对船舶辅机电节能技术的探讨

李华

摘要：科学技术的发展为船舶辅机电节能提供了很好的前提条件，通过各种先进技术实现船舶辅机电设备的节能，从而提高船舶辅机的工作效率，促进船舶辅机的持久运行，这是经济发展和可持续发展的必然要求。永磁同步电动机、变频调速装置技术的运用，都为船舶辅机电节能提供了可靠的思路。本文主要就是针对船舶辅机电节能技术来进行分析。

关键词：船舶辅机电；节能；技术

中图分类号：TE08文献标识码： A

1、船舶辅机节能的基本原理

船舶辅机一般包括辅机机械设备和电力拖动系统两大部分。船舶辅机示意图如图1所示。从图1可以看出，辅机的电力拖动系统包括电动机和电机控制装置，是辅机的动力源，也是船舶电网的直接用电负荷，因此辅机电力拖动系统是辅机节能的研究重点。

图1船舶辅机系统示意图

如前文所述，船舶辅机是为船舶各系统服务的，辅机大多为风机、泵类负载，用于满足船舶各系统的水量、风量及油量等需求。在船舶航行期间，随着航行工况、外部环境等的变化，船舶各系统的实际需求是在不断变化的。由于目前的辅机电力拖动控制比较简单，一般只有简单的启停控制，电机的功率输出无法通过电气控制来适应系统实际需求的变化。为了减小辅机供给的流量，通常采用截流、回流等流量调节手段，如图2、图3所示。

图2截流示意图

图3回流示意图

其中，截流的原理即为改变管路的阻力特性，最常用的方法就是减小水泵、风机等出口端管路的阀门开度，此时管路阻力增加，出口压力增加，风机、泵的输出流量减小；回流的原理即为在风机、泵出口端管路并联回流管路和回流阀，当输出流量过大时，开启回流阀，通过分流的方式来减小输出给用户的流量。不论是哪种方式，虽然输出给用户的流量减小了，但是辅机电动机的转速都基本不变，辅机消耗的电功率也基本不变，“大马拉小车”的能源浪费现象仍然存在。另外，截流期间截流阀两端压差增加，阀门的振动和磨损也增加，既会缩短使用寿命还可能产生异常噪声；回流方式需要增设回流管路，占用了船舶平台的宝贵空间。所以，要实现辅机节能，就必须使电机功率输出自适应地跟随各系统实际需求的变化而变化。因而必须转变现有的控制方式及管理形式，从船舶辅机电力拖动系统入手，提高电动机运行效率，改进电机控制策略，形成能量精细管理的辅机管理模式。

2、现如今船舶辅机电气设备节能技术上的不足

要开展对船舶辅机电设备的节能研究，就要按照电设备的重要程度和功能来一一进行考虑。首先是电动机的节能问题。由于船舶电网的主要电负荷均来自于电动机，而且电动机也是船舶辅机电设备的主要动力源，因此电动机在船舶辅机电设备中占据着核心的位置，它的效率和电设备的节能效率有着直接的影响。一般来说，船舶辅机电设备基本不会停止运作，像冷却水泵、通风机、主轴滑油轮、空调压缩机等等都处在不停地工作之中，与此相应的，电动机就不可能停止运作，如果仅仅只做一点点改善提高电动机的节能效用，那么整体的船舶电设备节能效果将会非常明显，这主要是由于电动机设备的运作时间非常长，提高一点效率后在不断地累积中将会产生极大的节能作用。

由于不同的船舶会装配不同的电网电制，因此所用到的电动机也有很大的不同。一般可以将电动机分成两大类，直流电动机和交流异步电动机。一旦船舶航行工况出现了改变，那么相应的电网的电压就会发展改变，船舶辅机的负载也会产生变化，这些会直接影响到辅机电动机的输出功率，主要表现为输出功率值超出了规定的范围，用过大的功率牵引较小的工作。而电动机的效率就会大大降低，但电能的损耗反而变得更大。对于交流异步电动机来说，功率因数维持在0.8左右最为合适，但是如果辅机的负载大幅度降低，那么电动机的功率因数也会随之降低，这样会加大电网电流的无功分量，从而增加网损；而如果换成了直流电动机，由于装配有电刷，如果工作期间出现了机械换向，那么就会带来电火花，形成安全隐患，因此需要定期进行更换或者清理，这样就造成了极大的工作量。

3、节能技术在船舶运行过程中的控制

一般情况下，船舶辅机中大多数都是风机、泵类负载，它们在船舶辅机运行过程中的流量会根据工况的不同而发生变化。因此船舶辅机的额定功率就需要根据规范的最大要求而进行设计，通过调节辅机的流量降低辅机的消耗功率。目前，船舶行业都是采用向下调节的方法对辅机的流量进行调节，但是对能源造成了大量的浪费。

（1）

在上述公式（1）中n为转速，P为功率，h为扬程，q为流量，通过对公式（1）的分析，我们可以知道功率与转速的三次方成正比，流量与转速成正比，功率正比于扬程与流程的乘积。最终得知在管路特性不发生变化的条件下，利用降低转速的方式对流量进行控制，从而达到节能的效果。

笔者将船舶辅机的风机与泵类等利用调速及截流的措施降低流量进行对比，通过对比结果的分析，我们可以轻易的发现，将出口阀门合理的关小，可以减小管路中的流量，而电气设备在运行中却没有发生变化，因此船舶辅机的特性曲线也不会发生变化的。但是如果对流量利用合理的调速手段进行减小的时候，船舶辅机的特性曲线在运行中就会出现平移的情况。因此我们可以得知在流量得到保障的条件下，合理的调速能实现节能目的。

当电动机使用永磁电动机后，电电机转速将会变为同步转速，公式（2）为转速公式，而且电动机的效率不会受到转速降低的影响，节能效果更佳明显。

（2）

在公式（2）中，f是供电频率，n是电动机转速，p是电机极对数。通过对公式（2）的分析，我们可以得供电频率与电机转速成正比，因此电机转速最好的调速方式就是变频方式。随着科技日益发达，大功率的电力电子器件不断的发展，为船舶辅机的节能提供了技术条件。

船舶辅机作为船舶的重要组成部分，包括除主机以外的全部辅机动力装置，因此加强对船舶辅机运行的控制，对节能将会起到很大的帮助。在目前的情况下，船舶辅机的管理依旧是按照一些常规的管理条例进行，对于节能技术的应用还不完善，因此还存在很大的开发潜力。比如，节能技术并没有体现在辅机流量调节的方式中，采用简单地机械动作来降低流量，并没有从源头上实现功率的调整，这样使原本可以减少的能量损失大大增加。因此在船舶辅机电气设备上实现节能技术的应用，加强对辅机运行的控制和优化，从而综合管理辅机节能。

辅机电气设备的节能管理专业化程度较高，需要参考各种设备的工况参数和航行的情况，根据船舶运行的实际情况来调节电气设备最为合理的输出能力，从源头上杜绝能源浪费的情况，从而实现节能的目的。一般要对一些工作时间较长又需要经常调节流量供给的设备进行重点管理，有效实现节能，从而提高船舶运行的动力连续性。

总之，船舶辅机电节能是科学发展观的必然要求，随着经济发展的不断加快，资源和能源的消耗也在日益增加，为了能够实现长久的发展，减少环境污染，加大对船舶辅机电节能技术的研究迫在眉睫，同时这些技术还有利于提高船舶的续航力，并且可以降低一定的经济成本，从而带来更高的利益，实现经济和生态的共赢。

参考文献

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