船舶雙機(jī)并車調(diào)速器控制方法介紹

溫進(jìn)超 吳敏

摘要：隨著船舶載重量越大，所需的推進(jìn)功率也越來大，以柴油機(jī)作為動力的推進(jìn)系統(tǒng)采用雙機(jī)并車的運(yùn)行方式日漸增多，本文介紹了雙機(jī)并車技術(shù)的現(xiàn)狀、采用的并車方式以及對雙機(jī)并車控制方法的研究。

關(guān)鍵詞：船舶柴油機(jī)；雙機(jī)并車；電子調(diào)速器

中圖分類號：U664.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Introduction for speed governor control method of twin-engine incorporation

WEN Jinchao,WU Min

( Guangzhou Diesel Engine Factory Co.,Ltd. Guangzhou 510371 )

Abstract: along with deadweight of vessel increasing, the required power is becoming bigger and bigger, so the running method of twin-engine incorporation for the propelling system will be prevailing in future. The paper introduces the background and current situation of twin-engine incorporation, the current method, and research on control method.

Key words: marine diesel engine;two-engine incorporation; electronic speed governor

1前言

隨著船舶行業(yè)的發(fā)展，其載重量越來越大，航速越來越快，船舶動力的應(yīng)用形式也越來越多，這就需要推進(jìn)柴油機(jī)提供更大的動力以及適應(yīng)更多的使用功況，然而單臺柴油機(jī)并不能提供足夠大的功率輸出，特別是工程船舶的動力應(yīng)用形式多樣化，因此采用雙機(jī)單槳（即兩臺柴油機(jī)并車驅(qū)動單臺螺旋槳）的方式逐漸增多，這滿足了需要更大動力的船舶，也滿足工程類船舶動力應(yīng)用形式的多樣化。

雙機(jī)單槳?jiǎng)恿ρb置的控制系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代就誕生了，由于當(dāng)時(shí)的電子技術(shù)未能跟上動力裝置的發(fā)展，控制系統(tǒng)的開發(fā)緩慢，雙機(jī)單槳?jiǎng)恿ο到y(tǒng)應(yīng)用得不多。初期的雙機(jī)單槳的控制主要依賴于主機(jī)調(diào)速器，并車和解列均需要人工控制，而功率分配則完全依靠調(diào)速器的性能，因此在使用上有不少的困難，這樣的方法并不能在現(xiàn)實(shí)的使用中很好地發(fā)揮雙機(jī)并車的優(yōu)勢。到90年代初，隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，特別是電子元器件的發(fā)展，在調(diào)速器基礎(chǔ)上額外增加了專門的控制器控制兩臺柴油機(jī)并車和解列，并附有功率分配單元，這才解決了使用上的困難，大大發(fā)揮發(fā)雙機(jī)并車的優(yōu)勢。目前在國內(nèi)外的大功率貨船、工程類船舶都能見到雙機(jī)單槳?jiǎng)恿ρb置的應(yīng)用。

2雙機(jī)并車的方式

2.1并列調(diào)速器并車方式

并列調(diào)速器運(yùn)行方式是每臺柴油機(jī)都有一個(gè)調(diào)速器，兩臺調(diào)速器的工作情況與單機(jī)運(yùn)行形式完全相同，相互獨(dú)立，此時(shí)兩臺柴油機(jī)控制油門的值理論上是相同的，但是由于每臺柴油機(jī)的調(diào)速性能并不一致，調(diào)速器本身的性能亦不完全相同，導(dǎo)致雙機(jī)并車工作不穩(wěn)定，每臺柴油機(jī)發(fā)出的功率不一致，功率分配不平衡，控制困難，而且當(dāng)船舶遇到風(fēng)浪等環(huán)境影響時(shí)，負(fù)荷變化大，調(diào)速性能的不一致容易引起兩臺柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速不一致，甚至轉(zhuǎn)速差很大，這對并車齒輪箱是具有破壞作用的。采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，常為液壓調(diào)速器的并車使用，由于影響穩(wěn)定性的因素太多，應(yīng)用并不常見。

