40 000 DWT散貨船從半電噴到全電噴主機系統的改進

王美龍

摘? ? 要：我司新系列40000DWT散貨船首次使用全電噴主機5S50ME-C9.7替代半電噴主機5S50ME-B9.3，船型和設備配置與舊系列船基本一樣。本文對使用全電噴主機后，主機控制系統的技術更新和應用成果進行總結，并對比與半電噴主機的設計差異和耗油情況，以更好地掌握全電噴主機系統的設計和使用特點。

關鍵詞：全電噴主機;控制系統;冗余備份;安全保護

中圖分類號：U664.12? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Main Engine Upgrade from Semi-EFI to Full-EFI for

40 000 DWT Bulk Carrier

WANG Meilong

（ Jiangmen Nanyang Ship Engineering Co.， Ltd.，? Jiangmen 529145 ）

Abstract： Our new series 40 000 DWT bulk carrier uses the full-EFI main engine 5S50ME-C9.7 instead of the semi-EFI 5S50ME-B9.3， ship type and equipment configuration is basically the same as the old series ship. This paper summarizes the technical update design and application results of the main engine control system after the use of the full-EFI main engine， and compares the design differences and fuel consumption of the semi-EFI main engine， in order to better grasp the design and use characteristics of the full-EFI main engine.

Key words： Full-EFI main engine; Control system; Redundant backup; Security protection

1? ? ?概述

我司在40 000 DWT系列散貨船上一直使用MAN公司半電噴主機S50ME-B9.3。由于MAN新推出更省油的全電噴主機5S50ME-C9.7，通過與主機廠溝通并綜合多方面因素考慮，我司決定在后續新系列的40000 DWT散貨船設計中，使用全電噴主機替代以前同檔次的半電噴主機，以獲得更優的油耗數據，滿足更高的節能環保要求。主機換型升級后，新系列船型和船上其它設備基本一致。

全電噴主機與半電噴主機最大的差異是：全電噴主機完全取消凸輪軸，噴油和排氣都是電控方式，可以更好地控制噴油、排氣的時序和噴油量，自動協調主機各個環節的工作;而半電噴主機只是噴油使用電控方式，排氣仍然使用傳統的凸輪軸驅動;另外，電噴系統所需要的高壓油伺服泵，在全電噴主機上正常航行時使用機帶泵拖動，而半電噴主機全程使用電動泵驅動。

使用全電噴主機后，主機控制系統的操作界面和控制連接都進行了改進，操作站顯示操作更加完善，同時主機控制系統與主機遙控系統和機艙報警監測系統連接都重新考慮，在抗干擾和雙備用方面考慮的更全面，增加了控制系統的可靠性;通過主機臺架、碼頭系泊試驗和試航檢驗，對全電噴主機的使用進行了全面的驗證。與半電噴主機相關試驗數據對比，全電噴主機與半電噴主機相比省油明顯。

2? ? 兩種主機參數對比

全電噴主機5S50ME-C9.7與半電噴主機5S50ME - B9.3 的功率參數，見表1。

兩款主機基本參數相同：缸徑500 mm;沖程2214 mm;缸數5缸。

從表1可以看出：兩款主機的最大連續功率MCR和連續服務功率CSR的功率值和對應轉速一樣;兩個系列船的航速要求也基本一樣，在連續服務功率CSR時，航速13.6 kn;不同點主要是合同最大連續功率CMCR不同，全電噴主機更高一點;平均有效壓力和最大爆壓也不同，全電噴主機為17.6 bar（CMCR時）和200 bar，半電噴主機為16.9 bar（CMCR）和186 bar。

