某型全回轉(zhuǎn)港作拖船主動(dòng)力遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（大連遼南船廠，遼寧大連 116041）

0 引言

主動(dòng)力裝置是船舶最主要的裝置。隨著社會(huì)的發(fā)展、經(jīng)濟(jì)水平的提高、科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，船舶機(jī)艙自動(dòng)化程度也變得越來(lái)越高，船舶主動(dòng)力遙控系統(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè)必不可少的部分。主動(dòng)力遙控系統(tǒng)是指從船舶的駕駛室或集控室對(duì)主動(dòng)力進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作，以控制船舶航速和航向的一種控制方式。

工廠建造的某型船（以下簡(jiǎn)稱本船）雖不入級(jí)，但為取證，擬按★CSM入級(jí)符號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)。★CSM符號(hào)表示船舶的推進(jìn)機(jī)械和重要輔助機(jī)械由CCS進(jìn)行產(chǎn)品檢驗(yàn)，而且船舶輪機(jī)和電氣設(shè)備由CCS審圖并在建造中檢驗(yàn)，需符合CCS規(guī)范的規(guī)定[1]。

本船自動(dòng)控制附加標(biāo)志為 BRC，即主推進(jìn)裝置由駕駛室遙控，機(jī)器處所連續(xù)有人值班[1]。

1 主動(dòng)力系統(tǒng)組成

本船是一艘具有良好拖帶能力與操作性能的全回轉(zhuǎn)拖船，其主動(dòng)力系統(tǒng)由雙主機(jī)雙舵槳裝置組成，如圖1所示。主機(jī)為柴油機(jī)；舵槳為Z型全回轉(zhuǎn)舵槳，由一臺(tái)柴油機(jī)通過(guò)萬(wàn)向節(jié)和中間軸驅(qū)動(dòng)。

2 遙控系統(tǒng)控制方式

主機(jī)遙控系統(tǒng)根據(jù)采用設(shè)備及實(shí)現(xiàn)手段的不同，可分為氣動(dòng)式、電動(dòng)式、電氣式、電液式和微機(jī)控制式等幾種控制方式[2]。

圖1 主動(dòng)力系統(tǒng)組成圖

1）氣動(dòng)式主機(jī)遙控系統(tǒng)主要由氣動(dòng)遙控裝置和氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，并配有少量電動(dòng)元件（如電磁閥和測(cè)速電路等）。其主要優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)功率大、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于掌握和管理。但是這種控制方式存在壓力傳遞滯后的現(xiàn)象，因此控制距離受到限制，而且對(duì)氣源要求高，氣動(dòng)元部件容易出現(xiàn)漏氣、臟堵及磨損現(xiàn)象。

2）電動(dòng)式主機(jī)遙控系統(tǒng)的遙控裝置和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均由電動(dòng)元部件構(gòu)成。其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、遙控距離不受限制、控制性能好，能較靈活地實(shí)現(xiàn)各種功能。但其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)功率小，對(duì)管理人員技術(shù)要求高。

3）電氣式主機(jī)遙控系統(tǒng)的遙控裝置主要由電動(dòng)元器件構(gòu)成，而驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由氣動(dòng)元件構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了電動(dòng)式和氣動(dòng)式兩種遙控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，是較完善的遙控系統(tǒng)。

4）電液式主機(jī)遙控系統(tǒng)主要由電動(dòng)遙控裝置與液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。其優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)功率大、可控性好、便于遠(yuǎn)距離控制等。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需設(shè)置液壓油回收系統(tǒng)，并且容易出現(xiàn)漏油和漏氣的現(xiàn)象。

本船采用電氣式主機(jī)遙控系統(tǒng)和電液式舵槳遙控系統(tǒng)。

3 主動(dòng)力遙控系統(tǒng)構(gòu)成及優(yōu)點(diǎn)

本船主動(dòng)力遙控系統(tǒng)主要包括主機(jī)和舵槳的遙控系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.1 主機(jī)遙控系統(tǒng)

主機(jī)遙控系統(tǒng)設(shè)備組成滿足規(guī)范要求[3]，系統(tǒng)框圖如圖2所示。

通常情況下，主機(jī)遙控系統(tǒng)需配置在駕駛室或集控室（若設(shè)有時(shí)）。由于本船船長(zhǎng)僅為28 m，故沒(méi)有設(shè)置集控室。在駕駛室通過(guò)主機(jī)遙控裝置對(duì)主機(jī)進(jìn)行調(diào)速和緊急停車等控制。

圖2 主機(jī)遙控系統(tǒng)圖

主機(jī)遙控系統(tǒng)設(shè)有必要的測(cè)量?jī)x表和檢測(cè)報(bào)警信號(hào)裝置。報(bào)警系統(tǒng)可在有關(guān)控制室對(duì)被監(jiān)控的機(jī)電設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)本身的故障發(fā)出報(bào)警信號(hào)；能對(duì)同時(shí)發(fā)生的所有故障發(fā)出報(bào)警信號(hào)；所有報(bào)警能同時(shí)發(fā)出視覺(jué)和聲響信號(hào)；報(bào)警系統(tǒng)供電連續(xù)，如正常電源發(fā)生故障，能自動(dòng)轉(zhuǎn)換至備用電源，并發(fā)出報(bào)警，滿足規(guī)范要求[3]。

