一型南海漁業冷藏運輸補給船的電力負荷分析

周偉剛， 梁樹森， 劉春暉， 蔡恒敏

(中船重工船舶設計研究中心有限公司， 遼寧 大連 116001)

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一型南海漁業冷藏運輸補給船的電力負荷分析

周偉剛， 梁樹森， 劉春暉， 蔡恒敏

(中船重工船舶設計研究中心有限公司， 遼寧 大連 116001)

通過分類歸納統計了一型南海漁業冷藏運輸補給船的主要用電負載，簡單介紹了計算方法，并對該船的各典型工況做了較詳盡的介紹。根據計算得出了各典型工況下的電力負荷消耗，并最終確定了單臺發電機容量及其臺數，完成了船舶電站的配置。

電力負荷分析南海漁業冷藏運輸補給船

0　引言

漁業冷藏運輸補給船是可以實現漁獲轉載和海上補給功能的一型漁業輔助船舶，它將為漁船補給捕撈作業所需的各種物資，并將經粗加工的冷凍漁獲收集冷藏運回港口。研究開發該船型，填補國內漁業輔助船設計空白，在南海建立完善的漁業體系，達到捕撈、集儲和運輸一條龍式生產，實現我國南海漁業經濟的可持續發展，并對實現南海權益維護具有重要意義。

船舶設計電站容量的大小、配備發電機的數量、單臺發電機規格的選取歷來是船舶電氣專業一項重要的研究課題，也是考核船舶安全型、經濟性和可靠性的重要指標。對船舶電站而言，在綜合考慮安全性和經濟性的基礎上，同時兼顧節能減排的環保需求已成為船舶設計領域的熱門話題。因此，正確的電力負荷計算，合理的電站配置，顯得越來越重要?，F代船舶技術的快速發展、船舶電力系統的日益龐大、船舶電力設備的高速更新和應用以及各種復雜的船舶運行工況，加大了船舶電力系統負荷計算的難度。因此，要得到比較準確的船舶電力系統負荷計算結果，必須對各個用電設備的實際負荷及其具體使用情況做周密細致的調查研究，全面地加以考慮和分析。

1　主要用電負荷歸類統計

(1) 表1為推進裝置配套泵浦。

表1　推進裝置配套泵浦

(2) 表2為機艙輔機。

表2　機艙輔機

(3) 表3為甲板機械。

表3　甲板機械

(4) 表4為漁獲冷藏、物資補給設備。

表4　漁獲冷藏、物資補給設備

(5) 表5為其它類設備。

表5　其它類設備

注：表1～表5中備注“*”的設備電功率由設備廠家提供；其余項目由計算公式得出。

2　計算方法

本船的電力負荷估算以二類負載法(連續負載、間歇負載)為基礎，針對不同類型負載使用綜合負荷系數或同時使用系數進行修正的計算方法。

此方法可在簡化設備分類流程，計算中間過程的同時提高計算的精確度，在常規運輸類船舶的電力負荷計算中已得到普遍的應用。

2.1連續負載的計算

在文章第一部分的歸類統計表格中，根據機艙泵浦的機械參數(排量、壓頭等信息)可由公式(1)計算得出泵浦的軸功率Pshaft；電動機的額定效率ηm可由公式(2)導出；電動機實際消耗功率Pe可由公式(3)計算得出。具體計算公式及相關參數如下。

(1) 泵的軸功率。

(1)

(2) 電動機的額定效率。

(2)

(3) 電動機實際消耗功率。

(3)

式(1)～式(2)中： Q為泵的排量，m3/h； H為泵的揚程，m；ρ為介質密度t/ m3； g = 9.8；ηp為泵效率； P1為電機額定功率；P2為電動機從電網獲取的實際功率；ηm為電機效率；K為綜合負荷系數。

2.2間歇負載的計算

船舶在運行中，間歇負載會根據不同工況的需求分別在不同時間段運行。因此在計算間歇負載的總功率時應選取同時使用系數K0。

K0= 運行的間斷負載最大需要功率之和/所有間斷負載的最大需要功率之和。

一般情況下，同時負荷系數選取為0.4～0.5；廚房洗衣設備、舵機等較特殊設備的同時使用系數通常為0.2～0.3。

綜上所述，在進行間歇負載的電力負荷分析時，應在考慮綜合負荷系數K的基礎上兼顧同時使用系數K0的選取才能夠得到相對更準確的計算結果。

3　主要運行工況

(1) 海上航行(帶補給)工況。

船舶行駛在通往南海漁場的途中。冷藏貨艙空載，補給用油水艙、自持用油水艙滿載。此工況下運行的主要負載為船舶推進用輔機及維持船舶正常運營的機艙輔機、空調冷藏、照明、內外部通訊、導航等設備。

