船舶軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性分析

孫厚偉 鐘軍杰

摘要：在船舶電站中，軸帶發(fā)電機(jī)占據(jù)重要組成成分，具有良好的發(fā)展前景，可以為船舶航行提供電能供應(yīng)，不但可以減少船舶主電站的消耗，而且可以增強(qiáng)便利性與經(jīng)濟(jì)性，有利于節(jié)省維修成本。本文分析了船舶軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用技術(shù)方案，根據(jù)具體案例對(duì)軸帶發(fā)電機(jī)的應(yīng)用與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行詳細(xì)研討，以期為相關(guān)人員提供借鑒與參考，對(duì)其有更加深入了解，通過(guò)科學(xué)合理應(yīng)用，降低產(chǎn)生的噪聲，改善航運(yùn)的條件，從而促進(jìn)航海事業(yè)的發(fā)展。

Abstract： In ship power station， shaft generator occupies an important component and has a good development prospect. It can provide electric energy supply for ship navigation， not only reduce the consumption of ship main power station， but also enhance convenience and economy. It is beneficial to save maintenance cost. This paper analyzes the characteristics and application technical scheme of ship axle belt generator system， and discusses the application and economy of axle belt generator in detail according to specific cases， in order to provide reference and reference for relevant personnel. Through scientific and reasonable application， reduce the noise and improve the shipping conditions， thus promote the development of navigation.

關(guān)鍵詞：軸帶發(fā)電機(jī);經(jīng)濟(jì)性;技術(shù)方案

Key words： shaft generator;economy;technical scheme

中圖分類(lèi)號(hào)：U661.39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）05-0056-02

0? 引言

在經(jīng)濟(jì)全球化的背景下，航運(yùn)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日漸激勵(lì)，由于不斷提高國(guó)際油價(jià)，導(dǎo)致價(jià)格產(chǎn)生劇烈變動(dòng)，增加航運(yùn)的生產(chǎn)成本與運(yùn)營(yíng)成本，經(jīng)過(guò)相關(guān)人員的研究后，提出船舶節(jié)能技術(shù)，具有良好的經(jīng)濟(jì)性，可以減少能源消耗，受到航運(yùn)人員的充分重視。在20世紀(jì)80年代，軸帶發(fā)電機(jī)獲得初步應(yīng)用，可以為船舶提供源源不斷地能量，其主要利用軸上冗余功率，優(yōu)化推進(jìn)裝置，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

1? 船舶軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用技術(shù)方案

1.1 軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)

在現(xiàn)代科技化社會(huì)，人民日漸增強(qiáng)節(jié)能意識(shí)與環(huán)保意識(shí)，更加注重軸帶發(fā)電機(jī)的運(yùn)用，為航運(yùn)減少能源消耗與經(jīng)營(yíng)成本。在功率輸出軸上連接著軸帶發(fā)電機(jī)，在發(fā)電過(guò)程中，主要利用主機(jī)功率余量，發(fā)電機(jī)可以轉(zhuǎn)化主機(jī)的冗余功率，使其向發(fā)電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變，將會(huì)降低15-20%的電能消耗，確保船舶主機(jī)處于最佳狀態(tài)，可以長(zhǎng)期運(yùn)行，對(duì)增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性具有重要意義[1]。

發(fā)電機(jī)裝置從頻率穩(wěn)定型的角度分類(lèi)，可以分為交流式和直流式等旋轉(zhuǎn)變流機(jī)、晶閘管逆變器式和靜止式等感應(yīng)恒頻式、油壓驅(qū)動(dòng)式和渦輪連軸節(jié)式等定速類(lèi)等。軸帶發(fā)電機(jī)可以節(jié)省燃料費(fèi)用，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，其主要采用GCR系統(tǒng)，主機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比關(guān)系，在恒定轉(zhuǎn)速下，可以同時(shí)使用發(fā)電機(jī)與CPP，若是想要改變工況航行時(shí)，在確保螺旋槳轉(zhuǎn)速恒定的情況下，可以對(duì)螺距進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保供電頻率與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變。軸帶發(fā)動(dòng)機(jī)具有眾多優(yōu)勢(shì)，主要包括以下幾點(diǎn)：第一，可以提高燃料效率，節(jié)省燃料費(fèi)用。第二，可以為機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障，減少維修費(fèi)用與維修工作量。第三，使用軸帶發(fā)動(dòng)機(jī)可以代替柴油機(jī)組，有利于減少油耗。第四，可以縮短機(jī)組工作時(shí)間，減少輔機(jī)的使用，進(jìn)而節(jié)省一定的機(jī)艙空間。第五，不但可以減少機(jī)艙熱源，而且可以降低產(chǎn)生的噪音，使機(jī)艙的工作環(huán)境獲得改善[2]。

