电气设备在船舶中的应用分析

摘 要：随着我国工业制造水平的提升，船舶工业的发展越来越快，电气设备对于船舶的运行来说有着至关重要的作用。文章通过对于船舶工业的发展以及电气设备在船舶中的应用与维护分析，对电气设备的应用前景进行了展望，对于未来船舶的发展方向进行了探究。

关键词：电气设备；船舶工业；应用维护

1 船舶工业的发展

从近十年中国造船业占世界造船市场份额的变化可以看出，中国造船业在全球市场上所占的比重正在明显上升，中国已经成为全球重要的造船中心之一。而国际制造业的产业转移趋势是中国船舶制造业发展面临的最大机遇，在“十一五”期间中国造船业将对韩、日的领先地位形成有力的挑战。然而，背后的设计能力用来支持该行业的发展，在短期内，国际国内航运市场发展较快，为了行业繁荣，提供强有力保障的工业产值增长，需要提高制造水平和管理水平。但是提高运营成本、钢材等原材料价格上涨和持续的高油价，为企业的发展增添了巨大的压力。国际产业转移的趋势已经把造船业的巨大机遇展现在中国企业的面前，但在激烈的市场竞争环境，如何规避各种风险，如何把握机遇，是与企业发展命运攸关的问题。

同时，产业结构优化升级。环渤海湾、长江三角洲和珠江三角洲造船基地成为世界级造船基地，产业集中度明显提升，前10家造船企业造船完工量占全国总量的70%以上，进入世界造船前十强企业达到5家以上。培育5个～6个具有国际影响力的海工装备总承包商和一批专业化分包商。海洋工程装备制造业销售收入达到2000亿元以上，国际市场份额超过20%。形成若干具有较强国际竞争力的品牌修船企业。2015年船舶工业销售收入达到12000亿元，出口总额超过800亿美元。为了保持良好的增长势头，尽管中国的造船业受到国际金融危机的影响，船舶融资的难度提升，大量的新造船订单的减少，为造船企业全面发展增加了许多风险，这已经成为船舶工业生产和管理的重要问题。

2 船舶电气设备的应用

2.1 船舶电机

船舶电机将电能转换为机械能，大多数电动机通过相互作用的磁场和载流导体工作以产生旋转力。电动机和发电机具有许多相似之处，并且许多类型的电动机可以作为发电机运行。船舶电机可以由直流电或通过交流电供电，因此可以分为两类：AC电动机和DC电动机。交流电机将交流电转换为机械能，通常由2个基本部分组成：外部固定定子，其具有供应交流电以产生旋转磁场的线圈；附接到输出轴的内部转子，其通过旋转场给予扭矩。两种主要类型的交流电动机的区别在于所使用的转子类型。感应（异步）电动机，转子磁场由感应电流产生，转子必须转动得比定子磁场稍慢（或更快），以提供感应电流。有3种类型的感应电动机转子，即鼠笼式转子、绕线转子和实心铁心转子。同步电机不依赖于感应，因此可以精确地在供电频率中多重旋转。转子的磁场由通过滑环（励磁机）或由永磁体传递的直流电产生。有刷直流电机通过使用内部换向，固定永磁体和旋转电磁铁直接从直流电源产生转矩。电刷和弹簧将电流从换向器传送到电动机内部的转子的旋转线绕组。无刷直流电动机在转子中使用旋转永磁体，并且在电动机壳体上使用固定电磁体，电机控制器将直流转换为交流。

2.2 船舶电站

在船舶电站系统中，将正常运行设备作为参考对象，分析其各项技术参数，然后将分析结果同故障设备的检测结果做对比分析，根据对比结果便可以确定故障发生位置。此种检测方法主要适用于定值校验过程中实测值与整定值存在较大偏差，同时又不能准确确定故障发生原因的故障类型。另外，选择此种方法对船舶电站的电磁型继电器定值进行校验时，如果继电器实测值与整定值存在较大偏差时，要选择用相同仪器对其他相同回路同类继电器进行诊断，然后将两个继电器的诊断结果进行对比，确定是否真的存在运行故障，而不是在第一次诊断后直接断定该继电器不合格，或者对参数进行调整。船舶电站可以集中调试故障线路，作为一次设备集中保护了大量电站节点，继电保护装置应该加强其容错性。对于主干线路的开关控制以及线路自身的使用方面有着重要的意义。独立性的开关可以将主线与支线在较短时间内进行分割，便于解除故障。在母线的保护电路中可以采用多个电路来防止偶然性错误造成的系统自动判断失误。同一时段如果部分电路有问题，对应支路可以替代其工作，并且保证了其同步性。

2.3 船舶水泵

船舶泵是通过机械作用移动流体液体或气体的装置。泵根据其用于移动流体的方法可以分为三个主要组：直接升力，位移和重力泵。泵通过一些机构，通常为往复式或旋转式操作，并且消耗能量以通过移动流体来执行机械工作。泵通过许多能源来操作，包括电力、发动机或风力发电。当在外壳中只有一个叶轮旋转时，则称为单级泵。当在套管中两个或多于两个的叶轮旋转时，则称为双级/多级泵。船舶泵送应用由于增加的船舶活动而增长。此外，船舶生产的经济性对上游操作具有吸引力，因为其导致更简单，更小的现场安装，降低设备成本和提高生产率。实质上，船舶泵可以用一件设备容纳所有流体流性能，该设备具有较小的占地面积。通常，两个较小的船舶泵串联安装，而不是只有一个大型泵。对于中游和上游操作，船舶泵可以位于海上船舶，并且可以连接到单个或多个井口。基本上，船舶泵用于将从油井产生的未处理的流动流输送到下游工艺或收集设施。船舶泵设计用于在变化或波动的工艺条件下运行。船舶泵还有助于减少温室气体的排放，因为操作员尽可能减少气体的燃烧和罐的排放。

