基于新海豚輪的泥泵效率與燃油監(jiān)測系統(tǒng)

聞峣 潘永軍

摘要：通過對新海豚輪主要用油設(shè)備的耗油情況分別監(jiān)測統(tǒng)計，結(jié)合生產(chǎn)型設(shè)備的轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，并綜合泥泵效率子系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果，與實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行相關(guān)性研究，可初步計算出油耗與產(chǎn)量較為直觀的曲線關(guān)系，為船舶生產(chǎn)管理人員對船舶的整體生產(chǎn)效率評估提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：油耗;產(chǎn)量;軸功率;監(jiān)測分析

0? 引言

艦船軸功率是表征船體和主動力裝置性能狀態(tài)的重要參數(shù)之一。通過對軸功率等參數(shù)進行監(jiān)測，并更具監(jiān)測信息及時采取相應(yīng)的維護措施，更夠有效的提高艦船的動力性，經(jīng)濟性和安全性。燃油的使用情況直接決定了施工效率和施工成本，傳統(tǒng)的油耗統(tǒng)計方法和監(jiān)控手段難以滿足公司日益壯大的船隊規(guī)模與燃油統(tǒng)計要求，對其進行監(jiān)控可以更科學的安排施工與技術(shù)改進。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)通過中央處理單元，對燃油和泥泵效率兩個子系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合采集、處理、計算，并接入原船舶疏浚（IFIX-SCADA）系統(tǒng)，為船舶生產(chǎn)提供輔助的監(jiān)測功能，提升船舶現(xiàn)場生產(chǎn)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理的集成化、自動化水平。（圖1）

2? 泥泵效率監(jiān)測子系統(tǒng)

本系統(tǒng)中，通過對泥泵軸功率的檢測，實現(xiàn)對泥泵效率的監(jiān)測功能。采用的技術(shù)方法是在主機對泥泵傳動軸承上，安裝軸功率監(jiān)測傳感器設(shè)備，監(jiān)測主機對泥泵的傳動軸功率，并綜合主機輸出功率計算后，得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)用于反映泥泵的效率。

本方案旨在為絞吸船新海豚輪的兩臺艙內(nèi)泥泵配置軸功率監(jiān)測裝置。實現(xiàn)軸系扭矩、轉(zhuǎn)速和功率在線監(jiān)測功能。泥泵軸功率監(jiān)測裝置需工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強、測量準確，集數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測和數(shù)據(jù)存儲以及信號輸出為一體的裝置。同時要求安裝方便，安裝無需對軸體和機械進行改造和拆解，具有極強的抗干擾能力，可使其在保證精度和頻響的同時，可實現(xiàn)長期在線的軸功率監(jiān)測功能。（圖2）

2.1 現(xiàn)場調(diào)研

新海豚泥泵與軸系現(xiàn)場圖片見圖3。

軸系上可供安裝測量裝置的位置（如圖4，紅色圈出），長為27cm，軸徑19.9cm，表面光滑，無油污。

2.2 測量裝置選型

本方案選用TPM2型扭矩功率測量系統(tǒng)（組成如圖5）。

該測量裝置具有以下特點：

①安裝簡單不需對軸和機械系統(tǒng)進行改造、拆卸，旋轉(zhuǎn)圈和固定環(huán)都可以快速分開并通過螺栓連接在一起套在軸上;

②結(jié)構(gòu)堅固的硬件、高品質(zhì)的電子封裝，適用于各種環(huán)境;

③工作可靠旋轉(zhuǎn)圈和固定環(huán)之間具有較大間隙，采用感應(yīng)式供電和數(shù)據(jù)傳輸，沒有表面摩擦;

④易于套圈旋轉(zhuǎn)圈的設(shè)計能自適應(yīng)軸徑的輕微變化，采用常規(guī)工具就能將其在軸上套緊。系統(tǒng)狀態(tài)指示一目了然的系統(tǒng)狀態(tài)指示燈，方便工程師現(xiàn)場及時發(fā)現(xiàn)異常、快速解決問題。

2.3 軸功率信號采集顯示

將軸功率測量裝置輸出的扭矩、轉(zhuǎn)速等信號（串行通訊），通過串口信號服務(wù)器（NPORT 5130）接入到疏?？刂葡到y(tǒng)（DCS），并在DCS的SCADA界面進行顯示，同時通過DCS其他疏浚過程測量信號值（如流速、壓力等），計算出泥泵功率、效率等。

3? 燃油監(jiān)測子系統(tǒng)

本系統(tǒng)中，燃油監(jiān)測功能的實現(xiàn)方式是在主要的耗油設(shè)備的進/口油管路上，分別安裝與其測量介質(zhì)相適應(yīng)的高精度質(zhì)量流量計，通過對設(shè)備進出油量的實時計算和累積，來計算相應(yīng)設(shè)備的實時、平均和整體油耗情況，并可通過油耗數(shù)據(jù)側(cè)面反映施工效率。船舶主要用油設(shè)備包括：

①油柜2個，0號柴油（儲存溫度：常溫，工作溫度：約50℃）;

②甲板泵2臺（日耗油量約4t/d）;

③主機1臺（日耗油量約1～2.5/3t/d）;

④疏浚發(fā)電機2臺（日耗油量約3.5～5/6t/d）;

⑤鍋爐1臺（日耗油量約1t/d）;

⑥發(fā)電機1臺（日耗油量約0.5～1t/d）。

3.1 現(xiàn)場調(diào)研情況

原計劃在油柜處供/回油管路上加裝燃油流量計，經(jīng)過實地勘察，供油管路位置較低，如加裝燃油流量計需提前將油柜放空，比較耗時且不安全。另外，供油管路空間狹小，不方便施工及維護保養(yǎng)?；赜凸苈冯m然有安裝空間，但也存在安全隱患。同時，油柜中的油位會經(jīng)常低于回油口，這會導致回油管路中進入空氣，產(chǎn)生虹吸效應(yīng)且燃油流量計會處于非滿管狀態(tài)，測量波動大。

