一型南海渔业冷藏运输补给船的电力负荷分析

周伟刚， 梁树森， 刘春晖， 蔡恒敏

(中船重工船舶设计研究中心有限公司， 辽宁 大连 116001)



一型南海渔业冷藏运输补给船的电力负荷分析

周伟刚， 梁树森， 刘春晖， 蔡恒敏

(中船重工船舶设计研究中心有限公司， 辽宁 大连 116001)

通过分类归纳统计了一型南海渔业冷藏运输补给船的主要用电负载，简单介绍了计算方法，并对该船的各典型工况做了较详尽的介绍。根据计算得出了各典型工况下的电力负荷消耗，并最终确定了单台发电机容量及其台数，完成了船舶电站的配置。

电力负荷分析南海渔业冷藏运输补给船

0　引言

渔业冷藏运输补给船是可以实现渔获转载和海上补给功能的一型渔业辅助船舶，它将为渔船补给捕捞作业所需的各种物资，并将经粗加工的冷冻渔获收集冷藏运回港口。研究开发该船型，填补国内渔业辅助船设计空白，在南海建立完善的渔业体系，达到捕捞、集储和运输一条龙式生产，实现我国南海渔业经济的可持续发展，并对实现南海权益维护具有重要意义。

船舶设计电站容量的大小、配备发电机的数量、单台发电机规格的选取历来是船舶电气专业一项重要的研究课题，也是考核船舶安全型、经济性和可靠性的重要指标。对船舶电站而言，在综合考虑安全性和经济性的基础上，同时兼顾节能减排的环保需求已成为船舶设计领域的热门话题。因此，正确的电力负荷计算，合理的电站配置，显得越来越重要。现代船舶技术的快速发展、船舶电力系统的日益庞大、船舶电力设备的高速更新和应用以及各种复杂的船舶运行工况，加大了船舶电力系统负荷计算的难度。因此，要得到比较准确的船舶电力系统负荷计算结果，必须对各个用电设备的实际负荷及其具体使用情况做周密细致的调查研究，全面地加以考虑和分析。

1　主要用电负荷归类统计

(1) 表1为推进装置配套泵浦。

表1　推进装置配套泵浦

(2) 表2为机舱辅机。

表2　机舱辅机

(3) 表3为甲板机械。

表3　甲板机械

(4) 表4为渔获冷藏、物资补给设备。

表4　渔获冷藏、物资补给设备

(5) 表5为其它类设备。

表5　其它类设备

注：表1～表5中备注“*”的设备电功率由设备厂家提供；其余项目由计算公式得出。

2　计算方法

本船的电力负荷估算以二类负载法(连续负载、间歇负载)为基础，针对不同类型负载使用综合负荷系数或同时使用系数进行修正的计算方法。

此方法可在简化设备分类流程，计算中间过程的同时提高计算的精确度，在常规运输类船舶的电力负荷计算中已得到普遍的应用。

2.1连续负载的计算

在文章第一部分的归类统计表格中，根据机舱泵浦的机械参数(排量、压头等信息)可由公式(1)计算得出泵浦的轴功率Pshaft；电动机的额定效率ηm可由公式(2)导出；电动机实际消耗功率Pe可由公式(3)计算得出。具体计算公式及相关参数如下。

(1) 泵的轴功率。

(1)

(2) 电动机的额定效率。

(2)

(3) 电动机实际消耗功率。

(3)

式(1)～式(2)中： Q为泵的排量，m3/h； H为泵的扬程，m；ρ为介质密度t/ m3； g = 9.8；ηp为泵效率； P1为电机额定功率；P2为电动机从电网获取的实际功率；ηm为电机效率；K为综合负荷系数。

2.2间歇负载的计算

船舶在运行中，间歇负载会根据不同工况的需求分别在不同时间段运行。因此在计算间歇负载的总功率时应选取同时使用系数K0。

K0= 运行的间断负载最大需要功率之和/所有间断负载的最大需要功率之和。

一般情况下，同时负荷系数选取为0.4～0.5；厨房洗衣设备、舵机等较特殊设备的同时使用系数通常为0.2～0.3。

综上所述，在进行间歇负载的电力负荷分析时，应在考虑综合负荷系数K的基础上兼顾同时使用系数K0的选取才能够得到相对更准确的计算结果。

3　主要运行工况

(1) 海上航行(带补给)工况。

船舶行驶在通往南海渔场的途中。冷藏货舱空载，补给用油水舱、自持用油水舱满载。此工况下运行的主要负载为船舶推进用辅机及维持船舶正常运营的机舱辅机、空调冷藏、照明、内外部通讯、导航等设备。

