船舶雙機并車調速器控制方法介紹

溫進超 吳敏

摘要：隨著船舶載重量越大，所需的推進功率也越來大，以柴油機作為動力的推進系統采用雙機并車的運行方式日漸增多，本文介紹了雙機并車技術的現狀、采用的并車方式以及對雙機并車控制方法的研究。

關鍵詞：船舶柴油機；雙機并車；電子調速器

中圖分類號：U664.2文獻標識碼：A

Introduction for speed governor control method of twin-engine incorporation

WEN Jinchao,WU Min

( Guangzhou Diesel Engine Factory Co.,Ltd. Guangzhou 510371 )

Abstract: along with deadweight of vessel increasing, the required power is becoming bigger and bigger, so the running method of twin-engine incorporation for the propelling system will be prevailing in future. The paper introduces the background and current situation of twin-engine incorporation, the current method, and research on control method.

Key words: marine diesel engine;two-engine incorporation; electronic speed governor

1前言

隨著船舶行業的發展，其載重量越來越大，航速越來越快，船舶動力的應用形式也越來越多，這就需要推進柴油機提供更大的動力以及適應更多的使用功況，然而單臺柴油機并不能提供足夠大的功率輸出，特別是工程船舶的動力應用形式多樣化，因此采用雙機單槳（即兩臺柴油機并車驅動單臺螺旋槳）的方式逐漸增多，這滿足了需要更大動力的船舶，也滿足工程類船舶動力應用形式的多樣化。

雙機單槳動力裝置的控制系統在20世紀70年代就誕生了，由于當時的電子技術未能跟上動力裝置的發展，控制系統的開發緩慢，雙機單槳動力系統應用得不多。初期的雙機單槳的控制主要依賴于主機調速器，并車和解列均需要人工控制，而功率分配則完全依靠調速器的性能，因此在使用上有不少的困難，這樣的方法并不能在現實的使用中很好地發揮雙機并車的優勢。到90年代初，隨著計算機控制技術，特別是電子元器件的發展，在調速器基礎上額外增加了專門的控制器控制兩臺柴油機并車和解列，并附有功率分配單元，這才解決了使用上的困難，大大發揮發雙機并車的優勢。目前在國內外的大功率貨船、工程類船舶都能見到雙機單槳動力裝置的應用。

2雙機并車的方式

2.1并列調速器并車方式

并列調速器運行方式是每臺柴油機都有一個調速器，兩臺調速器的工作情況與單機運行形式完全相同，相互獨立，此時兩臺柴油機控制油門的值理論上是相同的，但是由于每臺柴油機的調速性能并不一致，調速器本身的性能亦不完全相同，導致雙機并車工作不穩定，每臺柴油機發出的功率不一致，功率分配不平衡，控制困難，而且當船舶遇到風浪等環境影響時，負荷變化大，調速性能的不一致容易引起兩臺柴油機的轉速不一致，甚至轉速差很大，這對并車齒輪箱是具有破壞作用的。采用這種方式的優點是設備簡單，常為液壓調速器的并車使用，由于影響穩定性的因素太多，應用并不常見。

2.2主從調速器并車方式

主從調速器并車方式也是每臺柴油機配置一個調速器，另外每臺柴油機的調速器都增配了一套用于控制接脫排、并車、解列、測量油門位置及功率分配算法等功能的控制器，如圖1所示為主從調速器并車方式的原理框圖。這種控制方式的原理是，兩臺調速器中一臺為主調速器，另一臺為從調速器，以首先接合齒輪箱離合器的為主調速器，主調速器的工作狀況與單機運行相同，從調速器必須根據主調速器的油門信號與自身調速器輸出的油門信號差異修正自身的油門給定值，并通過兩臺調速器控制器的PID控制算法調整兩臺柴油機的轉速一致，以達到雙機功率平衡以及保護并車齒輪箱。這種方式的優點是工作穩定性及功率不平衡性方面有了大大的提高，并增加了許多控制功能如接脫排并車控制、遠程轉速控制、轉速及負荷監測、過載保護等，使用起來更加方便更自動化。主從調速器并車方式優于并列調速器并車方式，目前的雙機并車動力裝置基本上均采用該種方式。