3.2 舵槳遙控系統(tǒng)

舵槳遙控系統(tǒng)設(shè)備組成如圖3所示。

圖3 舵槳遙控系統(tǒng)圖

通常情況下，操舵裝置由主操舵裝置和輔助操舵裝置組成。主操舵裝置設(shè)有 2臺(tái)相同的動(dòng)力設(shè)備，若能在船舶最大航海吃水和以最大營(yíng)運(yùn)航速前進(jìn)時(shí)將舵自一舷35°轉(zhuǎn)至另一舷35°，并可在相同條件下，在不超過(guò)28 s內(nèi)將舵自一舷35°轉(zhuǎn)至另一舷30°，則可不設(shè)置輔助操舵設(shè)備。

本船僅在駕駛室設(shè)置 2個(gè)主操控裝置，其配備Aquapilot控制系統(tǒng)。舵槳通過(guò)駕駛室Aquapilot控制系統(tǒng)來(lái)遙控旋轉(zhuǎn)方位，以實(shí)現(xiàn) 360°全回轉(zhuǎn)。每一臺(tái)舵槳的Aquapilot系統(tǒng)都是一個(gè)帶時(shí)間積分反饋、對(duì)立、隨動(dòng)的控制系統(tǒng)，這意味著每個(gè)舵槳都有一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，一個(gè)舵槳系統(tǒng)發(fā)生故障不會(huì)影響另一個(gè)控制系統(tǒng)。

舵槳遙控系統(tǒng)控制功能比較全面，其主要部件及功能如下所示。

控制手柄的主要功能為：1）控制回轉(zhuǎn)角度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；2）控制0～30°滑差；3）控制離合器合排。

推力方向指示器的主要功能為：1）快速、準(zhǔn)確讀取并指示推進(jìn)方向；2）指示螺旋槳轉(zhuǎn)速、推力。

舵槳滑差離合器控制面板的功能是：1）保護(hù)離合器合排；2）保護(hù)和指示離合器合排；3）指示離合器合排、脫排、滑差狀態(tài)和功能故障。

備用控制面板的功能是給系統(tǒng)提供應(yīng)急的非隨動(dòng)控制，其上有左、右轉(zhuǎn)的按鈕用來(lái)控制回轉(zhuǎn)角度，另一個(gè)旋鈕控制主機(jī)轉(zhuǎn)速。

3.3 主動(dòng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

主動(dòng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括主機(jī)和舵槳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本船機(jī)器處所有人值班，故配置1個(gè)機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警板。主機(jī)、舵槳和全船其他監(jiān)測(cè)報(bào)警點(diǎn)均顯示在此監(jiān)測(cè)報(bào)警板上。

3.3.1 主機(jī)監(jiān)測(cè)

在機(jī)艙報(bào)警板上可顯示相應(yīng)主機(jī)系統(tǒng)報(bào)警點(diǎn)，在駕控臺(tái)主機(jī)顯示板上設(shè)有延伸報(bào)警板。根據(jù)規(guī)范及廠家標(biāo)準(zhǔn)，主機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警點(diǎn)為：1）滑油低壓、高溫、過(guò)濾器處壓力低；2）燃油泄漏；3）淡水壓力低、溫度高；4）海水壓力低；5）主機(jī)自動(dòng)停車項(xiàng)目，即當(dāng)滑油壓力低至0.15 MPa，或主機(jī)超速118%～120%時(shí)，主機(jī)自動(dòng)停車。

3.3.2 舵槳監(jiān)測(cè)

在機(jī)艙報(bào)警板上安裝有操舵系統(tǒng)主報(bào)警顯示器，在駕控臺(tái)舵槳主控制臺(tái)上設(shè)有延伸舵槳報(bào)警單元。根據(jù)規(guī)范及廠家標(biāo)準(zhǔn)，操舵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警點(diǎn)如下。

控制系統(tǒng)報(bào)警點(diǎn)：1）控制箱故障；2）系統(tǒng)電源故障。

潤(rùn)滑系統(tǒng)報(bào)警點(diǎn)：1）潤(rùn)滑油液位低、溫度高；2）離合器控制油壓力低。

回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)報(bào)警點(diǎn)：1）工作油壓力低；2）液壓油油位低、溫度高；3）過(guò)濾器堵塞。

重力油柜報(bào)警點(diǎn)：1）重力油柜油位低；2）氣源壓力低或高。

3.3.3 其他監(jiān)測(cè)

