船舶自動化機艙動力裝置與系統的研究

李嘉 付建 李海峰

[摘? ? 要]船舶機械自動化可以有效改善船員的工作環境，使動力裝置更加經濟可靠，在一定程度上降低船舶的運行成本，為航運業的發展和建設提供了巨大的動力。動力裝置自動化是船舶發展的基本前提，只有加強研究才能更好地保證動力裝置運行的質量和效果。

[關鍵詞]船舶;自動化;機艙動力裝置

[中圖分類號]U663.82 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–00–02

Research on Power Plant and System of Ship Automation Engine Room

Li Jia，Fu Jian，Li Hai-feng

[Abstract]Ship machinery automation can effectively improve the working environment of the crew， make the power plant more economical and reliable， reduce the operating cost of the ship to a certain extent， and provide a huge impetus for the development and construction of the shipping industry. Power plant automation is the basic prerequisite for ship development. Only by strengthening research can the quality and effect of power plant operation be better guaranteed.

[Keywords]ship; automation; engine room power plant

船舶發動機自動化是船舶發展的趨勢，可有效提高船舶的工作效率，延長發動機的使用壽命，提高船舶的可操作性，降低駕駛風險。動力裝置和系統是整個船舶的核心部件，也是自動化水平發展最快的部分，船舶的建造水平在一定程度上與整艘船的建造工藝水平和設計理念相對應，文章論述了動力裝置在船舶機械自動化中的發展。

1 關于船舶輪機自動化機艙動力裝置與系統的相關概述

在船舶制造過程中，動力裝置與系統能夠保證船舶的正常運行，在規劃時應當考慮滿足船舶的運行條件，并在設計過程中考慮到設備與其他系統的關系，合理有效地選擇動力裝置與系統的設計構件，只有這樣才能滿足船舶發動機的設計要求。近年來，船舶生產越來越現代化，艙室自動化程度全面提高。因此，在船舶生產過程中，要強化自動化理念，充分考慮設計系統的自動化程度，加強動力裝置與系統空間的改造，從而確保動力裝置與系統能夠有效地監控和測量整個機艙的性能系統。

1.1 船舶機艙自動化的發展歷程

研究表明，船舶機艙自動化系統的發展經歷了3個階段：①用計算機控制和管理整艘船，應用軟件管理后，簡化了設備的自動化程度，擴大了自動化范圍，管理功能更加豐富。一旦發生故障，嚴重的情況下將直接導致系統癱瘓。②推進集散控制系統的發展，重點解決單機控制的缺陷，如油分離器自動控制、主機遠程控制、燃油黏度控制、集中監控系統等。③分散控制系統雖然有很多優點，但也有一些缺點，如系統之間無法溝通，管理困難等。

隨著計算機通信的普及，網絡微機監控系統應運而生，應用系統完成后，不僅可以單獨控制單片機，還可以與不同的單片機整體通信，形成網絡監控模式，結合以上兩種系統的優點，對今后船舶輪機自動化機艙動力裝置與系統的發展具有重要的指導意義。

1.2 船舶機艙向自動化系統發展的重要性

發展船舶機艙自動化的重要性不僅體現在個人的便利性上，更代表著我國現代科學技術應用水平和國家技術應用水平的普及程度，自動化系統的發展很好地反映了我國先進的技術水平，并在國外得到了反映。由此可見，船舶機艙自動化系統的發展對船員的安全、國家的發展具有重要的意義

2 動力裝置的基本位置和安裝

對于船用發動機，艙室自動動力單元主要如下：減速齒輪箱、短軸、彈性圓柱銷聯軸器法蘭、水力測功器、高彈性聯軸器的法蘭以及飛輪等部件（見圖1）。船用發動機的基本組成可以看出船用發動機整體波結構緊湊，各裝置之間整體布置緊湊。因此，總容積小，可在短時間內完成維護，然而，這種類型的船用發動機也有缺陷，例如，在實踐中船用發動機的整體柔韌性較弱，使軸無法彎曲。一旦船用發動機的短端受到不可抗拒的壓力，它將增加軸承的負荷，并對最后的軸端造成輕微的破壞。

由于船用發動機自動化在實際使用中具有靈活性，需要保證結構在運行時不發生彎曲，從而保證各部分可靠運行。為了保證不彎曲，實際操作必須嚴格按照規定對船舶輪機進行校準。目前，船舶輪機裝置的校準程序主要包括線性校準、功率測量校準和校準優化，現階段，對于具有一定彈性基礎的長軸船舶輪機動力裝置，如2萬噸以上的海船，一般采用功率測量和優化能力，而對于低噸位船舶，一般采用直線修正。

3 船舶輪機自動化機艙的動力系統設計

3.1 燃油系統

在此階段，根據能源供應的原材料設計船舶輪機燃油系統。由于船舶輪機燃油系統本身能耗高，其他能量的提供和轉換不足以支撐船舶輪機的航行和運輸。由于燃油的不穩定性和能量傳遞的方便性，柴油已成為船舶輪機消耗的最重要的能源。船舶輪機動力系統包括重油系統和輕油系統，兩部分通過閥門和管道連接，使重油和輕油可以轉換。

