聞峣 潘永軍

摘要：通過對(duì)新海豚輪主要用油設(shè)備的耗油情況分別監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)，結(jié)合生產(chǎn)型設(shè)備的轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，并綜合泥泵效率子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性研究，可初步計(jì)算出油耗與產(chǎn)量較為直觀的曲線關(guān)系，為船舶生產(chǎn)管理人員對(duì)船舶的整體生產(chǎn)效率評(píng)估提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：油耗;產(chǎn)量;軸功率;監(jiān)測(cè)分析

0? 引言

艦船軸功率是表征船體和主動(dòng)力裝置性能狀態(tài)的重要參數(shù)之一。通過對(duì)軸功率等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并更具監(jiān)測(cè)信息及時(shí)采取相應(yīng)的維護(hù)措施，更夠有效的提高艦船的動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性和安全性。燃油的使用情況直接決定了施工效率和施工成本，傳統(tǒng)的油耗統(tǒng)計(jì)方法和監(jiān)控手段難以滿足公司日益壯大的船隊(duì)規(guī)模與燃油統(tǒng)計(jì)要求，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控可以更科學(xué)的安排施工與技術(shù)改進(jìn)。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過中央處理單元，對(duì)燃油和泥泵效率兩個(gè)子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合采集、處理、計(jì)算，并接入原船舶疏浚（IFIX-SCADA）系統(tǒng)，為船舶生產(chǎn)提供輔助的監(jiān)測(cè)功能，提升船舶現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理的集成化、自動(dòng)化水平。（圖1）

2? 泥泵效率監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

本系統(tǒng)中，通過對(duì)泥泵軸功率的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)泥泵效率的監(jiān)測(cè)功能。采用的技術(shù)方法是在主機(jī)對(duì)泥泵傳動(dòng)軸承上，安裝軸功率監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)備，監(jiān)測(cè)主機(jī)對(duì)泥泵的傳動(dòng)軸功率，并綜合主機(jī)輸出功率計(jì)算后，得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用于反映泥泵的效率。

本方案旨在為絞吸船新海豚輪的兩臺(tái)艙內(nèi)泥泵配置軸功率監(jiān)測(cè)裝置。實(shí)現(xiàn)軸系扭矩、轉(zhuǎn)速和功率在線監(jiān)測(cè)功能。泥泵軸功率監(jiān)測(cè)裝置需工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量準(zhǔn)確，集數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及信號(hào)輸出為一體的裝置。同時(shí)要求安裝方便，安裝無需對(duì)軸體和機(jī)械進(jìn)行改造和拆解，具有極強(qiáng)的抗干擾能力，可使其在保證精度和頻響的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在線的軸功率監(jiān)測(cè)功能。（圖2）

2.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研

新海豚泥泵與軸系現(xiàn)場(chǎng)圖片見圖3。

軸系上可供安裝測(cè)量裝置的位置（如圖4，紅色圈出），長(zhǎng)為27cm，軸徑19.9cm，表面光滑，無油污。

2.2 測(cè)量裝置選型

本方案選用TPM2型扭矩功率測(cè)量系統(tǒng)（組成如圖5）。

該測(cè)量裝置具有以下特點(diǎn)：

①安裝簡(jiǎn)單不需對(duì)軸和機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行改造、拆卸，旋轉(zhuǎn)圈和固定環(huán)都可以快速分開并通過螺栓連接在一起套在軸上;

②結(jié)構(gòu)堅(jiān)固的硬件、高品質(zhì)的電子封裝，適用于各種環(huán)境;

③工作可靠旋轉(zhuǎn)圈和固定環(huán)之間具有較大間隙，采用感應(yīng)式供電和數(shù)據(jù)傳輸，沒有表面摩擦;

④易于套圈旋轉(zhuǎn)圈的設(shè)計(jì)能自適應(yīng)軸徑的輕微變化，采用常規(guī)工具就能將其在軸上套緊。系統(tǒng)狀態(tài)指示一目了然的系統(tǒng)狀態(tài)指示燈，方便工程師現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常、快速解決問題。

2.3 軸功率信號(hào)采集顯示

將軸功率測(cè)量裝置輸出的扭矩、轉(zhuǎn)速等信號(hào)（串行通訊），通過串口信號(hào)服務(wù)器（NPORT 5130）接入到疏浚控制系統(tǒng)（DCS），并在DCS的SCADA界面進(jìn)行顯示，同時(shí)通過DCS其他疏浚過程測(cè)量信號(hào)值（如流速、壓力等），計(jì)算出泥泵功率、效率等。

