一種適用于船舶復(fù)雜機艙的改進型變頻通風(fēng)控制邏輯

穆建樹，黃志勇

(大連船舶重工集團設(shè)計研究院有限公司，遼寧 大連 116006)

0 引 言

船舶機艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計用于給機艙內(nèi)所有設(shè)備提供充足的燃燒/消耗空氣，并且為其提供一個可接受的工作環(huán)境[1]。為此，通常機艙內(nèi)需要維持約50 Pa的正壓，溫升不超過12.5 K。

機艙通風(fēng)量設(shè)計一般根據(jù)ISO 8861：1988(E)[2]進行計算，滿足在最高環(huán)境溫度條件下主機、柴油發(fā)電機及鍋爐等設(shè)備針對最大工況的空氣需要。但是在實船運行時，環(huán)境溫度是隨時變化的，機艙內(nèi)主要設(shè)備的運行工況也是千差萬別的。因此，機艙通風(fēng)可采用變頻風(fēng)機，用于在不必要全速運作時降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速，進而達到節(jié)能降耗的目的[3]。

通常，機艙變頻風(fēng)機的控制邏輯基于艙內(nèi)外壓差傳感器(Pressure Difference Transmitter,PDT)和排風(fēng)溫度傳感器(Temperature Transmitter,TT)反饋信號，其中PDT安裝在煙囪排風(fēng)百葉窗附近，并且PDT比TT具有優(yōu)先權(quán)，以便保證機艙內(nèi)需要的正壓。大型商船機艙的布置非常復(fù)雜，包含許多輪機設(shè)備和一些獨立艙室，例如發(fā)電機室、凈油機室、機修間、集控室等。但是，機艙通風(fēng)卻由一套公用的機械送風(fēng)系統(tǒng)提供服務(wù)，一般包括并行的2臺或4臺風(fēng)機。對于機艙變頻風(fēng)機控制而言，一個具有挑戰(zhàn)性的課題是如何保證給位于獨立艙室內(nèi)的輔助設(shè)備在風(fēng)機運行情況下針對任何工況可提供充足的空氣。以某大型11萬噸原油船為例，介紹一種改進型機艙變頻風(fēng)機控制邏輯。

1 機艙布置情況

在該船上，機艙分為若干層，包括機艙內(nèi)底、機艙4平臺、機艙3平臺、機艙2平臺、上甲板和機艙棚煙囪內(nèi)的A甲板、B甲板、C甲板、駕駛甲板、羅經(jīng)甲板。主機安裝在機艙內(nèi)底，其渦輪增壓進氣口位于機艙3平臺高度。3臺發(fā)電機分成2組，2臺位于機艙3平臺的1號發(fā)電機室，1臺位于該平臺的2號發(fā)電機室；獨立的凈油機室、機修間也位于該平臺。獨立的集控室位于機艙2平臺；深井泵液壓單元位于該平臺艏部，在深井泵液壓單元中有5臺深井泵由柴油機驅(qū)動，3臺深井泵由電機驅(qū)動；鍋爐位于該平臺右舷-艉部。

2 機艙通風(fēng)布置

該船的機艙通風(fēng)系統(tǒng)包含4組并行風(fēng)管系統(tǒng)，每組配有1臺變頻軸流供風(fēng)機(按4×25%配置)，4臺風(fēng)機中2臺為可逆風(fēng)機，用于可能發(fā)生的機艙內(nèi)滅火后污濁空氣排除。供風(fēng)通過風(fēng)管送至機艙內(nèi)各處。自然排風(fēng)通過位于煙囪頂部的排風(fēng)百葉窗。

為實現(xiàn)送風(fēng)機的變頻控制，PDT01安裝在煙囪排風(fēng)百葉窗附近，總溫度傳感器TT01安裝在上甲板高度、位于機艙棚進入煙囪處。此外，考慮到機艙布置的復(fù)雜性，3個輔助溫度傳感器TT02、TT03和TT04分別安裝在1號發(fā)電機室、2號發(fā)電機室和凈油機室內(nèi)。機艙通風(fēng)簡圖如圖1所示。

圖1 機艙通風(fēng)簡圖

3 控制邏輯

在通常情況下，機艙4臺供風(fēng)機并行運行，即變頻控制器同步控制4臺風(fēng)機，并根據(jù)PDT和TT的反饋信號進行風(fēng)機的加速或者降速。由于風(fēng)機電機最大頻率為60 Hz，根據(jù)實船風(fēng)管布置和以往經(jīng)驗，將最低風(fēng)機電機頻率設(shè)定為30 Hz。這樣，機艙送風(fēng)機在30～60 Hz的頻率范圍內(nèi)運行，根據(jù)PDT和TT的反饋信號，為機艙提供最高設(shè)計風(fēng)量50%～100%的空氣。

PDT比TT具有優(yōu)先權(quán)，即機艙內(nèi)預(yù)設(shè)的 50 Pa正壓(該數(shù)值在調(diào)試階段及實船運行時可根據(jù)作業(yè)人員的經(jīng)驗進行調(diào)節(jié))必須優(yōu)先給予保證，以便主機在任何時候均能得到充足的燃燒所需空氣。

為簡化邏輯，加速設(shè)置為根據(jù)傳感器反饋信號直接將所需增速的風(fēng)機調(diào)至最大轉(zhuǎn)速。如果PDT小于設(shè)定值Pst，則將所有風(fēng)機調(diào)至最大轉(zhuǎn)速；如果TT01大于設(shè)定值Tst1(45 ℃)，則將所有風(fēng)機調(diào)至最大轉(zhuǎn)速；如果TT02或TT04大于設(shè)定值Tst2(45 ℃)，則將風(fēng)機ER-2調(diào)至最大轉(zhuǎn)速；如果TT03大于設(shè)定值Tst3(45 ℃)，則將風(fēng)機ER-4調(diào)至最大轉(zhuǎn)速；運行3 min后，再次檢查傳感器反饋值。TT的Tst1、Tst2、Tst3的預(yù)設(shè)定值可在機艙變頻風(fēng)機控制板上手動設(shè)置，通常在35～45 ℃。

如果PDT反饋值超過預(yù)設(shè)值Pst，則風(fēng)機變頻控制板將檢查TT01的反饋；如果TT01小于預(yù)設(shè)值Tst1(該預(yù)設(shè)值在調(diào)試時和實船運行時可調(diào)整)，則風(fēng)機變頻控制板檢查TT02或TT04的反饋；如果TT02和TT04均小于預(yù)設(shè)值Tst2，則風(fēng)機變頻控制板再檢查TT03的反饋；如果TT03小于預(yù)設(shè)值Tst3，則允許全部風(fēng)機根據(jù)風(fēng)機制造商推薦的步幅降速(例如，按10%或更大幅度)；運行3 min后，再次檢查傳感器的反饋值。

機艙變頻風(fēng)機控制邏輯流程如圖2所示。

圖2 機艙變頻風(fēng)機控制邏輯流程

4 結(jié) 語

改進型變頻通風(fēng)控制邏輯在某大型11萬噸原油船上得到驗證。試航顯示，在該船設(shè)計吃水全速運行過程中，4臺機艙風(fēng)機在80%負荷狀態(tài)下平穩(wěn)運行，能耗約為設(shè)計最大功耗的50%，受到船舶所有人的好評。采用該控制邏輯時，需要特別注意傳感器的位置和調(diào)試過程中初始值的設(shè)定，其中TT應(yīng)遠離散熱熱源和風(fēng)口、置于氣流相對平穩(wěn)的地方，PDT應(yīng)注意高低壓取樣點的選取和初始壓差的校準。