(2) 海上航行(帶漁獲)工況。

船舶離開南海漁場返港途中。冷藏貨艙部分裝載至滿載；補給用油水艙剩余0～30%空載；自持用油水艙剩余10%～20%。此工況與(1)工況相比較，多出了用于維持冷藏貨艙溫度的庫溫維持壓縮機、冷藏用冷卻海水泵、冷藏艙冷卻風機、氨液強制循環泵等設備。

(3) 海上收鮮補給工況。

船舶錨泊在南海漁場，與漁船綁定進行海上收鮮、油水補給等作業。此工況下主機處于備機狀態，高溫冷卻淡水泵停止運行，主機缸套冷卻淡水預加熱循環泵、主機滑油預供泵啟動；柴油補給泵、淡水補給泵做為重復短時運行負載投入工作；漁獲冷藏壓縮機、超低溫冷凍壓縮機、冷藏用冷卻海水泵、冷藏艙冷卻風機、氨液強制循環泵、錨絞機、貨艙艙口蓋動力單元、收鮮用扒桿吊等設備投入工作。此工況用電負荷為各工況中最大。

(4) 碼頭卸貨工況。

船舶錨泊在卸貨碼頭，主機備機或完車。此工況與工況(3)相比較，最大的區別為兩臺漁獲冷藏壓縮機、一臺超低溫冷凍壓縮機停止工作；庫溫維持壓縮機投入工作。

(5) 進港(帶漁獲)工況。

船舶帶冷藏漁獲及部分補給油水返回卸貨碼頭。此工況下主機低轉速運行，主機備用滑油泵、柴油泵投入工作。壓載消防總用泵、錨絞機、庫溫維持壓縮機等漁獲冷藏設備投入工作。

(6) 出港(帶補給)工況。

船舶帶補給油水駛離母港。此工況與工況(5)相比較，主要減少了貨艙庫溫維持等一系列負載。

(7) 停泊工況。

船舶停泊于母港，此時主機處于完車狀態，貨艙內的漁獲已全部卸下。

(8) 應急工況。

船舶由于處于機艙失火或癱船狀態而導致的全船失電狀態下部分應急供電的設備投入工作，如應急照明、通訊導航設備、應急消防泵、舵機、一臺機艙風機等。

4　計算結果

本文研究的目標船型為南海漁業冷藏運輸補給船。漁獲的冷藏及運輸是其最為重要的功能。漁獲冷藏系統的綜合電功率消耗超過了滿足船舶推進及其輔助系統的功率消耗之和成為全船最大的用電系統。前一部分敘述的工況中，海上航行(帶漁獲)、海上收鮮、碼頭卸貨、進港(帶漁獲)等四個工況都需要冷藏系統投入運行，其中海上收鮮工況下的冷藏系統電功率消耗最大。各工況下電功率消耗具體計算結果如表6所示。

表6　各工況電功率消耗

5　結語

基于上述計算結果，考慮到各船級社規范要求船舶在航行時為安全需要考慮的備用電量、維護保養需要的交替容量和今后柴油機老化以及發展需要的儲備容量等因素，結合單臺機組負荷率的合理性、發電機組的備用、互換性、經濟性等電站配置原則。最終確定采用四臺單機發電容量為320 kW的柴油發電機組組成本船的船舶主電站，一臺發電容量為99 kW的柴油發電機組做為應急電站。

基于上述配置，各工況下發電機組的運行臺數及其負荷率以及備用機組等情況如表7所示。

表7　電力負荷計算結果

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[1]中華人民共和國農業部漁船檢驗局.鋼制海洋漁船建造規范[S]. 1998.

[2]中華人民共和國漁業船舶檢驗局.漁業船舶法定檢驗規則[S]. 2000.

[3]中國船舶工業總公司.船舶設計實用手冊電氣分冊[M]. 北京：國防工業出版社，1997.

[4]中國電氣工程大典編輯委員會.船舶電氣工程[M]. 北京：中國電力出版社，2009.

[5]顧一清，姚炯，陳逢源.運輸船電力負荷計算探討 [J]. 船舶設計通訊，2010(B03): 65-70.

[6]劉國平.漁船輪機及電氣設備 [M]. 北京：海洋出版社，2004.

Electrical Load Analysis of a Kind of Fish Refrigerating Carrying &Material Supplement Ship at South China Sea

ZHOU Wei-gang， LIANG Shu-sen, LIU Chun-hui, CAI Heng-min

(China Ship Design & Research Center Co., Ltd., Dalian Liaoning 116001, China)

Based on the classification of the main electrical equipments of a kind of fish refrigerating carrying and material supplement ship at South China Sea, the method of electrical load analysis in brief and the working modes of the research vessel were introduced in detail. Through the calculation, total electrical consumption of each working mode was achieved. The capacity and quantities of diesel generators were defined and finally the power station was formed.

Electrical load analysisSouth China SeaFish refrigerating carrying and material supplement ship

周偉剛(1978-)，男，高級工程師，研究方向為船舶電氣設計。

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