杜 淼 劉永歆 苗國強(qiáng) 徐 冰

某油船電力負(fù)荷計(jì)算問題分析

杜 淼 劉永歆 苗國強(qiáng) 徐 冰

某油船船東試航時(shí)手動(dòng)開啟了主空壓機(jī)以及大部分的廚房設(shè)備，此時(shí)發(fā)電機(jī)的單機(jī)負(fù)荷率為87%。該船東認(rèn)為發(fā)電機(jī)的容量偏小，并懷疑船廠的負(fù)荷計(jì)算存在問題。結(jié)合其他項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行理論計(jì)算，對(duì)船東進(jìn)行合理解釋，用理論結(jié)合實(shí)際說服船東不需增加發(fā)電機(jī)的容量，從而為船廠節(jié)約建造成本，也為船東節(jié)省運(yùn)營成本。

三類負(fù)載法；負(fù)荷計(jì)算；間斷負(fù)荷系數(shù)

一、問題描述

某油船共配備三臺(tái)發(fā)電機(jī)，每臺(tái)輸出功率為780千瓦。根據(jù)建造說明書的要求，在正常航行的工況下，1臺(tái)發(fā)電機(jī)即可滿足航行期間的容量要求（由于發(fā)電機(jī)的增機(jī)負(fù)荷率是90%，所以負(fù)荷的總量不能大于單機(jī)的780×90%=702千瓦）。船東非常關(guān)心發(fā)電機(jī)的負(fù)荷問題，在首制船試航期間，船東在船舶無人機(jī)艙試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)（即無人機(jī)艙試驗(yàn)的設(shè)備全開啟的狀態(tài)），又手動(dòng)開啟了主空壓機(jī)以及大部分的廚房設(shè)備，此時(shí)，一臺(tái)發(fā)電機(jī)的容量約為680千瓦?？紤]到未開啟的廚房設(shè)備（可傾斜煎鍋和蒸鍋共22千瓦）和焚燒爐（20千瓦左右），船東認(rèn)為發(fā)電機(jī)的容量選小了，并對(duì)本船的負(fù)荷計(jì)算提出了質(zhì)疑，認(rèn)為負(fù)荷計(jì)算中很多設(shè)備的負(fù)荷系數(shù)比另一大型油船選得小。本船的負(fù)荷計(jì)算的結(jié)果如表1所示。

表1 計(jì)算的結(jié)果

二、三類負(fù)載法

首先，船廠的電力負(fù)荷計(jì)算方法采用的是國防工業(yè)出版社2013年出版的《船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱《手冊(cè)》）里的三類負(fù)載法。

三類負(fù)載法，顧名思義，即把負(fù)荷分為三類：第一類負(fù)載——連續(xù)使用的負(fù)載；第二類負(fù)載——短時(shí)或重復(fù)短時(shí)使用的負(fù)載；第三類負(fù)載——偶爾短時(shí)使用的負(fù)載，以及按操作規(guī)程規(guī)定可以在電站尖峰負(fù)載時(shí)間外使用的負(fù)載。

在實(shí)際的計(jì)算中，將各個(gè)負(fù)載劃分為以上三類，采用不同的負(fù)載系數(shù)，同時(shí)還要乘以不同的同時(shí)系數(shù)。[1]具體公式如下：

其中：Pe為電動(dòng)機(jī)額定功率；η為電動(dòng)機(jī)額定效率；K1為負(fù)載系數(shù)；K2為同時(shí)系數(shù)。

三、負(fù)荷計(jì)算

船廠的負(fù)荷計(jì)算即是基于以上的方法，其負(fù)荷系數(shù)、同時(shí)系數(shù)的選取是結(jié)合其他多個(gè)實(shí)船經(jīng)驗(yàn)并參照《手冊(cè)》的數(shù)據(jù)。

根據(jù)《手冊(cè)》，負(fù)荷系數(shù)根據(jù)負(fù)載的不同而有一定的差別，例如泵類通常在0.75～0.9，風(fēng)機(jī)類在0.6～0.9，本項(xiàng)目的設(shè)備的負(fù)荷系數(shù)也在這個(gè)范圍之內(nèi)，大多數(shù)取0.7和0.75。

《手冊(cè)》中還建議，同時(shí)系數(shù)對(duì)第一類負(fù)載可按照0.8～1選取，第二類負(fù)載按照0.3～0.5選取，第三類負(fù)載通?？梢院雎圆挥?jì)。在本項(xiàng)目的負(fù)荷計(jì)算中，第一類負(fù)載通常取0.9～1，第二類負(fù)載通常取0.4。[2]