2.4 船舶液压机

船舶液压机可以實现对船舶油箱油量的检测与控制。液压机是使用液压缸产生压缩力的装置，它使用液压等效的机械杠杆，液压机来源于Pascal原理，整个封闭系统中的压力是恒定的。系统的一部分是用作泵的活塞，其中适当的机械力作用在小的横截面积上；另一部分是具有较大面积的活塞，其产生相应较大的机械力。如果泵与压力缸分离，则仅需要小直径管。当任一活塞被向内推时，由于流体是不可压缩的，所以小活塞移动的体积等于大活塞移置的体积。

2.5 船舶空气压缩机

船舶中使用的压缩机通常为密封的、开放的或半密封的，以压缩机和马达驱动器相对于被压缩的气体或蒸汽的位置。在密封的和大多数半封闭式压缩机中，驱动压缩机的电动机是集成的，并且在系统的加压气体包络内操作。电动机设计成在被压缩的制冷剂气体中工作并由其冷却。密封和半密封之间的区别是，密封使用一体式焊接鋼外壳，不能打开进行维修；如果密封失效，其只是被整个新的单位取代。半密封使用带有垫圈盖的大型铸造金属外壳，可以打开以更换电机和泵组件。密封和半密封的主要优点是没有用于气体泄漏出系统的路径。开式压缩机依靠轴密封件来保持内部压力，并且这些密封件需要润滑剂如油以保持其密封性能。诸如汽车空调的开放式加压系统可能更容易泄漏其工作气体。开放系统依靠系统中的润滑剂在泵部件和密封件上喷溅。如果操作不够频繁，则密封件上的润滑剂缓慢蒸发，然后密封件开始泄漏，直到系统不再起作用且必须再充电。相比之下，船舶系统可以闲置多年，并且通常可以在任何时间再次启动，而不需要维护或经历系统压力的任何损失。船舶压缩机的缺点是电动机驱动器不能被修理或维护，并且如果电动机失效，则必须更换整个压缩机。另一个缺点是烧坏的绕组可能污染整个系统，从而需要将系统完全抽空并更换气体。通常，船舶压缩机用于高级的船舶动力系统中，其修理的成本与装置的价值比较高，并且仅购买新装置将更经济。

3 电气设备的维修与分析

电气设备不能正常启动故障。原因及解决方案如下：（1）在连接或修理过程中，激磁绕组的接线连接时没有实现磁极按N-S极性交替分布，检查绕组的接线连接；（2）励磁无电压，检查整流器或者是励磁机的运转是否正常；（3）无励磁电流，检查绕组是否断线，检查电刷接触状况和电刷弹簧压力是否达到标准。这种设计比有刷电机更简单，因为其消除了将动力从电动机外部传递到纺纱转子的复杂性，无刷同步直流电动机的一个实例是可将整圈旋转分成大量步进的步进电动机。（4）对于自激式同步发电机来讲，磁极剩磁可能不足以自激，应检查充磁；（5）由于设备所处的环境潮湿或水分进入绝缘体内，设备散热系统工作不良或主轴承磨损等原因造成发电机绕组和主轴承温度高，拆检发电机并进行清洁、浸漆、烘干或者更换轴承等。同时，由于这些大的振动会很容易使发电机可控相复励自励恒压装置中的输电线线被震断。

电气设备电压异常。（1）由于外界因素干扰使电动机的转速突然改变从而引起电动机输出电压突然变化，对于这种问题要针对外界因素的不同性质采用适当的方法稳定电动机的输出速率；（2）采用适当的方法是电动机原动机的输出速率增大，即是把电动机的特性斜率增大；（3）另一个引起电动机输出电压不稳定的原因是原动机的灵敏度过高。具有调速器的电机控制是必要的，因为电机需要缓慢地运转以防止损坏，并且一些应用（例如产生交流电）需要精确的速度控制。调整原动机解决方法是保持调速器的灵敏度，或者在调速器处设置阻尼器，在调速器处加入一个延时时间，用这种方法来稳定电压；（4）发电机的绝缘措施不到位由于发电机受潮或者是发生损伤使得绝缘电阻降低，而导致的发电机不能正常的工作，影响船舶运行。

4 总结与展望

为了将船舶的作用能效最大地展现出来，优化船舶工业的工作效率与高质量产能，需要加强管理，利用专门人才、高新技术来加强电气设备制造技术，这也是船舶工业的工作重心之一。在船舶的生产中，电气设备制造技术起到了举足轻重的作用，结合实时的信息与数据，精准的、有针对性地对挖泥船的设计进行优化分析，电气设备制造技术将会是未来船舶制造工程的一只尖兵。通过相关开发部门和技术人员的共同努力，船舶工业将会有着长足的发展，我国的海上安全与建设将会得到更加切实的保障。船舶中的电气设备制造也是船舶工业中一个必不可少的设备，在船舶工业高速发展的这几年，我国将凭借更加高效的自动化管理，屹立于世界船舶工业产能最大、效率最高的强国之中。

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作者简介：王凯（1983，6-），男，民族：汉族，籍贯：山东省烟台市栖霞市，当前职务：电气主管，当前职称：工程师，学历：本科，作者单位：交通运输部烟台打捞局。