船舶轮机自动化机舱动力装置与系统

文盛

摘 要：船舶轮机动力装置与系统设计需要满足船用条件、符合国际公约或规则、相关法律法规、考虑动力系统内部以及外部装置的协同与相互作用，动力系统设计过程中，需要考虑设计模块化、参数化、规范化，整个动力系统中齿轮箱、助推柴油机需布局紧凑。船舶轮机动力装置与系统自动化能够实现进行保护、监视、测量、指示、调整、变换与控制等工作，设计时先进行船舶动力系统选型计算，而后设计与之匹配的自动化系统。

关键词：船舶轮机；自动化；机舱；动力装置；动力系统

船舶轮机自动化是船舶发展的趋势，能够有效的提高机轮的工作效率，延长轮机的使用寿命，缩短人工操作的流程，提高船舶的可操作性，降低驾驶风险。动力装置与系统是整个船舶中的核心组成部分，也是自动化水平发展最快的部分，動力装置与系统的建设水平一定程度代表整个船舶的建造工艺水平、设计理念。本次研究就船舶轮机自动化机舱动力装置与系统发展情况进行概述。

1 船舶的动力装置与系统

船舶的动力系统是确保船舶正常航行、作业、停泊以及乘客、驾驶者工作与生活所需的系统，是一个复杂的机电设备工程系统。一个理想的动力系统应考虑以下几点：①需要符合船用条件，满足船舶的环境、空间、使用、运行与保障条件；②符合国际公约或规则、相关法律法规，符合全面系统以及综合设计思想；③考虑动力系统内部装置的协同、相互作用，同时考虑与整个船舶其他设备、系统的相互关系。机舱动力装置与系统设计方法主要可分为并行设计、优化设计、模块化设计、协同设计、虚拟设计等方法，其中虚拟设计是基于计算机技术发展而来，以仿真、产品全寿命周期建模为基础，采用人工智能、并行工程等多种先进技术于一体设计方法，极大的提高了设计质量，缩短了设计周期与设计成本，在海军船舶设计与建造中发挥重要作用。当前工业产品呈多样化发展，船舶的动力装置可供选择的品种较多，船舶的零件中还能多，功能结构非常复杂，一个企业往往无法生产，在船舶动力系统设计过程中，便需要采用一定的约束条件，选择合适的组件，进行组合，以满足整个系统设计需求。在动力系统设计过程中，需要考虑设计模块化、参数化、规范化，同时满足多样化与个体化的用户需求。船舶的动力系统一般分为主推动柴油机、齿轮箱两个部分，也是主机控制系统的主要组成部分，主推进柴油机是主动力系统的心脏。以3600DWT供油船举例，其属于高速柴油机，适合在小型船舶上安装。齿轮箱是传动设备，包括齿轮变速器、离合器、弹性联轴器、线性联轴器等，功能上助推柴油机与齿轮箱是完整的，布局紧凑。

2 船舶动力装置与系统自动化设计

2.1 基本理念

近年来船舶的自动化水平飞速发展，被广泛用于动力系统之中，在选择动力装置、设计动力系统时，需要充分考虑自动化设计需求，在前文提到的设计原则基础上，需要考虑是否能够进行自动化的改造，与其他自动化系统匹配。动力系统的自动化系统需要能够对动力系统进行保护、监视、测量、指示、调整、变换与控制等工作。与其他系统一样，船舶的自动化是指能够通过智能技术，综合分析整个船舶各系统情况、行驶状态、外部环境等因素，向动力系统发出指令，从而实现自动操作，目前尚没有完全不依赖于人的船舶系统，但在部分船舶早已实现自动巡航功能。自动系统中控制器、控制对象（动力系统）是两个关键组成部分，当前船舶的动力系统自动化控制已实现局部控制化向全面自动化转变历程，技术越来越完善。

船舶的动力系统自动化功能主要包括：①操作纵向转换位置判断、自动转向、自动起始等功能逻辑控制；②转速负荷控制：转速信号发生速率限制和负荷程序等功能；③安全保护、应急操作；④系统故障自检；⑤功能模拟操作等。常用的元器件主要包括气动元器件、机械元器件、液压元器件、继电器元件等，随着微型计算机的广泛应用，船舶主机自动控制已初步实现了计算机综合控制化。

2.2 设计方法

首先，需要进行船舶动力系统选型计算，主推进柴油机、齿轮箱型号需综合考虑匹配问题，初步匹配需要考虑船体的主尺度、船舶有效功率、船舶航速、螺旋桨直径、螺旋桨最佳转速等所需主机功率，而后确定船舶能够达到的最高航速、螺旋桨直径等，确定齿轮箱的型号参数。需注意的是，有些主柴油机、齿轮箱是不适合自动化控制的，配件本身自动化水平低。

其次，设计自动化系统，前文提到了部分常见的自动化功能配置。现代建造的船舶动力系统自动化系统可分为电动部分与气动部分两个组成部分，船舶动力系统厂家一般提供气动部分，在建造船舶时，会建成完整的动力系统自动遥控装置系统。动力系统的核心柴油机，基本的自动化配元件包括空分器转向机构、高压油泵换向机构、高压油泵、气压检测、主机转速检测，其中高压油泵又连接调速器转换器、VIT执行器，换向机构与气动操作系统连接，变速元件与电子调速器连接，整个船舶能够通过主机遥控系统实现驾驶操作、集控操作、机旁操作。船舶主机自动遥控系统设计上主要包括航行速度、螺旋桨转速、柴油机转速、调速器，转速设定值以及指令发射器6个环节，调速器是实现恒速控制的关键环节，转速的检测主要经过磁脉冲测速装置完成。调速器是完成调速和执行的装置，通过比例积分调节实现，近年来电子调速器逐渐取代了机械调速器。以3600DWT供油船为例，控控制系统为双机、双桨，可在驾驶室、集控室、机旁进行调速变向，货控室、机旁控制货油泵，实现了一机双用。

3 小结

当前，船舶轮机动力装置与系统设计理念、方法不断进步发展，设计师的工作负荷明显减轻，但自动化的设计所涉及的领域只是也越来越广，跨学科理念作用越来越明显，设计师们不能固步自封，在坚持基本的设计原则基础上，了解当前柴油机元器件的特性，坚持科学设计原则，同时勇于创新，设计具有自身特殊的自动化动力系统。

参考文献

[1]袁成清，白秀琴，郭智威，等.基于摩擦学的船舶动力系统能效提升研究[J].船海工程，2016，（1）：91-98，102.

[2]袁伟，陈红卫，俞孟蕻.船舶动力定位系统虚拟仿真实验平台[J].实验室研究与探索，2015，（4）：68-71.

（作者单位：常州玻璃钢造船厂有限公司）