一种适用于船舶复杂机舱的改进型变频通风控制逻辑

穆建树，黄志勇

(大连船舶重工集团设计研究院有限公司，辽宁 大连 116006)

0 引 言

船舶机舱通风系统设计用于给机舱内所有设备提供充足的燃烧/消耗空气，并且为其提供一个可接受的工作环境[1]。为此，通常机舱内需要维持约50 Pa的正压，温升不超过12.5 K。

机舱通风量设计一般根据ISO 8861：1988(E)[2]进行计算，满足在最高环境温度条件下主机、柴油发电机及锅炉等设备针对最大工况的空气需要。但是在实船运行时，环境温度是随时变化的，机舱内主要设备的运行工况也是千差万别的。因此，机舱通风可采用变频风机，用于在不必要全速运作时降低风机转速，进而达到节能降耗的目的[3]。

通常，机舱变频风机的控制逻辑基于舱内外压差传感器(Pressure Difference Transmitter,PDT)和排风温度传感器(Temperature Transmitter,TT)反馈信号，其中PDT安装在烟囱排风百叶窗附近，并且PDT比TT具有优先权，以便保证机舱内需要的正压。大型商船机舱的布置非常复杂，包含许多轮机设备和一些独立舱室，例如发电机室、净油机室、机修间、集控室等。但是，机舱通风却由一套公用的机械送风系统提供服务，一般包括并行的2台或4台风机。对于机舱变频风机控制而言，一个具有挑战性的课题是如何保证给位于独立舱室内的辅助设备在风机运行情况下针对任何工况可提供充足的空气。以某大型11万吨原油船为例，介绍一种改进型机舱变频风机控制逻辑。

1 机舱布置情况

在该船上，机舱分为若干层，包括机舱内底、机舱4平台、机舱3平台、机舱2平台、上甲板和机舱棚烟囱内的A甲板、B甲板、C甲板、驾驶甲板、罗经甲板。主机安装在机舱内底，其涡轮增压进气口位于机舱3平台高度。3台发电机分成2组，2台位于机舱3平台的1号发电机室，1台位于该平台的2号发电机室；独立的净油机室、机修间也位于该平台。独立的集控室位于机舱2平台；深井泵液压单元位于该平台艏部，在深井泵液压单元中有5台深井泵由柴油机驱动，3台深井泵由电机驱动；锅炉位于该平台右舷-艉部。

2 机舱通风布置

该船的机舱通风系统包含4组并行风管系统，每组配有1台变频轴流供风机(按4×25%配置)，4台风机中2台为可逆风机，用于可能发生的机舱内灭火后污浊空气排除。供风通过风管送至机舱内各处。自然排风通过位于烟囱顶部的排风百叶窗。

为实现送风机的变频控制，PDT01安装在烟囱排风百叶窗附近，总温度传感器TT01安装在上甲板高度、位于机舱棚进入烟囱处。此外，考虑到机舱布置的复杂性，3个辅助温度传感器TT02、TT03和TT04分别安装在1号发电机室、2号发电机室和净油机室内。机舱通风简图如图1所示。

图1 机舱通风简图

3 控制逻辑

在通常情况下，机舱4台供风机并行运行，即变频控制器同步控制4台风机，并根据PDT和TT的反馈信号进行风机的加速或者降速。由于风机电机最大频率为60 Hz，根据实船风管布置和以往经验，将最低风机电机频率设定为30 Hz。这样，机舱送风机在30～60 Hz的频率范围内运行，根据PDT和TT的反馈信号，为机舱提供最高设计风量50%～100%的空气。

PDT比TT具有优先权，即机舱内预设的 50 Pa正压(该数值在调试阶段及实船运行时可根据作业人员的经验进行调节)必须优先给予保证，以便主机在任何时候均能得到充足的燃烧所需空气。

为简化逻辑，加速设置为根据传感器反馈信号直接将所需增速的风机调至最大转速。如果PDT小于设定值Pst，则将所有风机调至最大转速；如果TT01大于设定值Tst1(45 ℃)，则将所有风机调至最大转速；如果TT02或TT04大于设定值Tst2(45 ℃)，则将风机ER-2调至最大转速；如果TT03大于设定值Tst3(45 ℃)，则将风机ER-4调至最大转速；运行3 min后，再次检查传感器反馈值。TT的Tst1、Tst2、Tst3的预设定值可在机舱变频风机控制板上手动设置，通常在35～45 ℃。

如果PDT反馈值超过预设值Pst，则风机变频控制板将检查TT01的反馈；如果TT01小于预设值Tst1(该预设值在调试时和实船运行时可调整)，则风机变频控制板检查TT02或TT04的反馈；如果TT02和TT04均小于预设值Tst2，则风机变频控制板再检查TT03的反馈；如果TT03小于预设值Tst3，则允许全部风机根据风机制造商推荐的步幅降速(例如，按10%或更大幅度)；运行3 min后，再次检查传感器的反馈值。

机舱变频风机控制逻辑流程如图2所示。

图2 机舱变频风机控制逻辑流程

4 结 语

改进型变频通风控制逻辑在某大型11万吨原油船上得到验证。试航显示，在该船设计吃水全速运行过程中，4台机舱风机在80%负荷状态下平稳运行，能耗约为设计最大功耗的50%，受到船舶所有人的好评。采用该控制逻辑时，需要特别注意传感器的位置和调试过程中初始值的设定，其中TT应远离散热热源和风口、置于气流相对平稳的地方，PDT应注意高低压取样点的选取和初始压差的校准。