圖1主從調速器并車方式原理框圖

3雙機并車的控制方法及應用

以WOODWARD公司生產的723PLUS數字式控制器+UG-A液壓執行器為例，研究雙機并車的控制方法及其應用。

3.1柴油機并車邏輯控制

兩臺柴油機在空載運行時，當1#柴油機的723PLUS控制器接收到接排請求信號時，1#控制器首先通過RS232檢測判斷2#控制器是否在接排狀態：

（1）若2#控制器未接排，則1#控制器將1#柴油機轉速調整至怠速并經過轉速分析滿足條件時發出允許接排信號，此時接排成功后稱為單機接排狀態并且1#柴油機稱為主機；當2#控制器亦收到接排請求信號并且接排成功后，則稱為并車狀態并且2#柴油機稱為從機；并車運行時，只需要調整1#主柴油機的轉速，2#從柴油機便自動跟隨主柴油機轉速。

（2）若2#控制器在已經接排狀態，則1#控制器自動匹配轉速至2#柴油機轉速窗口內并發出可接排信號，此時接排成功后稱為雙機并車狀態并且1#稱為從機2#稱為主機。并車運行時，只需要調整2#主柴油機的轉速，1#從柴油機便自動跟隨主柴油機轉速。

為方便操作，通常在實際使用中會將一臺柴油機在怠速時即操作接排，單機接排成功后再操作另一臺柴油機接排，此時雙機在并車狀態下運行，進行下一步的聯控、分控等操作。

3.2功率（負荷）自動分配功能

為使雙機并車運行時每臺柴油機發出的功率一致，也就是功率分配平衡，則需要在單機接排運行時進行功率標定，723PLUS控制器自帶負荷分配算法功能，在主機空載運行時，由723PLUS控制器檢測油門位置信號，將該值標定為主機的空載值；在主機滿載運行時， 723PLUS控制器檢測的油門位置信號會增大到滿載值，將該值標定為主機的滿載值。同理，從機的標定方法也一樣。標定完后雙機并車運行時功率會自動分配，使每臺柴油機發出的功率基本一致。實際運用中，很難將兩臺柴油機的功率分配到完全一致的狀態，而且每臺柴油機在長期運行后功況會稍微變化，因此可調整功況較好的柴油機使其承擔比功況較差的柴油機稍微多一點負荷，這樣能夠使雙機并車運行得更加穩定。

3.3雙機并車的遠程遙控系統控制及保護功能

雙機并車動力裝置基本配置模式為兩臺柴油機+并車齒輪箱+一臺可調螺距槳，某些功率大的工程船舶則配置兩套雙機并車動力裝置，稱為四機雙槳模式。

為滿足該類型船舶的多種運行方式，如靠離港碼頭、拖帶航行、全速航行、定位作業、消防作業等，雙機并車均由遙控系統進行遠程控制，遙控系統可控制雙機負荷與調距槳螺距大小的負荷匹配運行，也稱為聯控控制；也可控制雙機在恒速狀態下單獨操作螺距，也稱為分控控制等方式。同時，為使柴油機運行的安全，遙控系統必須檢測723PLUS控制器輸出的柴油機功率信號來限定最大螺距角度，以防止柴油機的超負荷運行，起到保護柴油機的作用。

全速航行時，遙控系統可調整為雙機并車的最大螺距角度；定位作業工況或靠離碼頭時，軸帶發電機會提供電力負荷給首尾側推或其他大功率設備，此時遙控系統必須使最大螺距角降低至單機螺距角或某角度；消防工況時，消防設備的動力大多由柴油機前端軸輸出，此時更需要控制消防負荷輸出以及螺旋槳推進動力輸出，避免柴油機過載運行；此外，遙控系統必須設置有單機螺距及雙機螺距功能，當某臺柴油機突然故障導致停車時，遙控系統須控制螺距角不超過單機螺距角，保護柴油機的運行安全。

4結語

隨著船舶類型越來越多，使用雙機并車方式也越來越多，目前雙機并車模式大多數運用在工程類船舶，特別是服務于鉆井平臺等設備的工程船，該類船的運行方式更多樣化，這使得雙機并車的控制功能更多，控制邏輯更復雜，對操作者的要求也越高，當然也會使雙機并車運行的控制模式越來越完善。

參考文獻

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[4] 中國船級社.鋼質海船入級規范[S].北京: 人民交通出版社, 2012.

作者簡介：溫進超（1985-），男，助理工程師。主要從事發動機電氣設計工作。

吳敏（1986-），男，助理工程師。主要從事發動機電氣設計工作。

收稿日期：2013-11-12