一型南海漁業(yè)冷藏運(yùn)輸補(bǔ)給船的電力負(fù)荷分析

周偉剛， 梁樹森， 劉春暉， 蔡恒敏

(中船重工船舶設(shè)計(jì)研究中心有限公司， 遼寧 大連 116001)

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一型南海漁業(yè)冷藏運(yùn)輸補(bǔ)給船的電力負(fù)荷分析

周偉剛， 梁樹森， 劉春暉， 蔡恒敏

(中船重工船舶設(shè)計(jì)研究中心有限公司， 遼寧 大連 116001)

通過分類歸納統(tǒng)計(jì)了一型南海漁業(yè)冷藏運(yùn)輸補(bǔ)給船的主要用電負(fù)載，簡單介紹了計(jì)算方法，并對(duì)該船的各典型工況做了較詳盡的介紹。根據(jù)計(jì)算得出了各典型工況下的電力負(fù)荷消耗，并最終確定了單臺(tái)發(fā)電機(jī)容量及其臺(tái)數(shù)，完成了船舶電站的配置。

電力負(fù)荷分析南海漁業(yè)冷藏運(yùn)輸補(bǔ)給船

0　引言

漁業(yè)冷藏運(yùn)輸補(bǔ)給船是可以實(shí)現(xiàn)漁獲轉(zhuǎn)載和海上補(bǔ)給功能的一型漁業(yè)輔助船舶，它將為漁船補(bǔ)給捕撈作業(yè)所需的各種物資，并將經(jīng)粗加工的冷凍漁獲收集冷藏運(yùn)回港口。研究開發(fā)該船型，填補(bǔ)國內(nèi)漁業(yè)輔助船設(shè)計(jì)空白，在南海建立完善的漁業(yè)體系，達(dá)到捕撈、集儲(chǔ)和運(yùn)輸一條龍式生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)我國南海漁業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，并對(duì)實(shí)現(xiàn)南海權(quán)益維護(hù)具有重要意義。

船舶設(shè)計(jì)電站容量的大小、配備發(fā)電機(jī)的數(shù)量、單臺(tái)發(fā)電機(jī)規(guī)格的選取歷來是船舶電氣專業(yè)一項(xiàng)重要的研究課題，也是考核船舶安全型、經(jīng)濟(jì)性和可靠性的重要指標(biāo)。對(duì)船舶電站而言，在綜合考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，同時(shí)兼顧節(jié)能減排的環(huán)保需求已成為船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域的熱門話題。因此，正確的電力負(fù)荷計(jì)算，合理的電站配置，顯得越來越重要?，F(xiàn)代船舶技術(shù)的快速發(fā)展、船舶電力系統(tǒng)的日益龐大、船舶電力設(shè)備的高速更新和應(yīng)用以及各種復(fù)雜的船舶運(yùn)行工況，加大了船舶電力系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算的難度。因此，要得到比較準(zhǔn)確的船舶電力系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，必須對(duì)各個(gè)用電設(shè)備的實(shí)際負(fù)荷及其具體使用情況做周密細(xì)致的調(diào)查研究，全面地加以考慮和分析。

1　主要用電負(fù)荷歸類統(tǒng)計(jì)

(1) 表1為推進(jìn)裝置配套泵浦。

表1　推進(jìn)裝置配套泵浦

(2) 表2為機(jī)艙輔機(jī)。

表2　機(jī)艙輔機(jī)

(3) 表3為甲板機(jī)械。

表3　甲板機(jī)械

(4) 表4為漁獲冷藏、物資補(bǔ)給設(shè)備。

表4　漁獲冷藏、物資補(bǔ)給設(shè)備

(5) 表5為其它類設(shè)備。

表5　其它類設(shè)備

注：表1～表5中備注“*”的設(shè)備電功率由設(shè)備廠家提供；其余項(xiàng)目由計(jì)算公式得出。

2　計(jì)算方法

本船的電力負(fù)荷估算以二類負(fù)載法(連續(xù)負(fù)載、間歇負(fù)載)為基礎(chǔ)，針對(duì)不同類型負(fù)載使用綜合負(fù)荷系數(shù)或同時(shí)使用系數(shù)進(jìn)行修正的計(jì)算方法。

此方法可在簡化設(shè)備分類流程，計(jì)算中間過程的同時(shí)提高計(jì)算的精確度，在常規(guī)運(yùn)輸類船舶的電力負(fù)荷計(jì)算中已得到普遍的應(yīng)用。

