對船舶輔機電節能技術的探討

李華

摘要：科學技術的發展為船舶輔機電節能提供了很好的前提條件，通過各種先進技術實現船舶輔機電設備的節能，從而提高船舶輔機的工作效率，促進船舶輔機的持久運行，這是經濟發展和可持續發展的必然要求。永磁同步電動機、變頻調速裝置技術的運用，都為船舶輔機電節能提供了可靠的思路。本文主要就是針對船舶輔機電節能技術來進行分析。

關鍵詞：船舶輔機電；節能；技術

中圖分類號：TE08文獻標識碼： A

1、船舶輔機節能的基本原理

船舶輔機一般包括輔機機械設備和電力拖動系統兩大部分。船舶輔機示意圖如圖1所示。從圖1可以看出，輔機的電力拖動系統包括電動機和電機控制裝置，是輔機的動力源，也是船舶電網的直接用電負荷，因此輔機電力拖動系統是輔機節能的研究重點。

圖1船舶輔機系統示意圖

如前文所述，船舶輔機是為船舶各系統服務的，輔機大多為風機、泵類負載，用于滿足船舶各系統的水量、風量及油量等需求。在船舶航行期間，隨著航行工況、外部環境等的變化，船舶各系統的實際需求是在不斷變化的。由于目前的輔機電力拖動控制比較簡單，一般只有簡單的啟?？刂?，電機的功率輸出無法通過電氣控制來適應系統實際需求的變化。為了減小輔機供給的流量，通常采用截流、回流等流量調節手段，如圖2、圖3所示。

圖2截流示意圖

圖3回流示意圖

其中，截流的原理即為改變管路的阻力特性，最常用的方法就是減小水泵、風機等出口端管路的閥門開度，此時管路阻力增加，出口壓力增加，風機、泵的輸出流量減??；回流的原理即為在風機、泵出口端管路并聯回流管路和回流閥，當輸出流量過大時，開啟回流閥，通過分流的方式來減小輸出給用戶的流量。不論是哪種方式，雖然輸出給用戶的流量減小了，但是輔機電動機的轉速都基本不變，輔機消耗的電功率也基本不變，“大馬拉小車”的能源浪費現象仍然存在。另外，截流期間截流閥兩端壓差增加，閥門的振動和磨損也增加，既會縮短使用壽命還可能產生異常噪聲；回流方式需要增設回流管路，占用了船舶平臺的寶貴空間。所以，要實現輔機節能，就必須使電機功率輸出自適應地跟隨各系統實際需求的變化而變化。因而必須轉變現有的控制方式及管理形式，從船舶輔機電力拖動系統入手，提高電動機運行效率，改進電機控制策略，形成能量精細管理的輔機管理模式。

2、現如今船舶輔機電氣設備節能技術上的不足

要開展對船舶輔機電設備的節能研究，就要按照電設備的重要程度和功能來一一進行考慮。首先是電動機的節能問題。由于船舶電網的主要電負荷均來自于電動機，而且電動機也是船舶輔機電設備的主要動力源，因此電動機在船舶輔機電設備中占據著核心的位置，它的效率和電設備的節能效率有著直接的影響。一般來說，船舶輔機電設備基本不會停止運作，像冷卻水泵、通風機、主軸滑油輪、空調壓縮機等等都處在不停地工作之中，與此相應的，電動機就不可能停止運作，如果僅僅只做一點點改善提高電動機的節能效用，那么整體的船舶電設備節能效果將會非常明顯，這主要是由于電動機設備的運作時間非常長，提高一點效率后在不斷地累積中將會產生極大的節能作用。

