船舶自动化机舱动力装置与系统的研究

李嘉 付建 李海峰

[摘    要]船舶机械自动化可以有效改善船员的工作环境，使动力装置更加经济可靠，在一定程度上降低船舶的运行成本，为航运业的发展和建设提供了巨大的动力。动力装置自动化是船舶发展的基本前提，只有加强研究才能更好地保证动力装置运行的质量和效果。

[关键词]船舶;自动化;机舱动力装置

[中图分类号]U663.82 [文献标志码]A [文章编号]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

船舶發动机自动化是船舶发展的趋势，可有效提高船舶的工作效率，延长发动机的使用寿命，提高船舶的可操作性，降低驾驶风险。动力装置和系统是整个船舶的核心部件，也是自动化水平发展最快的部分，船舶的建造水平在一定程度上与整艘船的建造工艺水平和设计理念相对应，文章论述了动力装置在船舶机械自动化中的发展。

1 关于船舶轮机自动化机舱动力装置与系统的相关概述

在船舶制造过程中，动力装置与系统能够保证船舶的正常运行，在规划时应当考虑满足船舶的运行条件，并在设计过程中考虑到设备与其他系统的关系，合理有效地选择动力装置与系统的设计构件，只有这样才能满足船舶发动机的设计要求。近年来，船舶生产越来越现代化，舱室自动化程度全面提高。因此，在船舶生产过程中，要强化自动化理念，充分考虑设计系统的自动化程度，加强动力装置与系统空间的改造，从而确保动力装置与系统能够有效地监控和测量整个机舱的性能系统。

1.1 船舶机舱自动化的发展历程

研究表明，船舶机舱自动化系统的发展经历了3个阶段：①用计算机控制和管理整艘船，应用软件管理后，简化了设备的自动化程度，扩大了自动化范围，管理功能更加丰富。一旦发生故障，严重的情况下将直接导致系统瘫痪。②推进集散控制系统的发展，重点解决单机控制的缺陷，如油分离器自动控制、主机远程控制、燃油黏度控制、集中监控系统等。③分散控制系统虽然有很多优点，但也有一些缺点，如系统之间无法沟通，管理困难等。

随着计算机通信的普及，网络微机监控系统应运而生，应用系统完成后，不仅可以单独控制单片机，还可以与不同的单片机整体通信，形成网络监控模式，结合以上两种系统的优点，对今后船舶轮机自动化机舱动力装置与系统的发展具有重要的指导意义。

1.2 船舶机舱向自动化系统发展的重要性

发展船舶机舱自动化的重要性不仅体现在个人的便利性上，更代表着我国现代科学技术应用水平和国家技术应用水平的普及程度，自动化系统的发展很好地反映了我国先进的技术水平，并在国外得到了反映。由此可见，船舶机舱自动化系统的发展对船员的安全、国家的发展具有重要的意义

2 动力装置的基本位置和安装

对于船用发动机，舱室自动动力单元主要如下：减速齿轮箱、短轴、弹性圆柱销联轴器法兰、水力测功器、高弹性联轴器的法兰以及飞轮等部件（见图1）。船用发动机的基本组成可以看出船用发动机整体波结构紧凑，各装置之间整体布置紧凑。因此，总容积小，可在短时间内完成维护，然而，这种类型的船用发动机也有缺陷，例如，在实践中船用发动机的整体柔韧性较弱，使轴无法弯曲。一旦船用发动机的短端受到不可抗拒的压力，它将增加轴承的负荷，并对最后的轴端造成轻微的破坏。

由于船用发动机自动化在实际使用中具有灵活性，需要保证结构在运行时不发生弯曲，从而保证各部分可靠运行。为了保证不弯曲，实际操作必须严格按照规定对船舶轮机进行校准。目前，船舶轮机装置的校准程序主要包括线性校准、功率测量校准和校准优化，现阶段，对于具有一定弹性基础的长轴船舶轮机动力装置，如2万吨以上的海船，一般采用功率测量和优化能力，而对于低吨位船舶，一般采用直线修正。

3 船舶轮机自动化机舱的动力系统设计

3.1 燃油系统

在此阶段，根据能源供应的原材料设计船舶轮机燃油系统。由于船舶轮机燃油系统本身能耗高，其他能量的提供和转换不足以支撑船舶轮机的航行和运输。由于燃油的不稳定性和能量传递的方便性，柴油已成为船舶轮机消耗的最重要的能源。船舶轮机动力系统包括重油系统和轻油系统，两部分通过阀门和管道连接，使重油和轻油可以转换。

以重油系统为基础，重油通常由燃油均质器、压力循环和反冲洗精滤器组成，如图2所示。均质器可对柴油进行精炼、均质和乳化，主要用于柴油的处理和过滤。当柴油经过均质器时，可以对柴油进行基本的处理和清洁，提高柴油的基本燃烧性能和基本燃烧效率，从而节约能源，减少污染;压力循环系统可以借助转炉泵对柴油进行增压和回收，使柴油可以同时连续增压和回收。该电路还伴随着加热系统。在这种转换系统下，可以保证在短期工作期间不需要转换重油和轻油;对于重油系统，还需要计算重油的油耗率，计算船用涡轮流量计造成的油耗，通过水力测功机计算出总消耗量，最后显示出在流动过程中的总消耗量。柴油机在控制室经过过滤均质后，必须用过滤器对过滤单元进行冲洗，以保证燃油单元在过滤过程中能够连续使用。