2.1連續(xù)負(fù)載的計(jì)算

在文章第一部分的歸類統(tǒng)計(jì)表格中，根據(jù)機(jī)艙泵浦的機(jī)械參數(shù)(排量、壓頭等信息)可由公式(1)計(jì)算得出泵浦的軸功率Pshaft；電動(dòng)機(jī)的額定效率ηm可由公式(2)導(dǎo)出；電動(dòng)機(jī)實(shí)際消耗功率Pe可由公式(3)計(jì)算得出。具體計(jì)算公式及相關(guān)參數(shù)如下。

(1) 泵的軸功率。

(1)

(2) 電動(dòng)機(jī)的額定效率。

(2)

(3) 電動(dòng)機(jī)實(shí)際消耗功率。

(3)

式(1)～式(2)中： Q為泵的排量，m3/h； H為泵的揚(yáng)程，m；ρ為介質(zhì)密度t/ m3； g = 9.8；ηp為泵效率； P1為電機(jī)額定功率；P2為電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)獲取的實(shí)際功率；ηm為電機(jī)效率；K為綜合負(fù)荷系數(shù)。

2.2間歇負(fù)載的計(jì)算

船舶在運(yùn)行中，間歇負(fù)載會(huì)根據(jù)不同工況的需求分別在不同時(shí)間段運(yùn)行。因此在計(jì)算間歇負(fù)載的總功率時(shí)應(yīng)選取同時(shí)使用系數(shù)K0。

K0= 運(yùn)行的間斷負(fù)載最大需要功率之和/所有間斷負(fù)載的最大需要功率之和。

一般情況下，同時(shí)負(fù)荷系數(shù)選取為0.4～0.5；廚房洗衣設(shè)備、舵機(jī)等較特殊設(shè)備的同時(shí)使用系數(shù)通常為0.2～0.3。

綜上所述，在進(jìn)行間歇負(fù)載的電力負(fù)荷分析時(shí)，應(yīng)在考慮綜合負(fù)荷系數(shù)K的基礎(chǔ)上兼顧同時(shí)使用系數(shù)K0的選取才能夠得到相對(duì)更準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。

3　主要運(yùn)行工況

(1) 海上航行(帶補(bǔ)給)工況。

船舶行駛在通往南海漁場(chǎng)的途中。冷藏貨艙空載，補(bǔ)給用油水艙、自持用油水艙滿載。此工況下運(yùn)行的主要負(fù)載為船舶推進(jìn)用輔機(jī)及維持船舶正常運(yùn)營的機(jī)艙輔機(jī)、空調(diào)冷藏、照明、內(nèi)外部通訊、導(dǎo)航等設(shè)備。

(2) 海上航行(帶漁獲)工況。

船舶離開南海漁場(chǎng)返港途中。冷藏貨艙部分裝載至滿載；補(bǔ)給用油水艙剩余0～30%空載；自持用油水艙剩余10%～20%。此工況與(1)工況相比較，多出了用于維持冷藏貨艙溫度的庫溫維持壓縮機(jī)、冷藏用冷卻海水泵、冷藏艙冷卻風(fēng)機(jī)、氨液強(qiáng)制循環(huán)泵等設(shè)備。

(3) 海上收鮮補(bǔ)給工況。

船舶錨泊在南海漁場(chǎng)，與漁船綁定進(jìn)行海上收鮮、油水補(bǔ)給等作業(yè)。此工況下主機(jī)處于備機(jī)狀態(tài)，高溫冷卻淡水泵停止運(yùn)行，主機(jī)缸套冷卻淡水預(yù)加熱循環(huán)泵、主機(jī)滑油預(yù)供泵啟動(dòng)；柴油補(bǔ)給泵、淡水補(bǔ)給泵做為重復(fù)短時(shí)運(yùn)行負(fù)載投入工作；漁獲冷藏壓縮機(jī)、超低溫冷凍壓縮機(jī)、冷藏用冷卻海水泵、冷藏艙冷卻風(fēng)機(jī)、氨液強(qiáng)制循環(huán)泵、錨絞機(jī)、貨艙艙口蓋動(dòng)力單元、收鮮用扒桿吊等設(shè)備投入工作。此工況用電負(fù)荷為各工況中最大。

(4) 碼頭卸貨工況。

船舶錨泊在卸貨碼頭，主機(jī)備機(jī)或完車。此工況與工況(3)相比較，最大的區(qū)別為兩臺(tái)漁獲冷藏壓縮機(jī)、一臺(tái)超低溫冷凍壓縮機(jī)停止工作；庫溫維持壓縮機(jī)投入工作。