由于不同的船舶會裝配不同的電網電制，因此所用到的電動機也有很大的不同。一般可以將電動機分成兩大類，直流電動機和交流異步電動機。一旦船舶航行工況出現了改變，那么相應的電網的電壓就會發展改變，船舶輔機的負載也會產生變化，這些會直接影響到輔機電動機的輸出功率，主要表現為輸出功率值超出了規定的范圍，用過大的功率牽引較小的工作。而電動機的效率就會大大降低，但電能的損耗反而變得更大。對于交流異步電動機來說，功率因數維持在0.8左右最為合適，但是如果輔機的負載大幅度降低，那么電動機的功率因數也會隨之降低，這樣會加大電網電流的無功分量，從而增加網損；而如果換成了直流電動機，由于裝配有電刷，如果工作期間出現了機械換向，那么就會帶來電火花，形成安全隱患，因此需要定期進行更換或者清理，這樣就造成了極大的工作量。

3、節能技術在船舶運行過程中的控制

一般情況下，船舶輔機中大多數都是風機、泵類負載，它們在船舶輔機運行過程中的流量會根據工況的不同而發生變化。因此船舶輔機的額定功率就需要根據規范的最大要求而進行設計，通過調節輔機的流量降低輔機的消耗功率。目前，船舶行業都是采用向下調節的方法對輔機的流量進行調節，但是對能源造成了大量的浪費。

（1）

在上述公式（1）中n為轉速，P為功率，h為揚程，q為流量，通過對公式（1）的分析，我們可以知道功率與轉速的三次方成正比，流量與轉速成正比，功率正比于揚程與流程的乘積。最終得知在管路特性不發生變化的條件下，利用降低轉速的方式對流量進行控制，從而達到節能的效果。

筆者將船舶輔機的風機與泵類等利用調速及截流的措施降低流量進行對比，通過對比結果的分析，我們可以輕易的發現，將出口閥門合理的關小，可以減小管路中的流量，而電氣設備在運行中卻沒有發生變化，因此船舶輔機的特性曲線也不會發生變化的。但是如果對流量利用合理的調速手段進行減小的時候，船舶輔機的特性曲線在運行中就會出現平移的情況。因此我們可以得知在流量得到保障的條件下，合理的調速能實現節能目的。

當電動機使用永磁電動機后，電電機轉速將會變為同步轉速，公式（2）為轉速公式，而且電動機的效率不會受到轉速降低的影響，節能效果更佳明顯。

（2）

在公式（2）中，f是供電頻率，n是電動機轉速，p是電機極對數。通過對公式（2）的分析，我們可以得供電頻率與電機轉速成正比，因此電機轉速最好的調速方式就是變頻方式。隨著科技日益發達，大功率的電力電子器件不斷的發展，為船舶輔機的節能提供了技術條件。

船舶輔機作為船舶的重要組成部分，包括除主機以外的全部輔機動力裝置，因此加強對船舶輔機運行的控制，對節能將會起到很大的幫助。在目前的情況下，船舶輔機的管理依舊是按照一些常規的管理條例進行，對于節能技術的應用還不完善，因此還存在很大的開發潛力。比如，節能技術并沒有體現在輔機流量調節的方式中，采用簡單地機械動作來降低流量，并沒有從源頭上實現功率的調整，這樣使原本可以減少的能量損失大大增加。因此在船舶輔機電氣設備上實現節能技術的應用，加強對輔機運行的控制和優化，從而綜合管理輔機節能。

輔機電氣設備的節能管理專業化程度較高，需要參考各種設備的工況參數和航行的情況，根據船舶運行的實際情況來調節電氣設備最為合理的輸出能力，從源頭上杜絕能源浪費的情況，從而實現節能的目的。一般要對一些工作時間較長又需要經常調節流量供給的設備進行重點管理，有效實現節能，從而提高船舶運行的動力連續性。

總之，船舶輔機電節能是科學發展觀的必然要求，隨著經濟發展的不斷加快，資源和能源的消耗也在日益增加，為了能夠實現長久的發展，減少環境污染，加大對船舶輔機電節能技術的研究迫在眉睫，同時這些技術還有利于提高船舶的續航力，并且可以降低一定的經濟成本，從而帶來更高的利益，實現經濟和生態的共贏。

參考文獻

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