文盛

摘 要：船舶輪機動力裝置與系統(tǒng)設計需要滿足船用條件、符合國際公約或規(guī)則、相關法律法規(guī)、考慮動力系統(tǒng)內(nèi)部以及外部裝置的協(xié)同與相互作用，動力系統(tǒng)設計過程中，需要考慮設計模塊化、參數(shù)化、規(guī)范化，整個動力系統(tǒng)中齒輪箱、助推柴油機需布局緊湊。船舶輪機動力裝置與系統(tǒng)自動化能夠?qū)崿F(xiàn)進行保護、監(jiān)視、測量、指示、調(diào)整、變換與控制等工作，設計時先進行船舶動力系統(tǒng)選型計算，而后設計與之匹配的自動化系統(tǒng)。

關鍵詞：船舶輪機；自動化；機艙；動力裝置；動力系統(tǒng)

船舶輪機自動化是船舶發(fā)展的趨勢，能夠有效的提高機輪的工作效率，延長輪機的使用壽命，縮短人工操作的流程，提高船舶的可操作性，降低駕駛風險。動力裝置與系統(tǒng)是整個船舶中的核心組成部分，也是自動化水平發(fā)展最快的部分，動力裝置與系統(tǒng)的建設水平一定程度代表整個船舶的建造工藝水平、設計理念。本次研究就船舶輪機自動化機艙動力裝置與系統(tǒng)發(fā)展情況進行概述。

1 船舶的動力裝置與系統(tǒng)

船舶的動力系統(tǒng)是確保船舶正常航行、作業(yè)、停泊以及乘客、駕駛者工作與生活所需的系統(tǒng)，是一個復雜的機電設備工程系統(tǒng)。一個理想的動力系統(tǒng)應考慮以下幾點：①需要符合船用條件，滿足船舶的環(huán)境、空間、使用、運行與保障條件；②符合國際公約或規(guī)則、相關法律法規(guī)，符合全面系統(tǒng)以及綜合設計思想；③考慮動力系統(tǒng)內(nèi)部裝置的協(xié)同、相互作用，同時考慮與整個船舶其他設備、系統(tǒng)的相互關系。機艙動力裝置與系統(tǒng)設計方法主要可分為并行設計、優(yōu)化設計、模塊化設計、協(xié)同設計、虛擬設計等方法，其中虛擬設計是基于計算機技術發(fā)展而來，以仿真、產(chǎn)品全壽命周期建模為基礎，采用人工智能、并行工程等多種先進技術于一體設計方法，極大的提高了設計質(zhì)量，縮短了設計周期與設計成本，在海軍船舶設計與建造中發(fā)揮重要作用。當前工業(yè)產(chǎn)品呈多樣化發(fā)展，船舶的動力裝置可供選擇的品種較多，船舶的零件中還能多，功能結構非常復雜，一個企業(yè)往往無法生產(chǎn)，在船舶動力系統(tǒng)設計過程中，便需要采用一定的約束條件，選擇合適的組件，進行組合，以滿足整個系統(tǒng)設計需求。在動力系統(tǒng)設計過程中，需要考慮設計模塊化、參數(shù)化、規(guī)范化，同時滿足多樣化與個體化的用戶需求。船舶的動力系統(tǒng)一般分為主推動柴油機、齒輪箱兩個部分，也是主機控制系統(tǒng)的主要組成部分，主推進柴油機是主動力系統(tǒng)的心臟。以3600DWT供油船舉例，其屬于高速柴油機，適合在小型船舶上安裝。齒輪箱是傳動設備，包括齒輪變速器、離合器、彈性聯(lián)軸器、線性聯(lián)軸器等，功能上助推柴油機與齒輪箱是完整的，布局緊湊。

