邵坤明，張興權(quán)，王同盟

（招商局重工（江蘇）有限公司，江蘇南通 226116）

0 引言

機艙是船舶動力設備布置最集中的處所，通常會布置主機、主發(fā)電機組，以及鍋爐、空壓機等相關(guān)輔機設備。主機、主發(fā)電機組和鍋爐等設備在工作時需要消耗大量空氣并產(chǎn)生大量熱量，需要配備機艙風機為這些設備提供足夠的空氣，并將熱量及有害氣體排到室外，以保證機艙內(nèi)溫度合適、空氣足夠。在船舶運營過程中，不同工況下主機和主發(fā)電機組等設備的使用情況不同，對機艙內(nèi)新風的需求量也不同。在進行機艙風機的選型時，一般根據(jù)最大工況需要的風量來確定風機功率，對于未安裝變頻控制系統(tǒng)的風機，在任何工況下風機均按額定功率進行工作，這往往會造成電能浪費。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻控制技術(shù)以其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果在各個領域得到了廣泛應用，為節(jié)能降耗提供了重要手段[1]。利用變頻控制技術(shù)，根據(jù)不同工況對風量的需求調(diào)節(jié)機艙風機提供的風量，進而減少能耗。

本文以某半潛打撈船為例，對機艙風機變頻控制系統(tǒng)的設計、溫度傳感器和壓差傳感器的布置要求及變頻控制邏輯進行分析，在保障機艙內(nèi)壓力維持在20～50 Pa的前提下，根據(jù)機艙溫度調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)風機的自動運行。

1 項目概況

本船為長約250 m、寬約60 m的四島式，無常規(guī)艏樓，方艉半潛打撈船。船舶航行于無限航區(qū)，具備DP2（Dynamic Positioning 2）級動力定位能力，采用全電力推進，可用于大型船舶的整體打撈，以及大型海洋油氣裝備、超大型海上裝備的運輸工作。

本船在運營過程中工況較多，且各個工況對電力負荷的需求差異較大，導致不同工況對機艙風量的需求差異較大。

2 機艙風機變頻控制系統(tǒng)的設計

本船的機艙通風系統(tǒng)依據(jù)ISO 8861: 1998標準進行設計[2]，機艙內(nèi)保持輕微的正壓，且不大于50 Pa。在正常工況時，送風機吸入外界35 ℃的新風，并送入機艙，風量滿足機艙內(nèi)所有設備在 100%負荷下正常運行的要求。

本船機艙分為前后2個區(qū)域，通風相互獨立。每個機艙分為上、下兩層，2層間的空氣可自由混合。每個機艙由2臺變頻軸流風機進行送風，機艙的廢氣通過煙囪棚上的排風百葉窗排出。機艙風機采用變頻控制，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）根據(jù)采集到的機艙內(nèi)外的壓差值和機艙內(nèi)實際溫度偏離預先設定值的情況，自動調(diào)節(jié)變頻風機的轉(zhuǎn)速，保證將機艙內(nèi)的壓力和溫度控制在設計范圍內(nèi)。變頻控制根據(jù)機艙內(nèi)和室外環(huán)境的具體情況，通過調(diào)整機艙內(nèi)送入的新風量來滿足設備的要求，使機艙內(nèi)達到相對適宜的環(huán)境，同時也可減少機艙風機的能耗[3]。

2.1 機艙風機變頻控制系統(tǒng)的組成

機艙的變頻風機控制系統(tǒng)包括變頻器、溫度傳感器（Temperature Transmitter，TT）、壓差傳感器（Differential Pressure Transmitter，DPT）、PLC控制單元及液晶觸摸操作屏等。本船機艙風機變頻控制系統(tǒng)組成情況見圖1。

