CCFJ3380JW型船用交流柴油發電機組的設計開發

摘 要：為適應船舶市場的發展，我公司在船用交流柴油發電機組多年來成功應用的基礎上，設計開發了以8G32柴油機為原動機的CCFJ3380J-W型船用交流柴油發電機組，第一次用于電力推進船舶中，并取得了中國船級社型式認可。

關鍵詞：船用柴油發電機組；設計；試車基地設計

中圖分類號：U665.1 文獻標識碼：A

2 機組的總體布置

機組采用“G32系列船用柴油發電機組”科技項目的研究成果，以8G32柴油機為原動機，發電機組的組成如下（圖1）：

柴油機（8G32）+高彈性聯軸器+雙支承發電機

3 發電機組的開發與設計

3.1 柴油機適應性改進

為了滿足船舶電力推進和各種設備的安裝布置要求，對機組及柴油機配套件作適應性調整。

3.1.1 柴油機增壓器選型

為滿足IMO Ⅱ排放要求，經過系統的匹配計算及在我司臺架的匹配試驗，確定使用發電機組專用的TPL65-A32增壓器與特定的米勒定時凸輪軸匹配，從而達到滿足增壓壓力的同時，降低NOx的排放。

3.1.2 低溫淡水冷卻器選型

因電力推進系統增加了電機的冷卻，8G32所選配的低溫淡水冷卻器無法同時滿足冷卻柴油機和發電機的要求，經計算需增加冷卻面積約10%才能滿足要求，確定采用增加冷卻板片的形式增加冷卻面積。

3.1.3 連桿工藝

由于電力推進系統要求柴油機長期處于高轉速高負荷運行狀態，對柴油機的運動件的要求非常高，因此我們對主要的運動件之一的連桿進行了強化處理，對連桿的大端內孔經噴丸強化處理，以提高機組柴油機的可靠性，這是滿足電力推進柴油機安全運行的重要技術改進之一。

3.1.4 船上安裝布置問題

為適應船上的安裝位置需要，由原來標準配置的每機2個300L空氣瓶改為每船2個1600L空氣瓶，滿足5臺發電機組同時使用的需要并解決空氣瓶安裝布置問題；滑油粗濾器的結構改為進出口直通式DDL200型滑油粗濾器，以解決滑油粗濾器布置問題。

3.2 勵磁調節器和電子調速器的選型與匹配

發電機勵磁調節器選配巴斯勒品牌DECS-200型數字式勵磁調節器，掌握它的調試要點很重要，可以為以后提供借鑒。勵磁調節器對發電機的電壓瞬態、穩態、波動率等特性的自動調節至關重要。比如該機組在做“機組瞬態電壓變化率及恢復穩定時間的測量”試驗的時候，按照型式試驗的要求：在發電機組空載工況、電壓6600V時，合上發電機主開關，突加功率因數為0.4（滯后）以下，電流為208.68A的三相對稱負載。試驗開始均會出現尖峰電壓波動，經過多次調整試驗方法，確定從變壓器低壓側的負荷屏合閘突加負載，這樣測得數據能夠滿足規范要求，而且比規范還要好很多，通過發電機測試儀的波形看出，從變壓器低壓側合閘不會產生很大浪涌電流，證明這種試驗方法是能夠滿足試驗要求的。通過勵磁調節器BESTCOMS調試軟件設置勵磁調節器 “Droop Setting（降落設定）”參數，使無功分配差度為3.6%，以便達到發電機組并車的要求。

柴油機選配美國伍德沃德公司UG20+2301D型電液式調速器，該類型調速器由2301D控制器通過電信號控制UG20液壓式執行器，是第一次應用在G32柴油機配發電機上，調速器的參數與柴油機的匹配直接影響著發電機的調速性能。柴油機調速性能也與柴油機燃油系統有關，比如噴油泵有沒有卡尺現象，每一缸噴油泵油尺阻力是否相同，每一缸噴射燃油量是否均勻，燃油拉桿摩擦力矩是否太大。在調試過程中遇到一些矛盾，當機組穩態調速特性達到要求時，做突加、突卸試驗的時候，瞬態調速特性又不能達到要求，瞬態特性較好的時候，穩態波動又比較大，要尋找這幾者之間的平衡至關重要，也是調試的難點與重點。經過反復調試2301D控制器參數，最終尋找到了穩態和瞬態特性的平衡點，穩態調速特性和瞬態調速特性都較好，達到了規范的要求。通過設置2301D調速器“KW LOAD DROOP %”為3%，當發電機從空載到滿載時頻率（轉速）將下降3%，這樣可以保證有功分配差度調整到3%，滿足并車要求。