2 船舶動力裝置與系統(tǒng)自動化設計

2.1 基本理念

近年來船舶的自動化水平飛速發(fā)展，被廣泛用于動力系統(tǒng)之中，在選擇動力裝置、設計動力系統(tǒng)時，需要充分考慮自動化設計需求，在前文提到的設計原則基礎上，需要考慮是否能夠進行自動化的改造，與其他自動化系統(tǒng)匹配。動力系統(tǒng)的自動化系統(tǒng)需要能夠?qū)恿ο到y(tǒng)進行保護、監(jiān)視、測量、指示、調(diào)整、變換與控制等工作。與其他系統(tǒng)一樣，船舶的自動化是指能夠通過智能技術，綜合分析整個船舶各系統(tǒng)情況、行駛狀態(tài)、外部環(huán)境等因素，向動力系統(tǒng)發(fā)出指令，從而實現(xiàn)自動操作，目前尚沒有完全不依賴于人的船舶系統(tǒng)，但在部分船舶早已實現(xiàn)自動巡航功能。自動系統(tǒng)中控制器、控制對象（動力系統(tǒng)）是兩個關鍵組成部分，當前船舶的動力系統(tǒng)自動化控制已實現(xiàn)局部控制化向全面自動化轉變歷程，技術越來越完善。

船舶的動力系統(tǒng)自動化功能主要包括：①操作縱向轉換位置判斷、自動轉向、自動起始等功能邏輯控制；②轉速負荷控制：轉速信號發(fā)生速率限制和負荷程序等功能；③安全保護、應急操作；④系統(tǒng)故障自檢；⑤功能模擬操作等。常用的元器件主要包括氣動元器件、機械元器件、液壓元器件、繼電器元件等，隨著微型計算機的廣泛應用，船舶主機自動控制已初步實現(xiàn)了計算機綜合控制化。

2.2 設計方法

首先，需要進行船舶動力系統(tǒng)選型計算，主推進柴油機、齒輪箱型號需綜合考慮匹配問題，初步匹配需要考慮船體的主尺度、船舶有效功率、船舶航速、螺旋槳直徑、螺旋槳最佳轉速等所需主機功率，而后確定船舶能夠達到的最高航速、螺旋槳直徑等，確定齒輪箱的型號參數(shù)。需注意的是，有些主柴油機、齒輪箱是不適合自動化控制的，配件本身自動化水平低。

其次，設計自動化系統(tǒng)，前文提到了部分常見的自動化功能配置?，F(xiàn)代建造的船舶動力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)可分為電動部分與氣動部分兩個組成部分，船舶動力系統(tǒng)廠家一般提供氣動部分，在建造船舶時，會建成完整的動力系統(tǒng)自動遙控裝置系統(tǒng)。動力系統(tǒng)的核心柴油機，基本的自動化配元件包括空分器轉向機構、高壓油泵換向機構、高壓油泵、氣壓檢測、主機轉速檢測，其中高壓油泵又連接調(diào)速器轉換器、VIT執(zhí)行器，換向機構與氣動操作系統(tǒng)連接，變速元件與電子調(diào)速器連接，整個船舶能夠通過主機遙控系統(tǒng)實現(xiàn)駕駛操作、集控操作、機旁操作。船舶主機自動遙控系統(tǒng)設計上主要包括航行速度、螺旋槳轉速、柴油機轉速、調(diào)速器，轉速設定值以及指令發(fā)射器6個環(huán)節(jié)，調(diào)速器是實現(xiàn)恒速控制的關鍵環(huán)節(jié)，轉速的檢測主要經(jīng)過磁脈沖測速裝置完成。調(diào)速器是完成調(diào)速和執(zhí)行的裝置，通過比例積分調(diào)節(jié)實現(xiàn)，近年來電子調(diào)速器逐漸取代了機械調(diào)速器。以3600DWT供油船為例，控控制系統(tǒng)為雙機、雙槳，可在駕駛室、集控室、機旁進行調(diào)速變向，貨控室、機旁控制貨油泵，實現(xiàn)了一機雙用。

3 小結

當前，船舶輪機動力裝置與系統(tǒng)設計理念、方法不斷進步發(fā)展，設計師的工作負荷明顯減輕，但自動化的設計所涉及的領域只是也越來越廣，跨學科理念作用越來越明顯，設計師們不能固步自封，在堅持基本的設計原則基礎上，了解當前柴油機元器件的特性，堅持科學設計原則，同時勇于創(chuàng)新，設計具有自身特殊的自動化動力系統(tǒng)。

參考文獻

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[2]袁偉，陳紅衛(wèi)，俞孟蕻.船舶動力定位系統(tǒng)虛擬仿真實驗平臺[J].實驗室研究與探索，2015，（4）：68-71.

（作者單位：常州玻璃鋼造船廠有限公司）