3? 燃油監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

本系統(tǒng)中，燃油監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)方式是在主要的耗油設(shè)備的進(jìn)/口油管路上，分別安裝與其測(cè)量介質(zhì)相適應(yīng)的高精度質(zhì)量流量計(jì)，通過對(duì)設(shè)備進(jìn)出油量的實(shí)時(shí)計(jì)算和累積，來計(jì)算相應(yīng)設(shè)備的實(shí)時(shí)、平均和整體油耗情況，并可通過油耗數(shù)據(jù)側(cè)面反映施工效率。船舶主要用油設(shè)備包括：

①油柜2個(gè)，0號(hào)柴油（儲(chǔ)存溫度：常溫，工作溫度：約50℃）;

②甲板泵2臺(tái)（日耗油量約4t/d）;

③主機(jī)1臺(tái)（日耗油量約1～2.5/3t/d）;

④疏浚發(fā)電機(jī)2臺(tái)（日耗油量約3.5～5/6t/d）;

⑤鍋爐1臺(tái)（日耗油量約1t/d）;

⑥發(fā)電機(jī)1臺(tái)（日耗油量約0.5～1t/d）。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況

原計(jì)劃在油柜處供/回油管路上加裝燃油流量計(jì)，經(jīng)過實(shí)地勘察，供油管路位置較低，如加裝燃油流量計(jì)需提前將油柜放空，比較耗時(shí)且不安全。另外，供油管路空間狹小，不方便施工及維護(hù)保養(yǎng)?；赜凸苈冯m然有安裝空間，但也存在安全隱患。同時(shí)，油柜中的油位會(huì)經(jīng)常低于回油口，這會(huì)導(dǎo)致回油管路中進(jìn)入空氣，產(chǎn)生虹吸效應(yīng)且燃油流量計(jì)會(huì)處于非滿管狀態(tài)，測(cè)量波動(dòng)大。

甲板泵機(jī)前進(jìn)回油管路是軟管，空間小，振動(dòng)大，不利于燃油流量計(jì)安裝。然而，進(jìn)回油管處，空間大，油路改造方便且易于施工及日常維護(hù)保養(yǎng)。

主機(jī)附近空間大，可通過原有的固定支架改造便可進(jìn)行加裝燃油流量計(jì)且進(jìn)回油主機(jī)的管路仍可采用軟管連接，方便日后維護(hù)。

此處空間狹小，無法加裝燃油質(zhì)量流量計(jì)。

疏浚電機(jī)的情況與甲板泵機(jī)的情況一致。進(jìn)/回油管路上加裝燃油流量計(jì)比較合適?？臻g大，油路改造方便且易于施工及日常維護(hù)保養(yǎng)。

經(jīng)相關(guān)船員介紹，鍋爐視施工地點(diǎn)及環(huán)境情況，擇機(jī)使用。相對(duì)上述主設(shè)備而言使用率并不高，且就實(shí)地勘察，鍋爐主機(jī)的進(jìn)回油管路改造難度大，加裝燃油流量計(jì)有點(diǎn)難度。

發(fā)電機(jī)有自帶的小油箱（上圖中白色管路旁箱體），工作時(shí)振動(dòng)大且供回油路短小，改造加裝燃油流量計(jì)有點(diǎn)難度。

3.2 燃油監(jiān)測(cè)方案

①燃油流量計(jì)均加裝于船舶用油設(shè)備附近的進(jìn)回油管路上。

②燃油流量計(jì)均采用旁路垂直安裝。

③船舶用油設(shè)備自身攜帶燃油泵，但從油柜至用油設(shè)備之間無燃油泵。既燃油通過油柜與用油設(shè)備的高度差將燃油輸送至用油設(shè)備，再由用油設(shè)備自帶燃油泵吸入燃油輸送至用油設(shè)備中。在目前船舶用油設(shè)備一般工作情況下有時(shí)會(huì)出現(xiàn)供油不足的情況導(dǎo)致船舶擁有設(shè)備停機(jī)。所以，供油管內(nèi)燃油的壓力較小，加裝燃油流量計(jì)需盡可能的保證供油管內(nèi)燃油的壓力，確保用油設(shè)備不停機(jī)?；蛘咴诠┯突芈飞霞友b燃油泵，確保船舶用油設(shè)備正常工作。

