,但纯水压传动技术的应用是大势所趋,现在欧美的一些发达国家都在积极地研究和设计纯水压元件和纯水压系统,我们国家也在积极地研究纯水压传动技术。
1 纯水压传动技术在船舶机械上应用所具有的优点纯水压传动技术具有以下优点。
1.1 纯水压系统对环境友好纯水压传动可以利用纯水作为传动介质,很好的克服了液压油对环境造成的污染。
由于液压油的管路和密封性等问题,船舶液压甲板机械时常发生液压油泄漏的现象。
1t液压油可使1000000 t纯水受到污染,且污染后需要很长的时间才能消除影响;泄漏的油压液可威胁周围环境的动植物生命,甚至致其死亡;泄漏的液压油会使工作场所地面打滑,增加了工作环境中的危险性;泄漏的液压油造成空气中充满了异味,恶化了工作环境。
纯水液压系统不仅能够满足世界上各国环保法规和标准的要求,而且纯水液压系统的泄漏不会对环境造成污染,不需要对纯水进行回收和处理,降低了维护费用,使操作和维护变得更加简单和方便,非常适用于船舶的甲板机械上。
1.2 纯水压系统的介质价格低廉,来源广泛纯水的价格相对于液压油而言,十分便宜,仅为液压油的几千分之一。
由于现代人们环保意识的增强,液压油的废液处理越来越受到重视。
液压油的废液处理代价特别大,通常处理费用与购买成本接近。
而使用纯水作为液压介质就可大大节约成本,特别是对具有大型液压系统的船舶而言,可节省大量的液压油,经济效益可观。
另外,不像液压油那样,纯水的取得不需要考虑冶炼提纯、运输仓储、废液处理等问题;地球上的纯水资源不但丰富而且方便取用,尤其是当船舶在大海中航行时,更容易获得纯水。
1.3 纯水压系统安全性高在船舶上对机械设备和工作介质的安全性要求高,传统的液压油可燃可爆,安全性能差,而纯水介质可以抗燃抗暴,特别适合在高温环境及有防爆要求的工作环境下使用,使用纯水介质可以使船舶机械的操作和管理更安全。
1.4 纯水压系统效率高纯水的粘度远低于液压油,这可以大大降低纯水在管路中运行时的阻力损失。
同时纯水的弹性模量大,压缩损失小。
此外,纯水的压缩系数和热膨胀系数分别仅为液压油的25%和50%,而比热和导热系数分别为液压油的2倍和4～5倍,所以系统的刚度大、温升低,能提高系统动态性能。
以上因素决定了纯水压系统传递效率高。
1.5 纯水压系统结构简单在船舶上使用纯水压液压系统中可以不必设计回水管和水箱,减少系统液压管路的长度;使用纯水压液压系统不必再对系统中的介质进行冷却,减少冷却器及其管路,这些都大大简化了系统结构,使系统操作和管理更方便。
2 纯水压传动技术在船舶机械上应用需要面对的挑战尽管纯水压传动系统具有上述的优点,要把纯水压传动技术应用到船舶机械上还有很多的挑战。
由于纯水介质所具有的粘度低、润滑性差、导电性强、汽化压力高等特点,使得纯水液压传动系统在使用中存在以下问题。
2.1 纯水压系统润滑效果差,易磨损同等温度下,纯水的粘度水的黏度大约只有矿物油的1/40～1/50,故在相同压力下,通过相同密封缝隙的泄漏流量将是矿物油的30～120倍以上,这无疑大大降低纯水压系统的容积效率。
同时由于纯水的粘度低,润滑性就变得很差,在运动摩擦表面难以形成液体润滑膜,也不能形成良好强度的边界膜,很容易造成干摩擦。
纯水压系统中,动压轴承的润滑膜厚度只有油介质的1/50,静压轴承的润滑膜厚度则小于1/3,滚动轴承中根本就很难形成弹性流体润滑膜。
这些都使纯水压系统中的部件磨损加剧,容积效率降低,液压泵寿命缩短。
2.2 纯水压元件及纯水压系统成本高纯水压元件对材料的耐磨和防锈性能要求高,与液压油元件相比,纯水压元件的制造成本高。
由于纯水的粘度小,势必增加液压泵的泄漏,使其容积效率下降。
要提高纯水压系统的容积效率,必须减小摩擦副间的配合间隙,这也就意味着会增加纯水压元件加工和制造成本。
2.3 纯水压元件及纯水压系统易腐蚀纯水的导电性比液压油高许多倍,纯水比液压油有更强的腐蚀能力,能引起大多数金属材料的电化学腐蚀以及大多数高分子材料的化学老化,对液压元件的材料破坏。
即使应用陶瓷材料作为金属零件的表面涂层,也有可能引起涂层或粘结层中特定相的选择性析出及基体界面的缝隙腐蚀。
因此,纯水压元件的材料必须能够与水相容,并且要具有优良的抗水腐蚀性能,这样的材料是很难获得的。
2.4 纯水压元件及纯水压系统易气蚀纯水的汽化压力比液压油的高,随着温度的升高,纯水的汽化能力升高的更快。
这就特别容易诱发纯水的汽化,导致气蚀,剥蚀零件表面材料。
气蚀还会使系统的流量发生变化,容积效率降低,产生压力波动、振动和噪声。
在纯水压系统中,容易发生气蚀的部分位于液压泵配流盘吸、排槽的交界处,泵的吸入口和节流阀阀口。
2.5 纯水压系统运行温度范围小纯水在0℃时会结冰,影响其在低温环境下的使用;纯水在温度高时会汽化,影响其在高温环境下的使用。
一般纯水液压系统运行温度范围是3℃～50℃,比液压油的-20℃～90℃要小得多,这就限制了纯水压系统在船舶机械上的使用。
2.6 纯水压元件性能差与液压油介质相比,纯水存在着粘度低、润滑性差、导电性强、汽化压力高缺点,现有的油压元件不能直接或改进后采用纯水作为工作介质。
同时纯水工作介质会给纯水压系统带来气蚀、腐蚀、磨损等问题,这对纯水压元件的性能要求非常高,造成了纯水压元件不可能像油压元件那样,可以方便的实现调节与控制。
例如纯水压轴向柱塞泵难以向油压柱塞泵那样实现变量控制,纯水压系统中的阀件不能像油压系统中的那样控制灵活。
3 结论现代水压传动技术经过近20年的发展,阻碍水压传动技术发展的一些关键基础技术问题,如腐蚀、气蚀、泄漏、摩擦磨损、水击、水质污染、绝缘等已经得到有效解决,水压传动技术由最初以海水为工作介质应用于海洋水下作业机器人发展到目前以自来水为工作介质应用于焊接机器人、水力加工、食品、锻压、垃圾装运、清扫、水压举升、核动力、轧钢、冶金、矿业等装备上,水压传动技术得到了迅速发展和推广。
可以推测,在未来的几十年,甚至上百年里,随着石油资源的不断减少,矿物油的价格会急剧上升,在加上人们对环境保护和生态保护意识的增强,各国的环保法规将会更加严格。
这些都将使矿物油的应用越来越受到限制,而水作为一种绿色工作介质所具有的优势,是其他任何液体都无法取代的。
目前,应用水基液的水压传动技术已经是一门比较成熟的技术,广泛应用于采矿,冶金等行业。
应用纯水的液压传动技术也取得了重大进展,世界市场上纯水液压元件的压力等级主要有五种。
由于纯水液压传动技术与海洋环境相容、无环境污染、安全、高效、操作简单、性能稳定,在船舶机械上,它必将具有极其广阔的应用前景。
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