總體來說，兩種主機的主要差異在于主機電控方式，全電噴主機是全電控方式，半電噴主機只有噴油電控。

3? ? 主機控制系統

全電噴主機與半電噴主機在船廠的機械安裝和油、水、氣連接差異不明顯。對于船廠設計的差異主要體現在主機控制系統方面：

3.1? ?主機控制系統總圖

主機控制系統是電噴主機控制中心，全電噴主機噴油和排氣都采用電控方式，取消了全部凸輪軸;主機控制系統中，全電噴主機和半電噴主機都采用冗余雙CAN總線網連接，但全電噴主機控制系統接口單元EICU增加了雙備用，保證主機控制系統工作穩定可靠;同時，由于控制功能的增加，主機機身增加了一個控制箱。

全電噴和半電噴主機控制系統連接圖，如圖1、圖2所示。

3.2? ? 主機控制系統設備組成

（1）相互備用的兩個操作站MOPA/MOPB位于集控臺臺面，人機接口，負責操作主機控制系統，監視主機工作狀態，設置各種參數，是主機控制系統的控制核心;

（2）全電噴主機相互備用的的兩個輸入輸出接口單元EICUA和EICUB，位于集控室，負責與主機遙控系統和機艙報警監測系統信息接口;半電噴主機只有一個輸入輸出接口單元EICU。

（3）全電噴主機有兩個主機控制箱，安裝在主機機體。由兩個相互備用的主機控制單元ECUA/B、三個輔助控制單元ACU1/2/3、掃氣控制單元SCU、5缸的氣缸控制單元CCU1～5等組成，負責收集主機各種信息用于電噴控制，操作主機各氣缸電噴系統所有相關工作以及接入轉速測量系統數據;半電噴主機只有一個主機控制箱，控制功能在CCU1～5中完成;

（4）主機缸套冷卻水控制箱CWCU，安裝在主機機體，負責主機缸套冷卻水溫度控制，兩種主機一樣;

（5）主機控制系統所有設備使用雙CAN網絡連接，雙網互為備用，任何一路CAN出現故障會報警提醒，但不影響主機模塊的通信，兩種主機一樣。

3.3? ? 全電噴主機其它輔助系統

（1）電源系統

帶UPS的兩個電源單元互為備用，位于集控室，為主機控制系統所有設備供電，斷電后可以維持主機控制系統30分鐘以上的供電，兩種主機一樣。

（2）主機管理系統

主機管理系統（EMS）只有全電噴主機配置，系統包含主機爆壓監測系統和主機數據管理系統。所有爆壓監測數據通過以太網傳送到集控臺HUB，共享到集控臺操作站電腦和主機管理系統EMS電腦上;同時，機艙報警監測系統，通過MODBUS TCP/IP協議將主機所有狀態監測和報警數據傳送到主機管理系統，供主機管理系統使用;半電噴主機沒有主機管理系統，只有主機爆壓監測PMI電腦。

（3）高壓伺服油系統

主機滑油通過機帶濾器后由高壓伺服油泵提供高壓伺服油為噴油系統提供服務。半電噴主機由兩個51 kW的電動泵提供動力;全電噴主機正常航行時使用機帶泵驅動，只是在起動階段使用兩個12 kW的互為備用電動泵驅動。這樣主機正常運行時，全電噴主機可以節省大約50 kW的電功率消耗;伺服油泵控制和狀態信號接入主機控制系統，由主機控制系統自動控制。

（4）輔助鼓風機

全電噴主機和半電噴主機輔助鼓風機配置一樣，但全電噴主機輔助鼓風機控制和狀態信號接入主機控制系統自動控制，由主機控制系統控制，控制鼓風機不再需要主機遙控系統執行;半電噴主機輔助鼓風機控制和狀態信號接入主機遙控系統，由主機遙控系統控制。

