船舶双机并车调速器控制方法介绍

温进超 吴敏

摘要：随着船舶载重量越大，所需的推进功率也越来大，以柴油机作为动力的推进系统采用双机并车的运行方式日渐增多，本文介绍了双机并车技术的现状、采用的并车方式以及对双机并车控制方法的研究。

关键词：船舶柴油机；双机并车；电子调速器

中图分类号：U664.2文献标识码：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

随着船舶行业的发展，其载重量越来越大，航速越来越快，船舶动力的应用形式也越来越多，这就需要推进柴油机提供更大的动力以及适应更多的使用功况，然而单台柴油机并不能提供足够大的功率输出，特别是工程船舶的动力应用形式多样化，因此采用双机单桨（即两台柴油机并车驱动单台螺旋桨）的方式逐渐增多，这满足了需要更大动力的船舶，也满足工程类船舶动力应用形式的多样化。

双机单桨动力装置的控制系统在20世纪70年代就诞生了，由于当时的电子技术未能跟上动力装置的发展，控制系统的开发缓慢，双机单桨动力系统应用得不多。初期的双机单桨的控制主要依赖于主机调速器，并车和解列均需要人工控制，而功率分配则完全依靠调速器的性能，因此在使用上有不少的困难，这样的方法并不能在现实的使用中很好地发挥双机并车的优势。到90年代初，随着计算机控制技术，特别是电子元器件的发展，在调速器基础上额外增加了专门的控制器控制两台柴油机并车和解列，并附有功率分配单元，这才解决了使用上的困难，大大发挥发双机并车的优势。目前在国内外的大功率货船、工程类船舶都能见到双机单桨动力装置的应用。

2双机并车的方式

2.1并列调速器并车方式

并列调速器运行方式是每台柴油机都有一个调速器，两台调速器的工作情况与单机运行形式完全相同，相互独立，此时两台柴油机控制油门的值理论上是相同的，但是由于每台柴油机的调速性能并不一致，调速器本身的性能亦不完全相同，导致双机并车工作不稳定，每台柴油机发出的功率不一致，功率分配不平衡，控制困难，而且当船舶遇到风浪等环境影响时，负荷变化大，调速性能的不一致容易引起两台柴油机的转速不一致，甚至转速差很大，这对并车齿轮箱是具有破坏作用的。采用这种方式的优点是设备简单，常为液压调速器的并车使用，由于影响稳定性的因素太多，应用并不常见。

2.2主从调速器并车方式

主从调速器并车方式也是每台柴油机配置一个调速器，另外每台柴油机的调速器都增配了一套用于控制接脱排、并车、解列、测量油门位置及功率分配算法等功能的控制器，如图1所示为主从调速器并车方式的原理框图。这种控制方式的原理是，两台调速器中一台为主调速器，另一台为从调速器，以首先接合齿轮箱离合器的为主调速器，主调速器的工作状况与单机运行相同，从调速器必须根据主调速器的油门信号与自身调速器输出的油门信号差异修正自身的油门给定值，并通过两台调速器控制器的PID控制算法调整两台柴油机的转速一致，以达到双机功率平衡以及保护并车齿轮箱。这种方式的优点是工作稳定性及功率不平衡性方面有了大大的提高，并增加了许多控制功能如接脱排并车控制、远程转速控制、转速及负荷监测、过载保护等，使用起来更加方便更自动化。主从调速器并车方式优于并列调速器并车方式，目前的双机并车动力装置基本上均采用该种方式。

图1主从调速器并车方式原理框图

3双机并车的控制方法及应用

以WOODWARD公司生产的723PLUS数字式控制器+UG-A液压执行器为例，研究双机并车的控制方法及其应用。

3.1柴油机并车逻辑控制

两台柴油机在空载运行时，当1#柴油机的723PLUS控制器接收到接排请求信号时，1#控制器首先通过RS232检测判断2#控制器是否在接排状态：

（1）若2#控制器未接排，则1#控制器将1#柴油机转速调整至怠速并经过转速分析满足条件时发出允许接排信号，此时接排成功后称为单机接排状态并且1#柴油机称为主机；当2#控制器亦收到接排请求信号并且接排成功后，则称为并车状态并且2#柴油机称为从机；并车运行时，只需要调整1#主柴油机的转速，2#从柴油机便自动跟随主柴油机转速。