機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警板接收全船必須的設(shè)備綜合報(bào)警信號(hào)和相關(guān)液位報(bào)警信號(hào)，比如有關(guān)發(fā)電機(jī)、鍋爐、空壓機(jī)、污水處理單元、海底閥箱防腐、CO2泄漏、機(jī)艙報(bào)警燈柱等的綜合報(bào)警，以及有關(guān)燃油艙、淡水艙和污油水艙等的液位報(bào)警。

4 設(shè)計(jì)總結(jié)

通過(guò)系泊試驗(yàn)和航行試驗(yàn)，對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行驗(yàn)證。1）在駕駛室駕控臺(tái)使用遙控裝置對(duì)主機(jī)的調(diào)速和緊急停車做3次效用試驗(yàn)，遙控操縱動(dòng)作準(zhǔn)確可靠；2）在駕駛室駕控臺(tái)檢查主機(jī)緊急停車的顯示裝置功能，主機(jī)緊急停車顯示裝置的顯示正確；3）對(duì)主機(jī)滑油、冷卻水的聲光報(bào)警裝置和超速保護(hù)器進(jìn)行模擬試驗(yàn)，遙控站報(bào)警動(dòng)作準(zhǔn)確可靠；4）對(duì)主機(jī)自動(dòng)停車做3次效用模擬試驗(yàn)，自動(dòng)停車動(dòng)作準(zhǔn)確可靠；5）進(jìn)行主機(jī)駕駛室駕控臺(tái)遙控與機(jī)旁就地控制的控制權(quán)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)，檢查兩者之間的聯(lián)鎖功能，優(yōu)先次序滿足規(guī)范要求，即機(jī)旁優(yōu)先，防止了機(jī)械損傷；6）進(jìn)行主機(jī)控制站指示裝置指示功能試驗(yàn)，同一時(shí)刻只在一個(gè)控制站控制。滿足規(guī)范要求；7）進(jìn)行主機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)生故障，遙控站報(bào)警及就地控制試驗(yàn)，遙控站報(bào)警動(dòng)作準(zhǔn)確可靠，可以在就地進(jìn)行控制；8）檢查舵槳裝置的報(bào)警系統(tǒng)功能，對(duì)各報(bào)警點(diǎn)進(jìn)行模擬效用試驗(yàn)，報(bào)警動(dòng)作準(zhǔn)確可靠；9）在駕駛室駕控臺(tái)通過(guò)遙控裝置，檢查舵槳在主機(jī)各種轉(zhuǎn)速情況下的轉(zhuǎn)舵功能：（1）對(duì)單個(gè)舵槳裝置進(jìn)行操縱效用試驗(yàn)，左右舵槳分別進(jìn)行順時(shí)針、逆時(shí)針操縱效用試驗(yàn)，各進(jìn)行三個(gè)循環(huán)，遙控操縱動(dòng)作準(zhǔn)確可靠；（2）對(duì)雙舵槳裝置進(jìn)行操縱效用試驗(yàn)，對(duì)左、右舵槳同時(shí)做順時(shí)針、逆時(shí)針的操縱效用試驗(yàn)，各進(jìn)行三個(gè)循環(huán)，遙控操縱動(dòng)作準(zhǔn)確可靠；（3）在0°、±90°和180°時(shí)，檢查舵角指示器與操縱手柄角度的誤差，誤差滿足廠家標(biāo)準(zhǔn)范圍。

此外，船舶主動(dòng)力遙控系統(tǒng)功能還可進(jìn)一步完善。可根據(jù)不同船東的要求，增加必要的智能遙控設(shè)備，船舶的主動(dòng)力遙控系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)船上遙控，還能實(shí)現(xiàn)岸基遙控，最終達(dá)到船舶無(wú)人駕駛的狀態(tài)。無(wú)人駕駛船舶應(yīng)該是未來(lái)船舶的發(fā)展目標(biāo)和方向，因?yàn)槿祟惤K歸要將自己從航海中無(wú)處不在的危險(xiǎn)和繁重的勞動(dòng)中解脫出來(lái)[4]。

5 結(jié)論

1）主動(dòng)力遙控系統(tǒng)不僅能夠改善船員的工作環(huán)境、減輕船員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高效率，而且能夠提高船舶在運(yùn)行時(shí)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。因此，船舶主動(dòng)力遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是十分有必要的。

2）主動(dòng)力遙控裝置可實(shí)現(xiàn)集成化自動(dòng)化操作，其操縱簡(jiǎn)單，設(shè)有必要的聯(lián)鎖，可防止機(jī)械損傷，能收集主動(dòng)力各監(jiān)測(cè)點(diǎn)報(bào)警信號(hào)。這種裝置正逐步受到人們的重視，極具推廣價(jià)值。

[1] 中國(guó)船級(jí)社. 鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范[S]. 2012.

[2] 中國(guó)船舶工業(yè)總公司. 船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè) 電氣分冊(cè)[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 1997.

[3] 中華人民共和國(guó)海事局. 船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則—國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則[S].2011.

[4] 中國(guó)船級(jí)社. 智能船舶規(guī)范[S]. 2015.