摘 要：為適應(yīng)船舶市場的發(fā)展，我公司在船用交流柴油發(fā)電機(jī)組多年來成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)了以8G32柴油機(jī)為原動機(jī)的CCFJ3380J-W型船用交流柴油發(fā)電機(jī)組，第一次用于電力推進(jìn)船舶中，并取得了中國船級社型式認(rèn)可。

關(guān)鍵詞：船用柴油發(fā)電機(jī)組；設(shè)計；試車基地設(shè)計

中圖分類號：U665.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

2 機(jī)組的總體布置

機(jī)組采用“G32系列船用柴油發(fā)電機(jī)組”科技項(xiàng)目的研究成果，以8G32柴油機(jī)為原動機(jī)，發(fā)電機(jī)組的組成如下（圖1）：

柴油機(jī)（8G32）+高彈性聯(lián)軸器+雙支承發(fā)電機(jī)

3 發(fā)電機(jī)組的開發(fā)與設(shè)計

3.1 柴油機(jī)適應(yīng)性改進(jìn)

為了滿足船舶電力推進(jìn)和各種設(shè)備的安裝布置要求，對機(jī)組及柴油機(jī)配套件作適應(yīng)性調(diào)整。

3.1.1 柴油機(jī)增壓器選型

為滿足IMO Ⅱ排放要求，經(jīng)過系統(tǒng)的匹配計算及在我司臺架的匹配試驗(yàn)，確定使用發(fā)電機(jī)組專用的TPL65-A32增壓器與特定的米勒定時凸輪軸匹配，從而達(dá)到滿足增壓壓力的同時，降低NOx的排放。

3.1.2 低溫淡水冷卻器選型

因電力推進(jìn)系統(tǒng)增加了電機(jī)的冷卻，8G32所選配的低溫淡水冷卻器無法同時滿足冷卻柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)的要求，經(jīng)計算需增加冷卻面積約10%才能滿足要求，確定采用增加冷卻板片的形式增加冷卻面積。

3.1.3 連桿工藝

由于電力推進(jìn)系統(tǒng)要求柴油機(jī)長期處于高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，對柴油機(jī)的運(yùn)動件的要求非常高，因此我們對主要的運(yùn)動件之一的連桿進(jìn)行了強(qiáng)化處理，對連桿的大端內(nèi)孔經(jīng)噴丸強(qiáng)化處理，以提高機(jī)組柴油機(jī)的可靠性，這是滿足電力推進(jìn)柴油機(jī)安全運(yùn)行的重要技術(shù)改進(jìn)之一。

3.1.4 船上安裝布置問題

為適應(yīng)船上的安裝位置需要，由原來標(biāo)準(zhǔn)配置的每機(jī)2個300L空氣瓶改為每船2個1600L空氣瓶，滿足5臺發(fā)電機(jī)組同時使用的需要并解決空氣瓶安裝布置問題；滑油粗濾器的結(jié)構(gòu)改為進(jìn)出口直通式DDL200型滑油粗濾器，以解決滑油粗濾器布置問題。

3.2 勵磁調(diào)節(jié)器和電子調(diào)速器的選型與匹配

發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器選配巴斯勒品牌DECS-200型數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器，掌握它的調(diào)試要點(diǎn)很重要，可以為以后提供借鑒。勵磁調(diào)節(jié)器對發(fā)電機(jī)的電壓瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)、波動率等特性的自動調(diào)節(jié)至關(guān)重要。比如該機(jī)組在做“機(jī)組瞬態(tài)電壓變化率及恢復(fù)穩(wěn)定時間的測量”試驗(yàn)的時候，按照型式試驗(yàn)的要求：在發(fā)電機(jī)組空載工況、電壓6600V時，合上發(fā)電機(jī)主開關(guān)，突加功率因數(shù)為0.4（滯后）以下，電流為208.68A的三相對稱負(fù)載。試驗(yàn)開始均會出現(xiàn)尖峰電壓波動，經(jīng)過多次調(diào)整試驗(yàn)方法，確定從變壓器低壓側(cè)的負(fù)荷屏合閘突加負(fù)載，這樣測得數(shù)據(jù)能夠滿足規(guī)范要求，而且比規(guī)范還要好很多，通過發(fā)電機(jī)測試儀的波形看出，從變壓器低壓側(cè)合閘不會產(chǎn)生很大浪涌電流，證明這種試驗(yàn)方法是能夠滿足試驗(yàn)要求的。通過勵磁調(diào)節(jié)器BESTCOMS調(diào)試軟件設(shè)置勵磁調(diào)節(jié)器 “Droop Setting（降落設(shè)定）”參數(shù)，使無功分配差度為3.6%，以便達(dá)到發(fā)電機(jī)組并車的要求。