圖1 本船風機變頻控制系統(tǒng)組成情況

2.2 溫度傳感器和壓差傳感器安裝位置的選擇

本船的機艙風機變頻控制系統(tǒng)根據(jù)機艙內(nèi)外的壓差值和機艙內(nèi)溫度值偏離設定值的情況對變頻風機轉(zhuǎn)速進行自動調(diào)節(jié)，進而滿足機艙設備的要求。壓差傳感器和溫度傳感器的安裝位置對風機的變頻控制起到至關(guān)重要的作用。

本船機艙最主要的散熱設備為主柴油機組和鍋爐。利用計算流體動力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）軟件分析機艙壓力場和溫度場的分布情況，并確定壓差傳感器和溫度傳感器的數(shù)量和安裝位置。

在進行溫度傳感器和壓差傳感器安裝位置的選擇時，需要滿足以下要求：

1）在每個柴油機組增壓器的附近布置壓差傳感器和溫度傳感器。

2）在1號機艙和2號機艙的煙囪區(qū)域布置壓差傳感器和溫度傳感器，避免煙囪區(qū)域溫度過高。

3）在鍋爐附件等易產(chǎn)生過高溫度的位置布置壓差傳感器和溫度傳感器。

4）在分油機間布置溫度傳感器。

5）在氣流組織均勻處布置壓差傳感器和溫度傳感器，要注意避開排氣管、冷風機出口、熱油加熱管等熱源和冷源。

本船機艙壓差傳感器和溫度傳感器的配置情況見表 1，下層和上層機艙壓差傳感器和溫度傳感器的布置情況分別見圖2和圖3。

圖2 下層機艙壓差傳感器和溫度傳感器布置情況

圖3 上層機艙壓差傳感器和溫度傳感器布置情況

表1 本船機艙壓差傳感器和溫度傳感器的配置情況

2.3 變頻控制原理和控制邏輯

本船將壓力控制的優(yōu)先級設為最高級別，保證機艙內(nèi)始終為正壓，且將機艙內(nèi)的壓力維持在20～50 Pa。在滿足機艙壓力的要求下，根據(jù)溫度對風機的轉(zhuǎn)速進行相應調(diào)節(jié)。機艙溫度與壓力的關(guān)系曲線見圖4。在機艙溫度低于15 ℃時，機艙壓力保持在20 Pa；在機艙溫度高于35 ℃時，機艙壓力保持在50 Pa；在機艙溫度介于15 ℃～35 ℃時，機艙壓力隨機艙溫度的增加線性增加。

圖4 機艙溫度與壓力的關(guān)系曲線

通常情況下，PLC控制單元根據(jù)機艙內(nèi)外的壓差值和機艙內(nèi)溫度值偏離設定值的情況對變頻風機轉(zhuǎn)速進行自動調(diào)節(jié)。當機艙內(nèi)外的壓力差低于最低設定值（20 Pa）時，加大風機的轉(zhuǎn)速；當機艙內(nèi)外的壓力差高于最高設定值（50 Pa）時，減小風機的轉(zhuǎn)速。在設定的壓力范圍內(nèi)，再根據(jù)機艙內(nèi)的溫度情況調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速。當機艙溫度低于 15 ℃時，減小風機的轉(zhuǎn)速；當機艙溫度高于 35 ℃時，加大風機的轉(zhuǎn)速。機艙風機變頻控制邏輯流程圖見圖5。

圖5 機艙風機變頻控制邏輯流程圖

3 結(jié)論

機艙是船舶動力設備布置最集中的處所，保障機艙設備安全運行非常重要。本文基于某半潛打撈船，對機艙風機變頻控制系統(tǒng)的設計、溫度傳感器和壓差傳感器的布置要求及變頻控制邏輯進行分析，可得到如下結(jié)論：

1）該系統(tǒng)可根據(jù)機艙內(nèi)壓力和溫度的變化控制機艙風機的運行負荷，不僅能滿足機艙設備運行所需的新風，還能保障機艙風機在不同工況下的自動化運行。

2）該系統(tǒng)可有效減少能耗，并降低運營成本。