（2）若2#控制器在已经接排状态，则1#控制器自动匹配转速至2#柴油机转速窗口内并发出可接排信号，此时接排成功后称为双机并车状态并且1#称为从机2#称为主机。并车运行时，只需要调整2#主柴油机的转速，1#从柴油机便自动跟随主柴油机转速。

为方便操作，通常在实际使用中会将一台柴油机在怠速时即操作接排，单机接排成功后再操作另一台柴油机接排，此时双机在并车状态下运行，进行下一步的联控、分控等操作。

3.2功率（负荷）自动分配功能

为使双机并车运行时每台柴油机发出的功率一致，也就是功率分配平衡，则需要在单机接排运行时进行功率标定，723PLUS控制器自带负荷分配算法功能，在主机空载运行时，由723PLUS控制器检测油门位置信号，将该值标定为主机的空载值；在主机满载运行时， 723PLUS控制器检测的油门位置信号会增大到满载值，将该值标定为主机的满载值。同理，从机的标定方法也一样。标定完后双机并车运行时功率会自动分配，使每台柴油机发出的功率基本一致。实际运用中，很难将两台柴油机的功率分配到完全一致的状态，而且每台柴油机在长期运行后功况会稍微变化，因此可调整功况较好的柴油机使其承担比功况较差的柴油机稍微多一点负荷，这样能够使双机并车运行得更加稳定。

3.3双机并车的远程遥控系统控制及保护功能

双机并车动力装置基本配置模式为两台柴油机+并车齿轮箱+一台可调螺距桨，某些功率大的工程船舶则配置两套双机并车动力装置，称为四机双桨模式。

为满足该类型船舶的多种运行方式，如靠离港码头、拖带航行、全速航行、定位作业、消防作业等，双机并车均由遥控系统进行远程控制，遥控系统可控制双机负荷与调距桨螺距大小的负荷匹配运行，也称为联控控制；也可控制双机在恒速状态下单独操作螺距，也称为分控控制等方式。同时，为使柴油机运行的安全，遥控系统必须检测723PLUS控制器输出的柴油机功率信号来限定最大螺距角度，以防止柴油机的超负荷运行，起到保护柴油机的作用。

全速航行时，遥控系统可调整为双机并车的最大螺距角度；定位作业工况或靠离码头时，轴带发电机会提供电力负荷给首尾侧推或其他大功率设备，此时遥控系统必须使最大螺距角降低至单机螺距角或某角度；消防工况时，消防设备的动力大多由柴油机前端轴输出，此时更需要控制消防负荷输出以及螺旋桨推进动力输出，避免柴油机过载运行；此外，遥控系统必须设置有单机螺距及双机螺距功能，当某台柴油机突然故障导致停车时，遥控系统须控制螺距角不超过单机螺距角，保护柴油机的运行安全。

4结语

随着船舶类型越来越多，使用双机并车方式也越来越多，目前双机并车模式大多数运用在工程类船舶，特别是服务于钻井平台等设备的工程船，该类船的运行方式更多样化，这使得双机并车的控制功能更多，控制逻辑更复杂，对操作者的要求也越高，当然也会使双机并车运行的控制模式越来越完善。

参考文献

[1] WOODWARD 723PLUS数字式转速控制器 8280-423 手册[M]. 02881C.

[2] 胡寿松. 自动控制原理[M]. 北京: 科学出版社, 2001.

[3] 王文义, 茅云生. 船舶电气系统-船舶电站[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学

出版社, 2006.

[4] 中国船级社.钢质海船入级规范[S].北京: 人民交通出版社, 2012.

作者简介：温进超（1985-），男，助理工程师。主要从事发动机电气设计工作。

吴敏（1986-），男，助理工程师。主要从事发动机电气设计工作。

收稿日期：2013-11-12