1.2 軸帶發(fā)電機(jī)應(yīng)用技術(shù)方案

目前采用的軸帶發(fā)電機(jī)主要分為兩種類(lèi)型，一種是變距槳船舶，其主要利用變距槳進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)實(shí)際情況，合理控制轉(zhuǎn)向和主機(jī)轉(zhuǎn)速，使其保持在恒定的范圍內(nèi)。而另一種是定距槳船舶，其具有多變的主機(jī)轉(zhuǎn)速，而且交流發(fā)電機(jī)組采用頻率補(bǔ)償裝置和轉(zhuǎn)速補(bǔ)償裝置。軸帶系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式主要有兩種，一種發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是永磁同步軸帶，其機(jī)械裝置采用的是齒輪箱等設(shè)備，可以為保持穩(wěn)定轉(zhuǎn)速提供保障，而另一種是恒頻穩(wěn)壓交流電，其調(diào)節(jié)補(bǔ)償主要利用變頻器，通過(guò)變頻器進(jìn)行整流，當(dāng)交流電從發(fā)電機(jī)發(fā)出后，經(jīng)過(guò)逆變后，交流電將會(huì)形成相對(duì)較為穩(wěn)定的頻率與電壓，而且當(dāng)轉(zhuǎn)速電流超過(guò)60%以上的額定值時(shí)，可以確保功率輸出始終處于恒定狀態(tài)。此外，可以在發(fā)電機(jī)中設(shè)置濾波裝置，從而防止諧波影響發(fā)電效率與質(zhì)量[3]。

2? 船舶軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用案例

某企業(yè)在船舶上安裝了軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等推進(jìn)裝置，其發(fā)電機(jī)系統(tǒng)采用的是SAM，具有高質(zhì)量、高效益、物理量平穩(wěn)等眾多優(yōu)勢(shì)，使用智能化的控制系統(tǒng)，代替了同步補(bǔ)償器，可以高效提供無(wú)功電量。該軸帶發(fā)電機(jī)的安裝較為便利，具有科學(xué)合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用報(bào)軸式連接的方式連接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，為維修等操作提供便利。軸帶發(fā)電機(jī)采用了抱軸式，其發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主要利用部分螺旋槳軸，可以對(duì)逆變器技術(shù)進(jìn)行合理調(diào)制，其主要原理是利用脈沖寬度，在特定范圍內(nèi)，主機(jī)轉(zhuǎn)速可以保持恒定的頻率與電壓，為發(fā)電機(jī)的運(yùn)行提供有力保障。此外，電網(wǎng)管理單元對(duì)軸帶機(jī)系統(tǒng)具有重要作用，可以確保進(jìn)行并聯(lián)運(yùn)行，確保船上電站穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)受到某個(gè)部位的影響。發(fā)電機(jī)系統(tǒng)主要利用LCR濾波器、調(diào)制技術(shù)、高頻脈沖，可以消除諧波分量的影響，確保輸出波形處于正常狀態(tài)[4]。