(2) 海上航行(带渔获)工况。

船舶离开南海渔场返港途中。冷藏货舱部分装载至满载；补给用油水舱剩余0～30%空载；自持用油水舱剩余10%～20%。此工况与(1)工况相比较，多出了用于维持冷藏货舱温度的库温维持压缩机、冷藏用冷却海水泵、冷藏舱冷却风机、氨液强制循环泵等设备。

(3) 海上收鲜补给工况。

船舶锚泊在南海渔场，与渔船绑定进行海上收鲜、油水补给等作业。此工况下主机处于备机状态，高温冷却淡水泵停止运行，主机缸套冷却淡水预加热循环泵、主机滑油预供泵启动；柴油补给泵、淡水补给泵做为重复短时运行负载投入工作；渔获冷藏压缩机、超低温冷冻压缩机、冷藏用冷却海水泵、冷藏舱冷却风机、氨液强制循环泵、锚绞机、货舱舱口盖动力单元、收鲜用扒杆吊等设备投入工作。此工况用电负荷为各工况中最大。

(4) 码头卸货工况。

船舶锚泊在卸货码头，主机备机或完车。此工况与工况(3)相比较，最大的区别为两台渔获冷藏压缩机、一台超低温冷冻压缩机停止工作；库温维持压缩机投入工作。

(5) 进港(带渔获)工况。

船舶带冷藏渔获及部分补给油水返回卸货码头。此工况下主机低转速运行，主机备用滑油泵、柴油泵投入工作。压载消防总用泵、锚绞机、库温维持压缩机等渔获冷藏设备投入工作。

(6) 出港(带补给)工况。

船舶带补给油水驶离母港。此工况与工况(5)相比较，主要减少了货舱库温维持等一系列负载。

(7) 停泊工况。

船舶停泊于母港，此时主机处于完车状态，货舱内的渔获已全部卸下。

(8) 应急工况。

船舶由于处于机舱失火或瘫船状态而导致的全船失电状态下部分应急供电的设备投入工作，如应急照明、通讯导航设备、应急消防泵、舵机、一台机舱风机等。

4　计算结果

本文研究的目标船型为南海渔业冷藏运输补给船。渔获的冷藏及运输是其最为重要的功能。渔获冷藏系统的综合电功率消耗超过了满足船舶推进及其辅助系统的功率消耗之和成为全船最大的用电系统。前一部分叙述的工况中，海上航行(带渔获)、海上收鲜、码头卸货、进港(带渔获)等四个工况都需要冷藏系统投入运行，其中海上收鲜工况下的冷藏系统电功率消耗最大。各工况下电功率消耗具体计算结果如表6所示。

表6　各工况电功率消耗

5　结语

基于上述计算结果，考虑到各船级社规范要求船舶在航行时为安全需要考虑的备用电量、维护保养需要的交替容量和今后柴油机老化以及发展需要的储备容量等因素，结合单台机组负荷率的合理性、发电机组的备用、互换性、经济性等电站配置原则。最终确定采用四台单机发电容量为320 kW的柴油发电机组组成本船的船舶主电站，一台发电容量为99 kW的柴油发电机组做为应急电站。

基于上述配置，各工况下发电机组的运行台数及其负荷率以及备用机组等情况如表7所示。

表7　电力负荷计算结果

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[1]中华人民共和国农业部渔船检验局.钢制海洋渔船建造规范[S]. 1998.

[2]中华人民共和国渔业船舶检验局.渔业船舶法定检验规则[S]. 2000.

[3]中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册电气分册[M]. 北京：国防工业出版社，1997.

[4]中国电气工程大典编辑委员会.船舶电气工程[M]. 北京：中国电力出版社，2009.

[5]顾一清，姚炯，陈逢源.运输船电力负荷计算探讨 [J]. 船舶设计通讯，2010(B03): 65-70.

[6]刘国平.渔船轮机及电气设备 [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

周伟刚(1978-)，男，高级工程师，研究方向为船舶电气设计。

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