以重油系統為基礎，重油通常由燃油均質器、壓力循環和反沖洗精濾器組成，如圖2所示。均質器可對柴油進行精煉、均質和乳化，主要用于柴油的處理和過濾。當柴油經過均質器時，可以對柴油進行基本的處理和清潔，提高柴油的基本燃燒性能和基本燃燒效率，從而節約能源，減少污染;壓力循環系統可以借助轉爐泵對柴油進行增壓和回收，使柴油可以同時連續增壓和回收。該電路還伴隨著加熱系統。在這種轉換系統下，可以保證在短期工作期間不需要轉換重油和輕油;對于重油系統，還需要計算重油的油耗率，計算船用渦輪流量計造成的油耗，通過水力測功機計算出總消耗量，最后顯示出在流動過程中的總消耗量。柴油機在控制室經過過濾均質后，必須用過濾器對過濾單元進行沖洗，以保證燃油單元在過濾過程中能夠連續使用。

從燃油分離器的角度來看，選擇燃油系統后還需要進一步的油分離和凈化，燃料分離器可串聯或并聯操作，油分離器具有自動分油、除渣、油溫自動調節等功能。柴油經過油分離器處理后，黏度設置可在主機上顯示。

3.2 自動化機艙的滑油系統

滑油系統也是船舶機艙自動動力裝置系統的重要組成部分，一般情況下，滑油系統必須配備科學的溫控裝置和流體控制裝置。該裝置能在船舶運行過程中起到良好的潤滑作用，對機械空間進行有效地分離和處理，可以更有效地保證油分離器的工作條件和效率，也是保證船舶發動機自動化系統正常運行的基礎和重要前提。

3.3 自動化機艙的冷卻系統

船舶發動機自動機艙動力系統工作時，機艙內主機、輔機冷卻過程采用的系統為閉式冷卻系統，機艙內的輔助冷卻水在主機缸套內也能有良好的流動能力，這種調節方式可以保證自動化機房冷卻系統的性能，降低運行時的能耗。

3.4 自動化機艙的壓縮空氣系統

壓縮空氣系統在船舶機艙的自動化運行中也起著關鍵作用，該系統能有效地將空氣壓縮成兩部分，在為主機運行提供能量的同時，還可以科學地控制主機的運行，系統中用于自動控制的壓縮空氣必須經過空氣凈化器的有效凈化，凈化后的空氣必須進行壓制，才能更好地保證系統的整體性能。

4 船舶動力裝置與系統自動化設計

4.1 基本理念

近年來，船舶自動化水平發展迅速，在能源系統中得到了廣泛的應用。在選擇動力裝置時，必須充分考慮自動化的要求。船舶動力裝置與系統自動化必須具備性能系統的保護、監視、測量、顯示和停止功能。目前，船舶動力裝置與系統自動化的自動控制已經實現了從局部控制到綜合自動化的轉變過程，技術也越來越完善。船舶動力裝置與系統自動化功能包括：①控制垂直轉換位置判斷、自動轉向、自動啟動等功能;②速度和負載控制用于信號產生、負載程序等功能的速率;③安全保護、應急操作;④系統故障自檢;⑤功能仿真，常用元件主要包括氣動元件、機械元件、液壓元件、繼電器元件等。

4.2 設計方法

（1）對船舶動力裝置與系統進行了選型和計算，主柴油機和齒輪模型都必須充分考慮。為了進行初步標定，需要考慮主機功率、所需的主船體尺寸、船舶的有效性能、船速、最佳螺旋槳轉速，確定船舶的最大航速和螺旋槳直徑，并確定齒輪的模型。有些主柴油機和齒輪不適合自動控制，配件自動化程度低。

（2）設計船舶動力裝置與系統。前面已經提到了一些常見的自動化功能，現代船舶動力裝置與系統可分為電氣部分和氣動部分，推進系統核心柴油機的基本自動部件包括：空氣分離器轉向機構、高壓油泵轉換機構、高壓油泵、空氣壓力檢測和主機轉速檢測，高壓油泵連接控制器、變頻器和執行器。船舶自動遙控系統的設計主要由航速、螺旋槳航速、柴油機航速、控制器、航速設定和指揮員6個環節組成，控制器是實現恒速控制的關鍵環節。以3600 DWT供油船為例，采用雙發動機雙螺旋槳控制系統，踏板車可以調整速度和方向，集中控制室和機械，使用雙發動機控制貨油泵。

5 船舶機艙向自動化系統發展的具體應用

自動化的目的是使整個操作過程更加透明。因此，需要對船舶推進系統、發電機動力系統等進行控制。自動操作，簡化操作過程，可能只需要一個按鈕便可控制其開關，但如果這樣操作，勢必會增加員工的工作量。如果能夠對船舶機艙的控制進行集成，不僅整個操作會更加透明，而且問題和錯誤也能得到有序解決，使整個操作過程更加簡單和快捷，此外，還可以節省人力資源。

6 結束語

目前，船舶動力裝置與系統自動化的發展已進入成熟階段，隨著自動化裝置的日趨成熟，在船用發動機的研制中，有必要對技術進行更精確的優化，根據目前技術的發展趨勢，船舶發動機的自動化需要向智能化方向發展，船舶自動化必須不斷優化智能技術，才能更好地控制船舶機械自動化，通過智能控制提高柴油機的整體燃燒效率，從而提高能源系統的性能，保證了不同環境和工況下的自動協調驅動，提高了船舶渦輪的效率。

參考文獻

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