基于新海豚轮的泥泵效率与燃油监测系统

闻峣 潘永军

摘要：通过对新海豚轮主要用油设备的耗油情况分别监测统计，结合生产型设备的转数据，并综合泥泵效率子系统的监测结果，与实际生产数据进行相关性研究，可初步计算出油耗与产量较为直观的曲线关系，为船舶生产管理人员对船舶的整体生产效率评估提供依据。

关键词：油耗;产量;轴功率;监测分析

0  引言

舰船轴功率是表征船体和主动力装置性能状态的重要参数之一。通过对轴功率等参数进行监测，并更具监测信息及时采取相应的维护措施，更够有效的提高舰船的动力性，经济性和安全性。燃油的使用情况直接决定了施工效率和施工成本，传统的油耗统计方法和监控手段难以满足公司日益壮大的船队规模与燃油统计要求，对其进行监控可以更科学的安排施工与技术改进。

1  系统总体设计

本系统通过中央处理单元，对燃油和泥泵效率两个子系统的监测数据进行综合采集、处理、计算，并接入原船舶疏浚（IFIX-SCADA）系统，为船舶生产提供辅助的监测功能，提升船舶现场生产与生产数据管理的集成化、自动化水平。（图1）

2  泥泵效率监测子系统

本系统中，通过对泥泵轴功率的检测，实现对泥泵效率的监测功能。采用的技术方法是在主机对泥泵传动轴承上，安装轴功率监测传感器设备，监测主机对泥泵的传动轴功率，并综合主机输出功率计算后，得到的监测数据用于反映泥泵的效率。

本方案旨在为绞吸船新海豚轮的两台舱内泥泵配置轴功率监测装置。实现轴系扭矩、转速和功率在线监测功能。泥泵轴功率监测装置需工作稳定可靠，抗干扰能力强、测量准确，集数据采集、监测和数据存储以及信号输出为一体的装置。同时要求安装方便，安装无需对轴体和机械进行改造和拆解，具有极强的抗干扰能力，可使其在保证精度和频响的同时，可实现长期在线的轴功率监测功能。（图2）

2.1 现场调研

新海豚泥泵与轴系现场图片见图3。

轴系上可供安装测量装置的位置（如图4，红色圈出），长为27cm，轴径19.9cm，表面光滑，无油污。

2.2 测量装置选型

本方案选用TPM2型扭矩功率测量系统（组成如图5）。

该测量装置具有以下特点：

①安装简单不需对轴和机械系统进行改造、拆卸，旋转圈和固定环都可以快速分开并通过螺栓连接在一起套在轴上;

②结构坚固的硬件、高品质的电子封装，适用于各种环境;

③工作可靠旋转圈和固定环之间具有较大间隙，采用感应式供电和数据传输，没有表面摩擦;

④易于套圈旋转圈的设计能自适应轴径的轻微变化，采用常规工具就能将其在轴上套紧。系统状态指示一目了然的系统状态指示灯，方便工程师现场及时发现异常、快速解决问题。

2.3 轴功率信号采集显示

将轴功率测量装置输出的扭矩、转速等信号（串行通讯），通过串口信号服务器（NPORT 5130）接入到疏浚控制系统（DCS），并在DCS的SCADA界面进行显示，同时通过DCS其他疏浚过程测量信号值（如流速、压力等），计算出泥泵功率、效率等。

3  燃油监测子系统

本系统中，燃油监测功能的实现方式是在主要的耗油设备的进/口油管路上，分别安装与其测量介质相适应的高精度质量流量计，通过对设备进出油量的实时计算和累积，来计算相应设备的实时、平均和整体油耗情况，并可通过油耗数据侧面反映施工效率。船舶主要用油设备包括：

①油柜2个，0号柴油（储存温度：常温，工作温度：约50℃）;

②甲板泵2台（日耗油量约4t/d）;

③主机1台（日耗油量约1～2.5/3t/d）;

④疏浚发电机2台（日耗油量约3.5～5/6t/d）;

⑤锅炉1台（日耗油量约1t/d）;

⑥发电机1台（日耗油量约0.5～1t/d）。

3.1 现场调研情况

原计划在油柜处供/回油管路上加装燃油流量计，经过实地勘察，供油管路位置较低，如加装燃油流量计需提前将油柜放空，比较耗时且不安全。另外，供油管路空间狭小，不方便施工及维护保养。回油管路虽然有安装空间，但也存在安全隐患。同时，油柜中的油位会经常低于回油口，这会导致回油管路中进入空气，产生虹吸效应且燃油流量计会处于非满管状态，测量波动大。