（5）油霧探測、軸承磨損監測與油含水監測報警

全電噴與半電噴主機一樣，必須配置油霧、軸承磨損和滑油含水的監測，為主機安全保護和報警監測系統提供信號源。

4? ? 主機遙控、安全保護和報警監測系統

（1）主機遙控系統

由遙控廠家提供，相比于半電噴主機，全電噴主機的遙控系統稍微簡單，主機部分控制直接由主機控制系統自己完成，主機遙控系統著重于車鐘和控制命令的傳送;主機控制系統和主機遙控的信息溝通，除了必要的觸點信號聯絡外，全電噴主機控制系統增加了互為備用的雙RS485通信到主機遙控系統，更多的控制和狀態信息方便在主機遙控和主機控制系統之間通信。

（2）主機安全保護系統

包括：自動停車和自動降速兩部分。信號由主機機身傳感器及主機控制系統提供;安全保護由主機遙控系統執行：

① 主機自動停車點。全電噴主機增加了兩個可越控停車保護點（主機推力軸承溫度高、主機控制系統可越控停車），以及三個不可越控自動停車點（主機超速、主機滑油壓力低、主控控制系統不可越控停車）;

② 主機自動降速點。全電噴與半電噴主機基本一樣。

（3）主機報警監測系統

主機報警監測由機艙報警監測系統執行，主機控制系統故障信號、主機機身傳感器及其附屬設備（如電源、鼓風機、伺服油泵、油霧探測、軸承磨損等）故障及傳感器，總共80多個報警點接入機艙報警監測系統，隨時監測主機的燃油、滑油、冷卻水、控制空氣、主機及增壓器排氣、增壓器滑油的溫度和壓力、增壓器轉速等，以及主設備和所有附屬設備的工作狀態，有故障時及時給出報警，提醒輪機員及時處理故障，全面監控主機的工作狀態;全電噴主機還增加了主機的環境溫度、濕度、大氣壓力和增壓器背壓等信息到機艙監測系統的顯示。

全電噴主機應用時，機艙報警監測系統使用以太網，通過MODBUS TCP/IP協議將主機所有狀態監測和報警數據傳送到主機管理系統（EMS），供主機管理系統分析處理和保存。

5? ? 電纜敷設與接線工藝

不管是全電噴還是半電噴主機，其對控制系統穩定性和可靠性要求較高。為了保證主機控制系統穩定可靠，除了采取必要設備和網絡雙冗余備用外，主機出廠前機身電纜連接要滿足工藝要求，船廠電纜敷設和接線也要滿足工藝要求，抗干擾能力要強，特別要注意以下幾點：

（1）所有電纜采用帶屏蔽的船用電纜;

（2）雙備用的網線和電源線，盡量分開路徑敷設;

（3）模擬信號和通信信號電纜與主電源電纜分開敷設;

（4）接線時，電纜屏蔽地線接牢靠，要特別關注主機電箱填料函的進線屏蔽，電線布置整齊，盡量減少交叉。

6? ? 全電噴主機使用效果

我們在更換全電噴主機的控制系統計后，全程跟蹤了首制船主機的工廠臺架試驗、碼頭調試、系泊試驗和海試驗證，全電噴主機工作穩定可靠;，從收集的數據來看，全電噴主機省油效果滿足要求，見表2所列。

從表2可知：全電噴主機比半電噴主機省油4～5 g/kWh， 在CSR航行時，每小時省油約22.5 kg。

全電噴與半電噴主機另外一個影響油耗的因素是高壓油伺服油泵的驅動不一樣，全電噴主機5S50ME-C9.7正常航行時使用機帶泵，不消耗電功率，只在起動階段使用小功率電動泵驅動;而半電噴主機5S50ME-B9.3全程使用大功率的電動泵驅動，在這方面，全電噴相對于半電噴每小時省油約9 kg。

據統計數據，全電噴主機首制船航行一個月共省油20多t，省油率為4%～5%。雖然不同主機油耗數據會有個體差異，但平均省油量基本位于這個水平，由此可以看到全電噴主機省油明顯。

7? ?結論

我司本系列船型的主機由半電噴到全電噴升級改造，滿足了設計要求和各項指標，通過臺架試驗、系泊試驗和試航檢驗，達到了預期的油耗要求。