3.3 高彈性聯軸器的選型

高彈性聯軸口的選型充分考慮機組的抗沖擊、匹配、扭振性能，同時結合機組的總體設計，以及融入了我公司多年發電機組設計與配套的經驗，最后經過對整個軸系的扭振計算確定高彈性聯軸器的型號為CRS3410，其關鍵技術是：機組軸系的1節4次主共振（127.62r/min）遠離運行轉速，在運行轉速范圍內（240～660 r/min）機組可實現無禁區安全運行。

本項目所選用高彈性聯軸口為伏爾康公司批量生產的成熟產品，質量可靠，有足夠的安全裕度，可保證機組長期額定負荷工作的安全性。

3.4 發電機選型

發電機選用韓國現代發電機，型號為HSJ7 809-10P。

由于發電機組的配套最容易出現軸向竄動的問題，所以我們在配套選型過程中尤為注意。為避免發電機定子與轉子磁場中心偏離可能產生的發電機軸軸向竄動問題，按照多年來我司發電機組的實際使用數據和經驗，給定發電機的軸向間隙盡量小，盡量接近柴油機曲軸軸向竄動的間隙，經型式試驗證明發電機軸無軸向竄動。

3.5 柴油機監控系統設計與發電機外部接線原理圖設計

為適應船用發電機組控制的需要，柴油機監控系統設計介紹如下：

根據與上海西門子、船東、設計院洽談簽訂的CCFJ3380J-W型船用交流柴油發電機組機旁監控系統與集控臺和電站管理系統PMS的電氣接口及技術規范，完成設計CCFJ3380J-W型船用交流柴油發電機組柴油機控制及監測報警系統：采用CFZ-BJ3柴油機監控儀、CFZ-GY3柴油機監測報警箱；CFZ-BJ3型柴油機監控儀滿足多種復雜的自動控制要求，如遠程起動、停車、緊急停車、轉速/頻率調節、恒頻模式等多種控制I/O口，同時具有柴油發電機組熱工況參數實時監測越限報警，通過RS485通訊口與遠程微機監測系統實時通訊，實現船舶發電機組的自動化與人性化的監測與控制。

3.6 總體設計的調整

為解決試驗基地發電機端部突出通道影響機組安全的問題，高彈性聯軸口和發電機按盡可能短的原則進行設計，同時縮短了實船機組的總長。

按照以上各項要求，我們對機組主要性能規格表、機組匹配計算書、機組交貨驗收技術條件、機組軸系扭振計算書、機組安裝布置圖進行了適應性改進并呈報CCS進行審批。

4 3380kW機組試車基地設計與施工

CCFJ3380J-W型船用交流柴油發電機組是我司目前生產的最大船用發電機組，機組的試車要在現有的臺架上進行。通過與有關人員溝通，對現有試車基地進行調查（水池位置，電纜走向，電器設備放置等），制定了設計方案見圖2。

試驗機組位置確定在第4#地基進行，利用車間之間通道及占用總裝車間1跨裝機位置進行布置設計。

根據發電機的外形尺寸，設計基礎對中安裝圖。保持8G32柴油機正常試車的狀態下，設計發電機底座與主機對中連接，主機各管路不變。根據已確定的外圍設備（高壓變壓器1個、高壓柜1個、低壓柜2個、電抗器2個、水阻器4個），考慮電纜長短、位置和場地的大小、布線的難度以及放置高壓設備的安全問題做出具體布置方案。

設計一個水阻器工作時的冷卻水循環系統及安裝圖，包括水箱2個（共80m3），選用100t冷卻水塔2個、水泵7個等。

該地基進行了3380kW機組全負荷調試，基地及外圍設備工作運行良好，并順利進行了機組的型式試驗。

5 設計驗證

按照中國船級社批準的《CCFJ3380J-W型船用交流柴油發電機組（50Hz）型式試驗大綱》，在現場驗船師的監督下，進行了全面的性能測試。測試結果表明：機組各項性能均達到設計要求。

6 結論

CCFJ3380J-W型船用交流柴油發電機組是我司第一次用于電力推進船舶中的產品，發電機的容量和電壓都比較高，在產品質量保證和技術方面都是一次挑戰，但我們克服了各種困難，在設計上達到了電力推進船舶的要求，在調試過程中掌握了進口巴斯勒勵磁調節器和2301D調速器的調試規律。機組的可靠性及穩定性在船上進行了驗證。我們有信心把我公司各型的發電機組推向電力推進船舶市場中。

CCFJ3380J-W型船用交流柴油發電機組是我司歷史上最大功率的船用發電機組，已圓滿完成所有的設計與型式試驗，達到科技項目預定目標。