2.2主從調(diào)速器并車方式

主從調(diào)速器并車方式也是每臺柴油機(jī)配置一個(gè)調(diào)速器，另外每臺柴油機(jī)的調(diào)速器都增配了一套用于控制接脫排、并車、解列、測量油門位置及功率分配算法等功能的控制器，如圖1所示為主從調(diào)速器并車方式的原理框圖。這種控制方式的原理是，兩臺調(diào)速器中一臺為主調(diào)速器，另一臺為從調(diào)速器，以首先接合齒輪箱離合器的為主調(diào)速器，主調(diào)速器的工作狀況與單機(jī)運(yùn)行相同，從調(diào)速器必須根據(jù)主調(diào)速器的油門信號與自身調(diào)速器輸出的油門信號差異修正自身的油門給定值，并通過兩臺調(diào)速器控制器的PID控制算法調(diào)整兩臺柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速一致，以達(dá)到雙機(jī)功率平衡以及保護(hù)并車齒輪箱。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是工作穩(wěn)定性及功率不平衡性方面有了大大的提高，并增加了許多控制功能如接脫排并車控制、遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)速控制、轉(zhuǎn)速及負(fù)荷監(jiān)測、過載保護(hù)等，使用起來更加方便更自動化。主從調(diào)速器并車方式優(yōu)于并列調(diào)速器并車方式，目前的雙機(jī)并車動力裝置基本上均采用該種方式。

圖1主從調(diào)速器并車方式原理框圖

3雙機(jī)并車的控制方法及應(yīng)用

以WOODWARD公司生產(chǎn)的723PLUS數(shù)字式控制器+UG-A液壓執(zhí)行器為例，研究雙機(jī)并車的控制方法及其應(yīng)用。

3.1柴油機(jī)并車邏輯控制

兩臺柴油機(jī)在空載運(yùn)行時(shí)，當(dāng)1#柴油機(jī)的723PLUS控制器接收到接排請求信號時(shí)，1#控制器首先通過RS232檢測判斷2#控制器是否在接排狀態(tài)：

（1）若2#控制器未接排，則1#控制器將1#柴油機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整至怠速并經(jīng)過轉(zhuǎn)速分析滿足條件時(shí)發(fā)出允許接排信號，此時(shí)接排成功后稱為單機(jī)接排狀態(tài)并且1#柴油機(jī)稱為主機(jī)；當(dāng)2#控制器亦收到接排請求信號并且接排成功后，則稱為并車狀態(tài)并且2#柴油機(jī)稱為從機(jī)；并車運(yùn)行時(shí)，只需要調(diào)整1#主柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速，2#從柴油機(jī)便自動跟隨主柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。

（2）若2#控制器在已經(jīng)接排狀態(tài)，則1#控制器自動匹配轉(zhuǎn)速至2#柴油機(jī)轉(zhuǎn)速窗口內(nèi)并發(fā)出可接排信號，此時(shí)接排成功后稱為雙機(jī)并車狀態(tài)并且1#稱為從機(jī)2#稱為主機(jī)。并車運(yùn)行時(shí)，只需要調(diào)整2#主柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速，1#從柴油機(jī)便自動跟隨主柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。

為方便操作，通常在實(shí)際使用中會將一臺柴油機(jī)在怠速時(shí)即操作接排，單機(jī)接排成功后再操作另一臺柴油機(jī)接排，此時(shí)雙機(jī)在并車狀態(tài)下運(yùn)行，進(jìn)行下一步的聯(lián)控、分控等操作。

