一種適用于船舶復(fù)雜機(jī)艙的改進(jìn)型變頻通風(fēng)控制邏輯

穆建樹(shù)，黃志勇

(大連船舶重工集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116006)

0 引 言

船舶機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于給機(jī)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(gè)可接受的工作環(huán)境[1]。為此，通常機(jī)艙內(nèi)需要維持約50 Pa的正壓，溫升不超過(guò)12.5 K。

機(jī)艙通風(fēng)量設(shè)計(jì)一般根據(jù)ISO 8861：1988(E)[2]進(jìn)行計(jì)算，滿足在最高環(huán)境溫度條件下主機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)及鍋爐等設(shè)備針對(duì)最大工況的空氣需要。但是在實(shí)船運(yùn)行時(shí)，環(huán)境溫度是隨時(shí)變化的，機(jī)艙內(nèi)主要設(shè)備的運(yùn)行工況也是千差萬(wàn)別的。因此，機(jī)艙通風(fēng)可采用變頻風(fēng)機(jī)，用于在不必要全速運(yùn)作時(shí)降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能降耗的目的[3]。

通常，機(jī)艙變頻風(fēng)機(jī)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(hào)，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(jī)艙內(nèi)需要的正壓。大型商船機(jī)艙的布置非常復(fù)雜，包含許多輪機(jī)設(shè)備和一些獨(dú)立艙室，例如發(fā)電機(jī)室、凈油機(jī)室、機(jī)修間、集控室等。但是，機(jī)艙通風(fēng)卻由一套公用的機(jī)械送風(fēng)系統(tǒng)提供服務(wù)，一般包括并行的2臺(tái)或4臺(tái)風(fēng)機(jī)。對(duì)于機(jī)艙變頻風(fēng)機(jī)控制而言，一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題是如何保證給位于獨(dú)立艙室內(nèi)的輔助設(shè)備在風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況下針對(duì)任何工況可提供充足的空氣。以某大型11萬(wàn)噸原油船為例，介紹一種改進(jìn)型機(jī)艙變頻風(fēng)機(jī)控制邏輯。

1 機(jī)艙布置情況

在該船上，機(jī)艙分為若干層，包括機(jī)艙內(nèi)底、機(jī)艙4平臺(tái)、機(jī)艙3平臺(tái)、機(jī)艙2平臺(tái)、上甲板和機(jī)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(jī)安裝在機(jī)艙內(nèi)底，其渦輪增壓進(jìn)氣口位于機(jī)艙3平臺(tái)高度。3臺(tái)發(fā)電機(jī)分成2組，2臺(tái)位于機(jī)艙3平臺(tái)的1號(hào)發(fā)電機(jī)室，1臺(tái)位于該平臺(tái)的2號(hào)發(fā)電機(jī)室；獨(dú)立的凈油機(jī)室、機(jī)修間也位于該平臺(tái)。獨(dú)立的集控室位于機(jī)艙2平臺(tái)；深井泵液壓?jiǎn)卧挥谠撈脚_(tái)艏部，在深井泵液壓?jiǎn)卧杏?臺(tái)深井泵由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，3臺(tái)深井泵由電機(jī)驅(qū)動(dòng)；鍋爐位于該平臺(tái)右舷-艉部。

2 機(jī)艙通風(fēng)布置

該船的機(jī)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(tái)變頻軸流供風(fēng)機(jī)(按4×25%配置)，4臺(tái)風(fēng)機(jī)中2臺(tái)為可逆風(fēng)機(jī)，用于可能發(fā)生的機(jī)艙內(nèi)滅火后污濁空氣排除。供風(fēng)通過(guò)風(fēng)管送至機(jī)艙內(nèi)各處。自然排風(fēng)通過(guò)位于煙囪頂部的排風(fēng)百葉窗。

為實(shí)現(xiàn)送風(fēng)機(jī)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(jī)艙棚進(jìn)入煙囪處。此外，考慮到機(jī)艙布置的復(fù)雜性，3個(gè)輔助溫度傳感器TT02、TT03和TT04分別安裝在1號(hào)發(fā)電機(jī)室、2號(hào)發(fā)電機(jī)室和凈油機(jī)室內(nèi)。機(jī)艙通風(fēng)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 機(jī)艙通風(fēng)簡(jiǎn)圖

3 控制邏輯

在通常情況下，機(jī)艙4臺(tái)供風(fēng)機(jī)并行運(yùn)行，即變頻控制器同步控制4臺(tái)風(fēng)機(jī)，并根據(jù)PDT和TT的反饋信號(hào)進(jìn)行風(fēng)機(jī)的加速或者降速。由于風(fēng)機(jī)電機(jī)最大頻率為60 Hz，根據(jù)實(shí)船風(fēng)管布置和以往經(jīng)驗(yàn)，將最低風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率設(shè)定為30 Hz。這樣，機(jī)艙送風(fēng)機(jī)在30～60 Hz的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行，根據(jù)PDT和TT的反饋信號(hào)，為機(jī)艙提供最高設(shè)計(jì)風(fēng)量50%～100%的空氣。

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

為簡(jiǎn)化邏輯，加速設(shè)置為根據(jù)傳感器反饋信號(hào)直接將所需增速的風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)ER-4調(diào)至最大轉(zhuǎn)速；運(yùn)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(jī)艙變頻風(fēng)機(jī)控制板上手動(dòng)設(shè)置，通常在35～45 ℃。

如果PDT反饋值超過(guò)預(yù)設(shè)值Pst，則風(fēng)機(jī)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(shí)和實(shí)船運(yùn)行時(shí)可調(diào)整)，則風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)根據(jù)風(fēng)機(jī)制造商推薦的步幅降速(例如，按10%或更大幅度)；運(yùn)行3 min后，再次檢查傳感器的反饋值。

機(jī)艙變頻風(fēng)機(jī)控制邏輯流程如圖2所示。

圖2 機(jī)艙變頻風(fēng)機(jī)控制邏輯流程

4 結(jié) 語(yǔ)

改進(jìn)型變頻通風(fēng)控制邏輯在某大型11萬(wàn)噸原油船上得到驗(yàn)證。試航顯示，在該船設(shè)計(jì)吃水全速運(yùn)行過(guò)程中，4臺(tái)機(jī)艙風(fēng)機(jī)在80%負(fù)荷狀態(tài)下平穩(wěn)運(yùn)行，能耗約為設(shè)計(jì)最大功耗的50%，受到船舶所有人的好評(píng)。采用該控制邏輯時(shí)，需要特別注意傳感器的位置和調(diào)試過(guò)程中初始值的設(shè)定，其中TT應(yīng)遠(yuǎn)離散熱熱源和風(fēng)口、置于氣流相對(duì)平穩(wěn)的地方，PDT應(yīng)注意高低壓取樣點(diǎn)的選取和初始?jí)翰畹男?zhǔn)。