甲板泵机前进回油管路是软管，空间小，振动大，不利于燃油流量计安装。然而，进回油管处，空间大，油路改造方便且易于施工及日常维护保养。

主机附近空间大，可通过原有的固定支架改造便可进行加装燃油流量计且进回油主机的管路仍可采用软管连接，方便日后维护。

此处空间狭小，无法加装燃油质量流量计。

疏浚电机的情况与甲板泵机的情况一致。进/回油管路上加装燃油流量计比较合适。空间大，油路改造方便且易于施工及日常维护保养。

经相关船员介绍，锅炉视施工地点及环境情况，择机使用。相对上述主设备而言使用率并不高，且就实地勘察，锅炉主机的进回油管路改造难度大，加装燃油流量计有点难度。

发电机有自带的小油箱（上图中白色管路旁箱体），工作时振动大且供回油路短小，改造加装燃油流量计有点难度。

3.2 燃油监测方案

①燃油流量计均加装于船舶用油设备附近的进回油管路上。

②燃油流量计均采用旁路垂直安装。

③船舶用油设备自身携带燃油泵，但從油柜至用油设备之间无燃油泵。既燃油通过油柜与用油设备的高度差将燃油输送至用油设备，再由用油设备自带燃油泵吸入燃油输送至用油设备中。在目前船舶用油设备一般工作情况下有时会出现供油不足的情况导致船舶拥有设备停机。所以，供油管内燃油的压力较小，加装燃油流量计需尽可能的保证供油管内燃油的压力，确保用油设备不停机。或者在供油回路上加装燃油泵，确保船舶用油设备正常工作。

④涡轮燃油流量计是燃油通过仪表的涡轮从而使涡轮旋转测量，会降低燃油压力，产生较大的压损。涡轮燃油流量计必须确保前10后5的安装距离，远离高振动区域，否则会导致介质的流场不稳定，测量会有波动且影响精度。

⑤質量燃油流量计是燃油通过微弯管产生的振动测量，对燃油的压力影响较小，产生的压损较小。质量燃油流量计对安装距离相对比较宽松，只要保证介质满管，流场稳定即可正常工作，测量较稳定且精度影响较小。

⑥锅炉可采用质量流量计（固定传感器，用软管连接，保证相对长度的直管段）、涡轮流量计（固定传感器，软管连接，再加入25倍直管段长度的软管，软管可以盘成环形，环形直径大于60cm）和采用锅炉的运行信号计算运行时间，估算锅炉的油耗量。

⑦发电机可采用质量流量计（固定传感器，用软管连接，保证相对长度的直管段）、涡轮流量计（固定传感器，软管连接，再加入25倍直管段长度的软管，软管可以盘成环形，环形直径大于60cm）和拟采用综合考虑运行时间与运行功率，系统自动估算发电机的油耗量。

⑧燃油流量计具体尺寸需用户提供详细准确的燃油（温度、压力、粘度、密度等）相关数据。

4  总结

泥泵效率与燃油监测系统，包含轴功率测量子系统和燃油消耗监测子系统俩个部分。

泥泵效率的监测是通过对泥泵轴功率相关参数的检测，经过计算后，反映出泥泵的效率。泥泵是绞吸式挖泥船上通过管道实现连续输送泥浆的关键设备。泥泵装置是由泥泵和直接驱动泥泵的柴油机所组成，包括减速齿轮箱、离合器、高弹性联轴节等在内。在泥泵装置的设计中，合理的解决泥泵与驱动柴油机、泥泵装置及管路的匹配问题，才能使泥泵装置工作在允许范围内，同时又是在泵特性的最佳效率区，能充分利用柴油机的全部功率，从而提高挖泥装置的经济性和工作可靠性。

燃油监测子系统用于实时监测船舶主要用油设备的耗油情况，并累积计算整体油耗，实现耗油与生产效率的相关性监测。在绞吸船上，有主机、发电机、泥泵柴油机、疏浚发电机及锅炉等燃油消耗量较多的设备，通过对上述主要耗油设备的进出油管路安装与其介质相适应的高精度质量流量计，来检测各个设备的实时和累积油耗，从而实现船舶主要设备的燃油监测功能，并可通过上述监测数据与设备远转数据，计算油耗与生产效率的相关性。

参考文献：

[1]舰船轴功率测量与应用研究，1001-8328（2010）05-0014-03.

[2]肖华.舰船动力装置轴功率测量方法研究[D].武汉：武汉理工大学，2009.

[3]中远集运船舶燃油监控系统[J].航海技术，2008（5）：57-59.