3.2功率（負(fù)荷）自動分配功能

為使雙機(jī)并車運(yùn)行時(shí)每臺柴油機(jī)發(fā)出的功率一致，也就是功率分配平衡，則需要在單機(jī)接排運(yùn)行時(shí)進(jìn)行功率標(biāo)定，723PLUS控制器自帶負(fù)荷分配算法功能，在主機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，由723PLUS控制器檢測油門位置信號，將該值標(biāo)定為主機(jī)的空載值；在主機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)， 723PLUS控制器檢測的油門位置信號會增大到滿載值，將該值標(biāo)定為主機(jī)的滿載值。同理，從機(jī)的標(biāo)定方法也一樣。標(biāo)定完后雙機(jī)并車運(yùn)行時(shí)功率會自動分配，使每臺柴油機(jī)發(fā)出的功率基本一致。實(shí)際運(yùn)用中，很難將兩臺柴油機(jī)的功率分配到完全一致的狀態(tài)，而且每臺柴油機(jī)在長期運(yùn)行后功況會稍微變化，因此可調(diào)整功況較好的柴油機(jī)使其承擔(dān)比功況較差的柴油機(jī)稍微多一點(diǎn)負(fù)荷，這樣能夠使雙機(jī)并車運(yùn)行得更加穩(wěn)定。

3.3雙機(jī)并車的遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)控制及保護(hù)功能

雙機(jī)并車動力裝置基本配置模式為兩臺柴油機(jī)+并車齒輪箱+一臺可調(diào)螺距槳，某些功率大的工程船舶則配置兩套雙機(jī)并車動力裝置，稱為四機(jī)雙槳模式。

為滿足該類型船舶的多種運(yùn)行方式，如靠離港碼頭、拖帶航行、全速航行、定位作業(yè)、消防作業(yè)等，雙機(jī)并車均由遙控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，遙控系統(tǒng)可控制雙機(jī)負(fù)荷與調(diào)距槳螺距大小的負(fù)荷匹配運(yùn)行，也稱為聯(lián)控控制；也可控制雙機(jī)在恒速狀態(tài)下單獨(dú)操作螺距，也稱為分控控制等方式。同時(shí)，為使柴油機(jī)運(yùn)行的安全，遙控系統(tǒng)必須檢測723PLUS控制器輸出的柴油機(jī)功率信號來限定最大螺距角度，以防止柴油機(jī)的超負(fù)荷運(yùn)行，起到保護(hù)柴油機(jī)的作用。

全速航行時(shí)，遙控系統(tǒng)可調(diào)整為雙機(jī)并車的最大螺距角度；定位作業(yè)工況或靠離碼頭時(shí)，軸帶發(fā)電機(jī)會提供電力負(fù)荷給首尾側(cè)推或其他大功率設(shè)備，此時(shí)遙控系統(tǒng)必須使最大螺距角降低至單機(jī)螺距角或某角度；消防工況時(shí)，消防設(shè)備的動力大多由柴油機(jī)前端軸輸出，此時(shí)更需要控制消防負(fù)荷輸出以及螺旋槳推進(jìn)動力輸出，避免柴油機(jī)過載運(yùn)行；此外，遙控系統(tǒng)必須設(shè)置有單機(jī)螺距及雙機(jī)螺距功能，當(dāng)某臺柴油機(jī)突然故障導(dǎo)致停車時(shí)，遙控系統(tǒng)須控制螺距角不超過單機(jī)螺距角，保護(hù)柴油機(jī)的運(yùn)行安全。

4結(jié)語

隨著船舶類型越來越多，使用雙機(jī)并車方式也越來越多，目前雙機(jī)并車模式大多數(shù)運(yùn)用在工程類船舶，特別是服務(wù)于鉆井平臺等設(shè)備的工程船，該類船的運(yùn)行方式更多樣化，這使得雙機(jī)并車的控制功能更多，控制邏輯更復(fù)雜，對操作者的要求也越高，當(dāng)然也會使雙機(jī)并車運(yùn)行的控制模式越來越完善。

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作者簡介：溫進(jìn)超（1985-），男，助理工程師。主要從事發(fā)動機(jī)電氣設(shè)計(jì)工作。

吳敏（1986-），男，助理工程師。主要從事發(fā)動機(jī)電氣設(shè)計(jì)工作。

收稿日期：2013-11-12