柴油機(jī)選配美國伍德沃德公司UG20+2301D型電液式調(diào)速器，該類型調(diào)速器由2301D控制器通過電信號控制UG20液壓式執(zhí)行器，是第一次應(yīng)用在G32柴油機(jī)配發(fā)電機(jī)上，調(diào)速器的參數(shù)與柴油機(jī)的匹配直接影響著發(fā)電機(jī)的調(diào)速性能。柴油機(jī)調(diào)速性能也與柴油機(jī)燃油系統(tǒng)有關(guān)，比如噴油泵有沒有卡尺現(xiàn)象，每一缸噴油泵油尺阻力是否相同，每一缸噴射燃油量是否均勻，燃油拉桿摩擦力矩是否太大。在調(diào)試過程中遇到一些矛盾，當(dāng)機(jī)組穩(wěn)態(tài)調(diào)速特性達(dá)到要求時，做突加、突卸試驗(yàn)的時候，瞬態(tài)調(diào)速特性又不能達(dá)到要求，瞬態(tài)特性較好的時候，穩(wěn)態(tài)波動又比較大，要尋找這幾者之間的平衡至關(guān)重要，也是調(diào)試的難點(diǎn)與重點(diǎn)。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試2301D控制器參數(shù)，最終尋找到了穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性的平衡點(diǎn)，穩(wěn)態(tài)調(diào)速特性和瞬態(tài)調(diào)速特性都較好，達(dá)到了規(guī)范的要求。通過設(shè)置2301D調(diào)速器“KW LOAD DROOP %”為3%，當(dāng)發(fā)電機(jī)從空載到滿載時頻率（轉(zhuǎn)速）將下降3%，這樣可以保證有功分配差度調(diào)整到3%，滿足并車要求。

3.3 高彈性聯(lián)軸器的選型

高彈性聯(lián)軸口的選型充分考慮機(jī)組的抗沖擊、匹配、扭振性能，同時結(jié)合機(jī)組的總體設(shè)計，以及融入了我公司多年發(fā)電機(jī)組設(shè)計與配套的經(jīng)驗(yàn)，最后經(jīng)過對整個軸系的扭振計算確定高彈性聯(lián)軸器的型號為CRS3410，其關(guān)鍵技術(shù)是：機(jī)組軸系的1節(jié)4次主共振（127.62r/min）遠(yuǎn)離運(yùn)行轉(zhuǎn)速，在運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)（240～660 r/min）機(jī)組可實(shí)現(xiàn)無禁區(qū)安全運(yùn)行。

本項(xiàng)目所選用高彈性聯(lián)軸口為伏爾康公司批量生產(chǎn)的成熟產(chǎn)品，質(zhì)量可靠，有足夠的安全裕度，可保證機(jī)組長期額定負(fù)荷工作的安全性。

3.4 發(fā)電機(jī)選型

發(fā)電機(jī)選用韓國現(xiàn)代發(fā)電機(jī)，型號為HSJ7 809-10P。

由于發(fā)電機(jī)組的配套最容易出現(xiàn)軸向竄動的問題，所以我們在配套選型過程中尤為注意。為避免發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子磁場中心偏離可能產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)軸軸向竄動問題，按照多年來我司發(fā)電機(jī)組的實(shí)際使用數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，給定發(fā)電機(jī)的軸向間隙盡量小，盡量接近柴油機(jī)曲軸軸向竄動的間隙，經(jīng)型式試驗(yàn)證明發(fā)電機(jī)軸無軸向竄動。

3.5 柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與發(fā)電機(jī)外部接線原理圖設(shè)計

為適應(yīng)船用發(fā)電機(jī)組控制的需要，柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計介紹如下：