3? 船舶軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性探討

3.1 船舶軸帶發(fā)電機(jī)的發(fā)展情況分析

在1980年日本，建造了主機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)，當(dāng)遇到較大風(fēng)浪時(shí)，將會(huì)改變主機(jī)轉(zhuǎn)速，具有一定限制，若是情況嚴(yán)重，還需要使用柴油發(fā)電機(jī)代替軸帶發(fā)電機(jī)，在使用過(guò)程中具有較多限制，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，可以利用機(jī)械控制發(fā)電機(jī)的頻率，比無(wú)頻率發(fā)電機(jī)更加具有實(shí)際價(jià)值，由于使用機(jī)械控制，定速裝置安裝在軸帶發(fā)電機(jī)與主機(jī)推進(jìn)軸之間，因此即使改變推進(jìn)軸轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)依然保持之前的速率，而不會(huì)受到任何影響，然而，該系統(tǒng)的缺陷在于受到裝置容量的限制，無(wú)法大范圍應(yīng)用。在現(xiàn)代社會(huì)，電力控制技術(shù)獲得明顯提高，可以在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，應(yīng)用變流技術(shù)，具有較大的功率，其發(fā)電機(jī)系統(tǒng)主要有兩部分組成，一部分是恒定頻率裝置，而另一部分是軸帶發(fā)電機(jī)。在調(diào)節(jié)頻率的過(guò)程中，主要采用控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)與逆變裝置，可以增強(qiáng)電壓穩(wěn)定性，將轉(zhuǎn)速變化保持在特定范圍內(nèi)。等到80年代后期，科學(xué)技術(shù)日漸成熟，電能轉(zhuǎn)化獲得了質(zhì)的突破，研究人員提出新的控制理論，例如，應(yīng)用IGBT和SIT等快速器件、靜電感應(yīng)晶體管、斷晶閘管、大功率晶體管等，打破傳統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換限制。當(dāng)進(jìn)入90年代后，有源逆變獲得廣泛應(yīng)用，興起了PWM整流器的應(yīng)用熱潮，可以將其應(yīng)用在船舶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，對(duì)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性具有重要作用。若是在軸帶發(fā)電機(jī)中應(yīng)用PWM整流器等科學(xué)技術(shù)，則需要在SVPWM逆變器的基礎(chǔ)上進(jìn)行，在額定功率區(qū)域中，通過(guò)軸電發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制與整流控制，可以確保電壓恒定，而且電網(wǎng)的諧波還會(huì)逐漸減少，對(duì)無(wú)功輸出進(jìn)行合理控制。

3.2 船舶軸帶發(fā)電機(jī)經(jīng)濟(jì)性分析

在經(jīng)濟(jì)全球化的背景下，對(duì)NOX和SOX等排放提出更高要求，再加上燃油價(jià)格的變化較大，產(chǎn)生了較為強(qiáng)烈的動(dòng)蕩，導(dǎo)致船舶生產(chǎn)商、制造商、運(yùn)營(yíng)者采用各種方法以求降低經(jīng)營(yíng)成本，從而創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益，目前，常見(jiàn)的做法是利用船舶電站節(jié)能，減少排放量，此法已經(jīng)獲得國(guó)際的認(rèn)可，因此，加大了對(duì)軸帶發(fā)電機(jī)的應(yīng)用，可以為航行提供便利，實(shí)現(xiàn)低排放、環(huán)保、節(jié)能、高效的目標(biāo)。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，燃料費(fèi)一直在船舶航運(yùn)中占據(jù)較大比例，甚至達(dá)到50-60%，已經(jīng)成為困擾行業(yè)人員的主要問(wèn)題之一。燃料費(fèi)作為消耗船舶運(yùn)營(yíng)總成本的重要因素，其中重油價(jià)格低廉，而輕質(zhì)柴油的成本較高，因此，在采用燃料時(shí)一般采用重油，為船舶主機(jī)提供動(dòng)力。在設(shè)計(jì)船舶動(dòng)力裝置時(shí)，往往會(huì)預(yù)留功率儲(chǔ)備余量，其額定功率為10-15%，而且若是主機(jī)功率小于70%左右，將會(huì)降低經(jīng)濟(jì)性。在船槳?jiǎng)恿ρb置上連接著軸帶發(fā)電機(jī)，可以將冗余功率轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為發(fā)電機(jī)發(fā)電提供保障，使發(fā)電結(jié)構(gòu)從輕質(zhì)柴油轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂貌糠种赜痛妫梢怨?jié)約發(fā)電成本[5]。