甲板泵機前進回油管路是軟管，空間小，振動大，不利于燃油流量計安裝。然而，進回油管處，空間大，油路改造方便且易于施工及日常維護保養(yǎng)。

主機附近空間大，可通過原有的固定支架改造便可進行加裝燃油流量計且進回油主機的管路仍可采用軟管連接，方便日后維護。

此處空間狹小，無法加裝燃油質(zhì)量流量計。

疏浚電機的情況與甲板泵機的情況一致。進/回油管路上加裝燃油流量計比較合適?？臻g大，油路改造方便且易于施工及日常維護保養(yǎng)。

經(jīng)相關(guān)船員介紹，鍋爐視施工地點及環(huán)境情況，擇機使用。相對上述主設(shè)備而言使用率并不高，且就實地勘察，鍋爐主機的進回油管路改造難度大，加裝燃油流量計有點難度。

發(fā)電機有自帶的小油箱（上圖中白色管路旁箱體），工作時振動大且供回油路短小，改造加裝燃油流量計有點難度。

3.2 燃油監(jiān)測方案

①燃油流量計均加裝于船舶用油設(shè)備附近的進回油管路上。

②燃油流量計均采用旁路垂直安裝。

③船舶用油設(shè)備自身攜帶燃油泵，但從油柜至用油設(shè)備之間無燃油泵。既燃油通過油柜與用油設(shè)備的高度差將燃油輸送至用油設(shè)備，再由用油設(shè)備自帶燃油泵吸入燃油輸送至用油設(shè)備中。在目前船舶用油設(shè)備一般工作情況下有時會出現(xiàn)供油不足的情況導致船舶擁有設(shè)備停機。所以，供油管內(nèi)燃油的壓力較小，加裝燃油流量計需盡可能的保證供油管內(nèi)燃油的壓力，確保用油設(shè)備不停機?；蛘咴诠┯突芈飞霞友b燃油泵，確保船舶用油設(shè)備正常工作。

④渦輪燃油流量計是燃油通過儀表的渦輪從而使渦輪旋轉(zhuǎn)測量，會降低燃油壓力，產(chǎn)生較大的壓損。渦輪燃油流量計必須確保前10后5的安裝距離，遠離高振動區(qū)域，否則會導致介質(zhì)的流場不穩(wěn)定，測量會有波動且影響精度。

⑤質(zhì)量燃油流量計是燃油通過微彎管產(chǎn)生的振動測量，對燃油的壓力影響較小，產(chǎn)生的壓損較小。質(zhì)量燃油流量計對安裝距離相對比較寬松，只要保證介質(zhì)滿管，流場穩(wěn)定即可正常工作，測量較穩(wěn)定且精度影響較小。

⑥鍋爐可采用質(zhì)量流量計（固定傳感器，用軟管連接，保證相對長度的直管段）、渦輪流量計（固定傳感器，軟管連接，再加入25倍直管段長度的軟管，軟管可以盤成環(huán)形，環(huán)形直徑大于60cm）和采用鍋爐的運行信號計算運行時間，估算鍋爐的油耗量。

⑦發(fā)電機可采用質(zhì)量流量計（固定傳感器，用軟管連接，保證相對長度的直管段）、渦輪流量計（固定傳感器，軟管連接，再加入25倍直管段長度的軟管，軟管可以盤成環(huán)形，環(huán)形直徑大于60cm）和擬采用綜合考慮運行時間與運行功率，系統(tǒng)自動估算發(fā)電機的油耗量。

⑧燃油流量計具體尺寸需用戶提供詳細準確的燃油（溫度、壓力、粘度、密度等）相關(guān)數(shù)據(jù)。

4? 總結(jié)

泥泵效率與燃油監(jiān)測系統(tǒng)，包含軸功率測量子系統(tǒng)和燃油消耗監(jiān)測子系統(tǒng)倆個部分。

泥泵效率的監(jiān)測是通過對泥泵軸功率相關(guān)參數(shù)的檢測，經(jīng)過計算后，反映出泥泵的效率。泥泵是絞吸式挖泥船上通過管道實現(xiàn)連續(xù)輸送泥漿的關(guān)鍵設(shè)備。泥泵裝置是由泥泵和直接驅(qū)動泥泵的柴油機所組成，包括減速齒輪箱、離合器、高彈性聯(lián)軸節(jié)等在內(nèi)。在泥泵裝置的設(shè)計中，合理的解決泥泵與驅(qū)動柴油機、泥泵裝置及管路的匹配問題，才能使泥泵裝置工作在允許范圍內(nèi)，同時又是在泵特性的最佳效率區(qū)，能充分利用柴油機的全部功率，從而提高挖泥裝置的經(jīng)濟性和工作可靠性。

燃油監(jiān)測子系統(tǒng)用于實時監(jiān)測船舶主要用油設(shè)備的耗油情況，并累積計算整體油耗，實現(xiàn)耗油與生產(chǎn)效率的相關(guān)性監(jiān)測。在絞吸船上，有主機、發(fā)電機、泥泵柴油機、疏浚發(fā)電機及鍋爐等燃油消耗量較多的設(shè)備，通過對上述主要耗油設(shè)備的進出油管路安裝與其介質(zhì)相適應(yīng)的高精度質(zhì)量流量計，來檢測各個設(shè)備的實時和累積油耗，從而實現(xiàn)船舶主要設(shè)備的燃油監(jiān)測功能，并可通過上述監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)備遠轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，計算油耗與生產(chǎn)效率的相關(guān)性。

參考文獻：

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