④渦輪燃油流量計(jì)是燃油通過儀表的渦輪從而使渦輪旋轉(zhuǎn)測(cè)量，會(huì)降低燃油壓力，產(chǎn)生較大的壓損。渦輪燃油流量計(jì)必須確保前10后5的安裝距離，遠(yuǎn)離高振動(dòng)區(qū)域，否則會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)的流場(chǎng)不穩(wěn)定，測(cè)量會(huì)有波動(dòng)且影響精度。

⑤質(zhì)量燃油流量計(jì)是燃油通過微彎管產(chǎn)生的振動(dòng)測(cè)量，對(duì)燃油的壓力影響較小，產(chǎn)生的壓損較小。質(zhì)量燃油流量計(jì)對(duì)安裝距離相對(duì)比較寬松，只要保證介質(zhì)滿管，流場(chǎng)穩(wěn)定即可正常工作，測(cè)量較穩(wěn)定且精度影響較小。

⑥鍋爐可采用質(zhì)量流量計(jì)（固定傳感器，用軟管連接，保證相對(duì)長(zhǎng)度的直管段）、渦輪流量計(jì)（固定傳感器，軟管連接，再加入25倍直管段長(zhǎng)度的軟管，軟管可以盤成環(huán)形，環(huán)形直徑大于60cm）和采用鍋爐的運(yùn)行信號(hào)計(jì)算運(yùn)行時(shí)間，估算鍋爐的油耗量。

⑦發(fā)電機(jī)可采用質(zhì)量流量計(jì)（固定傳感器，用軟管連接，保證相對(duì)長(zhǎng)度的直管段）、渦輪流量計(jì)（固定傳感器，軟管連接，再加入25倍直管段長(zhǎng)度的軟管，軟管可以盤成環(huán)形，環(huán)形直徑大于60cm）和擬采用綜合考慮運(yùn)行時(shí)間與運(yùn)行功率，系統(tǒng)自動(dòng)估算發(fā)電機(jī)的油耗量。

⑧燃油流量計(jì)具體尺寸需用戶提供詳細(xì)準(zhǔn)確的燃油（溫度、壓力、粘度、密度等）相關(guān)數(shù)據(jù)。

4? 總結(jié)

泥泵效率與燃油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包含軸功率測(cè)量子系統(tǒng)和燃油消耗監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)倆個(gè)部分。

泥泵效率的監(jiān)測(cè)是通過對(duì)泥泵軸功率相關(guān)參數(shù)的檢測(cè)，經(jīng)過計(jì)算后，反映出泥泵的效率。泥泵是絞吸式挖泥船上通過管道實(shí)現(xiàn)連續(xù)輸送泥漿的關(guān)鍵設(shè)備。泥泵裝置是由泥泵和直接驅(qū)動(dòng)泥泵的柴油機(jī)所組成，包括減速齒輪箱、離合器、高彈性聯(lián)軸節(jié)等在內(nèi)。在泥泵裝置的設(shè)計(jì)中，合理的解決泥泵與驅(qū)動(dòng)柴油機(jī)、泥泵裝置及管路的匹配問題，才能使泥泵裝置工作在允許范圍內(nèi)，同時(shí)又是在泵特性的最佳效率區(qū)，能充分利用柴油機(jī)的全部功率，從而提高挖泥裝置的經(jīng)濟(jì)性和工作可靠性。

燃油監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)船舶主要用油設(shè)備的耗油情況，并累積計(jì)算整體油耗，實(shí)現(xiàn)耗油與生產(chǎn)效率的相關(guān)性監(jiān)測(cè)。在絞吸船上，有主機(jī)、發(fā)電機(jī)、泥泵柴油機(jī)、疏浚發(fā)電機(jī)及鍋爐等燃油消耗量較多的設(shè)備，通過對(duì)上述主要耗油設(shè)備的進(jìn)出油管路安裝與其介質(zhì)相適應(yīng)的高精度質(zhì)量流量計(jì)，來檢測(cè)各個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)和累積油耗，從而實(shí)現(xiàn)船舶主要設(shè)備的燃油監(jiān)測(cè)功能，并可通過上述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)備遠(yuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算油耗與生產(chǎn)效率的相關(guān)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]艦船軸功率測(cè)量與應(yīng)用研究，1001-8328（2010）05-0014-03.

[2]肖華.艦船動(dòng)力裝置軸功率測(cè)量方法研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2009.

[3]中遠(yuǎn)集運(yùn)船舶燃油監(jiān)控系統(tǒng)[J].航海技術(shù)，2008（5）：57-59.