根據(jù)與上海西門子、船東、設(shè)計院洽談簽訂的CCFJ3380J-W型船用交流柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)旁監(jiān)控系統(tǒng)與集控臺和電站管理系統(tǒng)PMS的電氣接口及技術(shù)規(guī)范，完成設(shè)計CCFJ3380J-W型船用交流柴油發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)控制及監(jiān)測報警系統(tǒng)：采用CFZ-BJ3柴油機(jī)監(jiān)控儀、CFZ-GY3柴油機(jī)監(jiān)測報警箱；CFZ-BJ3型柴油機(jī)監(jiān)控儀滿足多種復(fù)雜的自動控制要求，如遠(yuǎn)程起動、停車、緊急停車、轉(zhuǎn)速/頻率調(diào)節(jié)、恒頻模式等多種控制I/O口，同時具有柴油發(fā)電機(jī)組熱工況參數(shù)實(shí)時監(jiān)測越限報警，通過RS485通訊口與遠(yuǎn)程微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時通訊，實(shí)現(xiàn)船舶發(fā)電機(jī)組的自動化與人性化的監(jiān)測與控制。

3.6 總體設(shè)計的調(diào)整

為解決試驗(yàn)基地發(fā)電機(jī)端部突出通道影響機(jī)組安全的問題，高彈性聯(lián)軸口和發(fā)電機(jī)按盡可能短的原則進(jìn)行設(shè)計，同時縮短了實(shí)船機(jī)組的總長。

按照以上各項(xiàng)要求，我們對機(jī)組主要性能規(guī)格表、機(jī)組匹配計算書、機(jī)組交貨驗(yàn)收技術(shù)條件、機(jī)組軸系扭振計算書、機(jī)組安裝布置圖進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)并呈報CCS進(jìn)行審批。

4 3380kW機(jī)組試車基地設(shè)計與施工

CCFJ3380J-W型船用交流柴油發(fā)電機(jī)組是我司目前生產(chǎn)的最大船用發(fā)電機(jī)組，機(jī)組的試車要在現(xiàn)有的臺架上進(jìn)行。通過與有關(guān)人員溝通，對現(xiàn)有試車基地進(jìn)行調(diào)查（水池位置，電纜走向，電器設(shè)備放置等），制定了設(shè)計方案見圖2。

試驗(yàn)機(jī)組位置確定在第4#地基進(jìn)行，利用車間之間通道及占用總裝車間1跨裝機(jī)位置進(jìn)行布置設(shè)計。

根據(jù)發(fā)電機(jī)的外形尺寸，設(shè)計基礎(chǔ)對中安裝圖。保持8G32柴油機(jī)正常試車的狀態(tài)下，設(shè)計發(fā)電機(jī)底座與主機(jī)對中連接，主機(jī)各管路不變。根據(jù)已確定的外圍設(shè)備（高壓變壓器1個、高壓柜1個、低壓柜2個、電抗器2個、水阻器4個），考慮電纜長短、位置和場地的大小、布線的難度以及放置高壓設(shè)備的安全問題做出具體布置方案。

設(shè)計一個水阻器工作時的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)及安裝圖，包括水箱2個（共80m3），選用100t冷卻水塔2個、水泵7個等。

該地基進(jìn)行了3380kW機(jī)組全負(fù)荷調(diào)試，基地及外圍設(shè)備工作運(yùn)行良好，并順利進(jìn)行了機(jī)組的型式試驗(yàn)。

5 設(shè)計驗(yàn)證

按照中國船級社批準(zhǔn)的《CCFJ3380J-W型船用交流柴油發(fā)電機(jī)組（50Hz）型式試驗(yàn)大綱》，在現(xiàn)場驗(yàn)船師的監(jiān)督下，進(jìn)行了全面的性能測試。測試結(jié)果表明：機(jī)組各項(xiàng)性能均達(dá)到設(shè)計要求。

6 結(jié)論

CCFJ3380J-W型船用交流柴油發(fā)電機(jī)組是我司第一次用于電力推進(jìn)船舶中的產(chǎn)品，發(fā)電機(jī)的容量和電壓都比較高，在產(chǎn)品質(zhì)量保證和技術(shù)方面都是一次挑戰(zhàn)，但我們克服了各種困難，在設(shè)計上達(dá)到了電力推進(jìn)船舶的要求，在調(diào)試過程中掌握了進(jìn)口巴斯勒勵磁調(diào)節(jié)器和2301D調(diào)速器的調(diào)試規(guī)律。機(jī)組的可靠性及穩(wěn)定性在船上進(jìn)行了驗(yàn)證。我們有信心把我公司各型的發(fā)電機(jī)組推向電力推進(jìn)船舶市場中。

CCFJ3380J-W型船用交流柴油發(fā)電機(jī)組是我司歷史上最大功率的船用發(fā)電機(jī)組，已圓滿完成所有的設(shè)計與型式試驗(yàn)，達(dá)到科技項(xiàng)目預(yù)定目標(biāo)。