綜上，本項(xiàng)目中系數(shù)的選取符合相關(guān)的設(shè)計(jì)要求。

負(fù)載計(jì)算的部分內(nèi)容參見表2所示。

表2 部分負(fù)載計(jì)算

四、原因分析

（1）至于船東認(rèn)為負(fù)荷系數(shù)選得比另一載荷量約為本船兩倍的大型油船的負(fù)荷系數(shù)小這一情況，很重要的原因是本船的設(shè)備電機(jī)選得較大（本型船的一些設(shè)備的容量甚至等于或大于大型油船設(shè)備的容量，如燃油凈油機(jī)和低溫淡水泵），而實(shí)際的功率消耗比較小，所以，設(shè)備實(shí)際的負(fù)荷系數(shù)較低。本船與另一大型油船的部分設(shè)備電機(jī)容量的對(duì)比如表3所示。

表3 負(fù)荷比較

（2）關(guān)于船東提出航行時(shí)開啟主空壓機(jī)，同時(shí)開啟所有的廚房設(shè)備及焚燒爐的要求，船廠認(rèn)為船東要求的這種狀態(tài)太極端，船上幾乎不會(huì)出現(xiàn)這種情況。首先主空壓機(jī)主要為主機(jī)及發(fā)電機(jī)提供啟動(dòng)用的壓縮空氣，航行期間，主機(jī)及發(fā)電機(jī)均已啟動(dòng)，幾乎不會(huì)啟動(dòng)主空壓機(jī)，只有在空氣瓶的壓縮空氣泄漏較多的情況下才偶爾啟動(dòng)。即使非常偶然的情況下啟動(dòng)了空壓機(jī)，也應(yīng)該按照第二類負(fù)載考慮，即同時(shí)系數(shù)為0.4。

主空壓機(jī)實(shí)際消耗功率Ps=Pe/η×K1×K2= 52/93.7%×0.75×0.4=16.6 kW。

廚房設(shè)備只在做飯期間工作，也不會(huì)出現(xiàn)所有的廚房設(shè)備都開啟的情況，因?yàn)橥ǔ４系拇髲N只有一人，不可能對(duì)所有的廚房設(shè)備同時(shí)操作。而且廚房設(shè)備屬于第二類負(fù)載，同時(shí)系數(shù)取0.4。

廚房設(shè)備實(shí)際消耗功率Ps=Pe/η×K1×0.4=22/93.7×0.75×0.4=7 kW。

焚燒爐也是油渣積累到一定程度才開啟（人工可控，沒必要非在負(fù)荷大時(shí)同時(shí)開，從而人為加大發(fā)電機(jī)功率）。焚燒爐應(yīng)該介于第二類和第三類負(fù)載之間，甚至可以忽略不計(jì)。如果考慮，其實(shí)際消耗功率Ps=Pe/η×K1×K2=20/91.5%×0.75×0.4= 6.5 kW。

五、解決措施及預(yù)防

根據(jù)上述計(jì)算，即使把廚房設(shè)備和焚燒爐的負(fù)載加進(jìn)試航期間的發(fā)電機(jī)功率中，發(fā)電機(jī)的實(shí)際功率為680 kW+7 kW+6.5 kW=693.5 kW（空壓機(jī)在試航期間已經(jīng)開啟，不需要計(jì)算），也小于單臺(tái)發(fā)電機(jī)的起機(jī)負(fù)荷功率（780 kW×0.9=702 kW），這還是在考慮焚燒爐為第二類負(fù)載的情況下。

經(jīng)過對(duì)船東合理解釋，并在負(fù)荷計(jì)算中修改了這些設(shè)備的計(jì)算，船東最終接受了我們的意見。如果按照船東的要求，增加發(fā)電機(jī)的容量，那么在各個(gè)工況實(shí)際的油耗及各種消耗均會(huì)增加，也增加了船東的運(yùn)營成本。

六、結(jié)束語

針對(duì)某油船在試航期間船東提出發(fā)電機(jī)負(fù)荷緊張的問題，給出了合理的解釋，并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)挠?jì)算修正，消除了船東的憂慮，也為船東節(jié)省了開支，同時(shí)也為同類問題的解決提供借鑒。

[1]張朝暉.海洋石油工程設(shè)計(jì)指南[M].北京：石油工業(yè)出版社, 2006.

[2]中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)：電氣分冊(cè)[M]. 3版.北京：國防工業(yè)出版社,2013.

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.08.008

杜淼（1976—），男，大連船舶重工集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院，高級(jí)工程師（主任設(shè)計(jì)師）。

劉永歆（1977—），男，大連船舶重工集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院，高級(jí)工程師。

苗國強(qiáng)（1977—），男，大連船舶重工集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院，助理工程師。

徐冰（1980—），男，大連船舶重工集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院，助理工程師。