从燃油分离器的角度来看，选择燃油系统后还需要进一步的油分离和净化，燃料分离器可串联或并联操作，油分离器具有自动分油、除渣、油温自动调节等功能。柴油经过油分离器处理后，黏度设置可在主机上显示。

3.2 自动化机舱的滑油系统

滑油系统也是船舶机舱自动动力装置系统的重要组成部分，一般情况下，滑油系统必须配备科学的温控装置和流体控制装置。该装置能在船舶运行过程中起到良好的润滑作用，对机械空间进行有效地分离和处理，可以更有效地保证油分离器的工作条件和效率，也是保证船舶发动机自动化系统正常运行的基础和重要前提。

3.3 自动化机舱的冷却系统

船舶发动机自动机舱动力系统工作时，机舱内主机、辅机冷却过程采用的系统为闭式冷却系统，机舱内的辅助冷却水在主机缸套内也能有良好的流动能力，这种调节方式可以保证自动化机房冷却系统的性能，降低运行时的能耗。

3.4 自动化机舱的压缩空气系统

压缩空气系统在船舶机舱的自动化运行中也起着关键作用，该系统能有效地将空气压缩成两部分，在为主机运行提供能量的同时，还可以科学地控制主机的运行，系统中用于自动控制的压缩空气必须经过空气净化器的有效净化，净化后的空气必须进行压制，才能更好地保证系统的整体性能。

4 船舶动力装置与系统自动化设计

4.1 基本理念

近年来，船舶自动化水平发展迅速，在能源系统中得到了广泛的应用。在选择动力装置时，必须充分考虑自动化的要求。船舶动力装置与系统自动化必须具备性能系统的保护、监视、测量、显示和停止功能。目前，船舶动力装置与系统自动化的自动控制已经实现了从局部控制到综合自动化的转变过程，技术也越来越完善。船舶动力装置与系统自动化功能包括：①控制垂直转换位置判断、自动转向、自动启动等功能;②速度和负载控制用于信号产生、负载程序等功能的速率;③安全保护、应急操作;④系统故障自检;⑤功能仿真，常用元件主要包括气动元件、机械元件、液压元件、继电器元件等。

4.2 设计方法

（1）对船舶动力装置与系统进行了选型和计算，主柴油机和齿轮模型都必须充分考虑。为了进行初步标定，需要考虑主机功率、所需的主船体尺寸、船舶的有效性能、船速、最佳螺旋桨转速，确定船舶的最大航速和螺旋桨直径，并确定齿轮的模型。有些主柴油机和齿轮不适合自动控制，配件自动化程度低。

（2）设计船舶动力装置与系统。前面已经提到了一些常见的自动化功能，现代船舶动力装置与系统可分为电气部分和气动部分，推进系统核心柴油机的基本自动部件包括：空气分离器转向机构、高压油泵转换机构、高压油泵、空气压力检测和主机转速检测，高压油泵连接控制器、變频器和执行器。船舶自动遥控系统的设计主要由航速、螺旋桨航速、柴油机航速、控制器、航速设定和指挥员6个环节组成，控制器是实现恒速控制的关键环节。以3600 DWT供油船为例，采用双发动机双螺旋桨控制系统，踏板车可以调整速度和方向，集中控制室和机械，使用双发动机控制货油泵。

5 船舶机舱向自动化系统发展的具体应用

自动化的目的是使整个操作过程更加透明。因此，需要对船舶推进系统、发电机动力系统等进行控制。自动操作，简化操作过程，可能只需要一个按钮便可控制其开关，但如果这样操作，势必会增加员工的工作量。如果能够对船舶机舱的控制进行集成，不仅整个操作会更加透明，而且问题和错误也能得到有序解决，使整个操作过程更加简单和快捷，此外，还可以节省人力资源。

6 结束语

目前，船舶动力装置与系统自动化的发展已进入成熟阶段，随着自动化装置的日趋成熟，在船用发动机的研制中，有必要对技术进行更精确的优化，根据目前技术的发展趋势，船舶发动机的自动化需要向智能化方向发展，船舶自动化必须不断优化智能技术，才能更好地控制船舶机械自动化，通过智能控制提高柴油机的整体燃烧效率，从而提高能源系统的性能，保证了不同环境和工况下的自动协调驱动，提高了船舶涡轮的效率。

参考文献

[1] 翟红艳.船舶轮机自动化机舱动力装置与系统[J].建材与装饰，2016（48）：203-204.

[2] 张驰，罗昌波.船舶轮机自动化机舱动力装置与系统研究[J].船舶物资与市场，2020（9）：25-26.

[3] 文盛.船舶轮机自动化机舱动力装置与系统[J].科技尚品，2017（4）：150.