(5) 進(jìn)港(帶漁獲)工況。

船舶帶冷藏漁獲及部分補(bǔ)給油水返回卸貨碼頭。此工況下主機(jī)低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，主機(jī)備用滑油泵、柴油泵投入工作。壓載消防總用泵、錨絞機(jī)、庫溫維持壓縮機(jī)等漁獲冷藏設(shè)備投入工作。

(6) 出港(帶補(bǔ)給)工況。

船舶帶補(bǔ)給油水駛離母港。此工況與工況(5)相比較，主要減少了貨艙庫溫維持等一系列負(fù)載。

(7) 停泊工況。

船舶停泊于母港，此時(shí)主機(jī)處于完車狀態(tài)，貨艙內(nèi)的漁獲已全部卸下。

(8) 應(yīng)急工況。

船舶由于處于機(jī)艙失火或癱船狀態(tài)而導(dǎo)致的全船失電狀態(tài)下部分應(yīng)急供電的設(shè)備投入工作，如應(yīng)急照明、通訊導(dǎo)航設(shè)備、應(yīng)急消防泵、舵機(jī)、一臺(tái)機(jī)艙風(fēng)機(jī)等。

4　計(jì)算結(jié)果

本文研究的目標(biāo)船型為南海漁業(yè)冷藏運(yùn)輸補(bǔ)給船。漁獲的冷藏及運(yùn)輸是其最為重要的功能。漁獲冷藏系統(tǒng)的綜合電功率消耗超過了滿足船舶推進(jìn)及其輔助系統(tǒng)的功率消耗之和成為全船最大的用電系統(tǒng)。前一部分?jǐn)⑹龅墓r中，海上航行(帶漁獲)、海上收鮮、碼頭卸貨、進(jìn)港(帶漁獲)等四個(gè)工況都需要冷藏系統(tǒng)投入運(yùn)行，其中海上收鮮工況下的冷藏系統(tǒng)電功率消耗最大。各工況下電功率消耗具體計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6　各工況電功率消耗

5　結(jié)語

基于上述計(jì)算結(jié)果，考慮到各船級(jí)社規(guī)范要求船舶在航行時(shí)為安全需要考慮的備用電量、維護(hù)保養(yǎng)需要的交替容量和今后柴油機(jī)老化以及發(fā)展需要的儲(chǔ)備容量等因素，結(jié)合單臺(tái)機(jī)組負(fù)荷率的合理性、發(fā)電機(jī)組的備用、互換性、經(jīng)濟(jì)性等電站配置原則。最終確定采用四臺(tái)單機(jī)發(fā)電容量為320 kW的柴油發(fā)電機(jī)組組成本船的船舶主電站，一臺(tái)發(fā)電容量為99 kW的柴油發(fā)電機(jī)組做為應(yīng)急電站。

基于上述配置，各工況下發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)及其負(fù)荷率以及備用機(jī)組等情況如表7所示。

表7　電力負(fù)荷計(jì)算結(jié)果

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[1]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部漁船檢驗(yàn)局.鋼制海洋漁船建造規(guī)范[S]. 1998.

[2]中華人民共和國漁業(yè)船舶檢驗(yàn)局.漁業(yè)船舶法定檢驗(yàn)規(guī)則[S]. 2000.

[3]中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)電氣分冊(cè)[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1997.

[4]中國電氣工程大典編輯委員會(huì).船舶電氣工程[M]. 北京：中國電力出版社，2009.

[5]顧一清，姚炯，陳逢源.運(yùn)輸船電力負(fù)荷計(jì)算探討 [J]. 船舶設(shè)計(jì)通訊，2010(B03): 65-70.

[6]劉國平.漁船輪機(jī)及電氣設(shè)備 [M]. 北京：海洋出版社，2004.

Electrical Load Analysis of a Kind of Fish Refrigerating Carrying &Material Supplement Ship at South China Sea

ZHOU Wei-gang， LIANG Shu-sen, LIU Chun-hui, CAI Heng-min

(China Ship Design & Research Center Co., Ltd., Dalian Liaoning 116001, China)

Based on the classification of the main electrical equipments of a kind of fish refrigerating carrying and material supplement ship at South China Sea, the method of electrical load analysis in brief and the working modes of the research vessel were introduced in detail. Through the calculation, total electrical consumption of each working mode was achieved. The capacity and quantities of diesel generators were defined and finally the power station was formed.

Electrical load analysisSouth China SeaFish refrigerating carrying and material supplement ship

周偉剛(1978-)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榇半姎庠O(shè)計(jì)。

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