不管是船舶運(yùn)營(yíng)者，還是制造者，二者的目標(biāo)都是節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本，增強(qiáng)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性與合理性，在選擇推進(jìn)裝置的過(guò)程中，需要考慮許多影響因素，例如，柴油機(jī)安全、船體情況、天氣情況等，確保具有充足的儲(chǔ)備余量。軸帶發(fā)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)的主要原理是利用冗余功率，為船舶的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)提供保障，既可以增強(qiáng)船體的經(jīng)濟(jì)性，而且可以滿足航行的電力需求。同時(shí)，由于燃料油采用的是重油，與柴油機(jī)相比可以降低燃油消耗率，至少降低30-50g/kWh，在航行過(guò)程中，若是使用軸帶發(fā)電機(jī)，可以降低15-20%的發(fā)電能耗，使燃油存量逐漸降低，有利于節(jié)約維護(hù)保養(yǎng)的費(fèi)用，具有較高的經(jīng)濟(jì)性與可行性[6]。

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中，軸帶發(fā)電機(jī)獲得了國(guó)際航運(yùn)界的認(rèn)可，具有良好的發(fā)展前景與應(yīng)用前景。北海重工曾經(jīng)打造了海峽形運(yùn)輸船，主要用于遠(yuǎn)洋運(yùn)輸，經(jīng)過(guò)全面思考后，將軸帶發(fā)電系應(yīng)用在船舶的主機(jī)曲軸前端，而且其主機(jī)座與底座相連，具有78-110r/min的轉(zhuǎn)速，功率為3.5MW，吸引了行業(yè)人員的注意力。目前，主要研究方向是將軸帶發(fā)電機(jī)應(yīng)用在固定漿船舶中，在傳統(tǒng)船舶發(fā)電的基礎(chǔ)上，合理應(yīng)用主軸發(fā)電，可以滿足大型船舶對(duì)供電的要求，以及新一代集裝箱船的要求，從而促進(jìn)航海事業(yè)向更好的方向發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)制造行業(yè)獲得了快速發(fā)展，訂單指標(biāo)與交船等方面在世界各國(guó)中占據(jù)有利位置，造船技術(shù)更加強(qiáng)大，不但可以保護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，而且還可以節(jié)省不必要的能源消耗，為未來(lái)發(fā)展明確了方向，從事航運(yùn)的人員應(yīng)當(dāng)抓住發(fā)展機(jī)遇，勇于面對(duì)航運(yùn)的挑戰(zhàn)，從而帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)國(guó)家富強(qiáng)。

4? 結(jié)論

綜上所述，在航運(yùn)行業(yè)中，大部分企業(yè)為了增加經(jīng)濟(jì)效益，會(huì)將發(fā)展重心放在節(jié)省燃油成本方面，使主電站系統(tǒng)被軸帶發(fā)電機(jī)所替代，可以減少采購(gòu)數(shù)量和維修費(fèi)用，并且明顯提高節(jié)能減排的質(zhì)量與效率，對(duì)機(jī)艙的工作條件進(jìn)行有效改善，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)收益，符合綠色環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)。因此，將軸帶機(jī)系統(tǒng)安裝在船舶中，將會(huì)創(chuàng)造更加的經(jīng)濟(jì)效益，具有良好的經(jīng)濟(jì)性與可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]李武良.船舶軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性研究[J].船舶物資與市場(chǎng)，2020（08）：66-67.

[2]靳宇峰.軸帶發(fā)電機(jī)逆變器并聯(lián)運(yùn)行控制策略[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2020，42（10）：86-88.

[3]陳文騰，王剛，謝春萌，等.210 000 DWT散貨船軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用[J].廣東造船，2020，39（04）：45-47.

[4]楊兵，陳國(guó)偉.船舶軸帶發(fā)電機(jī)PTI模式的應(yīng)用與管理[J].船舶物資與市場(chǎng)，2019（012）：61-62.

[5]明星，顧德君.船舶軸帶發(fā)電機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展[J].輕松學(xué)電腦，2019（018）：1.

[6]王進(jìn).軸帶發(fā)電機(jī)變頻器介紹[J].科技與創(chuàng)新，2019（001）：64-65.