船舶電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)研究論文
摘要：船舶運(yùn)行所需能耗較大，基于節(jié)能降耗理念，需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上針對(duì)其電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行研究，做好運(yùn)轉(zhuǎn)方法與運(yùn)行參數(shù)控制，在不影響運(yùn)行效率的前提下，降低船舶運(yùn)行能耗。對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，一般可以從三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行，即提高電動(dòng)機(jī)效率、應(yīng)用合適運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)劃圖表以及最佳軸輸出功率等，在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)基于船舶電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)來(lái)確定優(yōu)化方案，達(dá)到節(jié)能目的，文章對(duì)此進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。
關(guān)鍵詞：船舶；電動(dòng)機(jī)；節(jié)能降耗
船舶運(yùn)行成本較高，運(yùn)行能耗大，雖然有更多新型技術(shù)與設(shè)備被應(yīng)用其中，想要完全實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目的，還需要針對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行能耗進(jìn)行分析，采取有效措施來(lái)對(duì)其進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。
1船舶電動(dòng)機(jī)節(jié)能分析
電動(dòng)機(jī)為船舶主要直接用電負(fù)荷，提高其運(yùn)行效率，是實(shí)現(xiàn)船舶電氣系統(tǒng)節(jié)能降耗的主要措施之一。就船舶運(yùn)行特點(diǎn)來(lái)看，大部分輔機(jī)系統(tǒng)均處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，包括主軸滑油泵、冷卻水泵、空調(diào)壓縮機(jī)以及通風(fēng)機(jī)等，為維持各系統(tǒng)正常運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)需要穩(wěn)定運(yùn)行，通過(guò)對(duì)其運(yùn)行效率的優(yōu)化，可以在持續(xù)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，節(jié)省大量電能。在實(shí)際航行中因?yàn)楣r不斷發(fā)生變化，電網(wǎng)電壓也會(huì)不斷變動(dòng)，使得各系統(tǒng)運(yùn)行輸出功率大于額定功率，電動(dòng)機(jī)效率急劇降低，造成更多電能損耗。現(xiàn)在對(duì)船舶電氣系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，對(duì)促進(jìn)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義，例如近年來(lái)迅速發(fā)展的永磁同步電動(dòng)機(jī)，可以有效解決上述問(wèn)題，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率更高，在維持各項(xiàng)輔機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)，減少電力損耗。
2船舶電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)要點(diǎn)
2.1電動(dòng)機(jī)變速運(yùn)轉(zhuǎn)
2.1.1電動(dòng)機(jī)作用
船舶電動(dòng)機(jī)主要用于驅(qū)動(dòng)泵類以及風(fēng)機(jī)等轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)；以及甲板機(jī)械類電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，包括起錨機(jī)、系泊絞車等，且為了可以在低速狀態(tài)下發(fā)出轉(zhuǎn)矩，應(yīng)盡量選擇應(yīng)用變極式電動(dòng)機(jī)；還可以用于驅(qū)動(dòng)甲板機(jī)械類起重機(jī)械，以及電力推進(jìn)裝置等轉(zhuǎn)速要求嚴(yán)格的電動(dòng)機(jī)。
2.1.2運(yùn)轉(zhuǎn)方式選擇
（1）變速運(yùn)轉(zhuǎn)。為達(dá)到節(jié)能降耗效果，可以設(shè)計(jì)泵類與風(fēng)機(jī)等應(yīng)用變速運(yùn)轉(zhuǎn)方法。船舶電氣系統(tǒng)內(nèi)，使用泵類與風(fēng)機(jī)的設(shè)備數(shù)量較多，一般應(yīng)用交流異步電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)維持穩(wěn)定轉(zhuǎn)速持續(xù)運(yùn)行，在負(fù)載發(fā)生變化，出現(xiàn)低負(fù)載或者過(guò)負(fù)載情況時(shí)，能夠?qū)︼L(fēng)門和閥進(jìn)行調(diào)節(jié)滿足負(fù)載變化要求，但是會(huì)造成一定損失。為減少此損失降低電力損耗，便可以選擇減速運(yùn)轉(zhuǎn)方式。根據(jù)被驅(qū)動(dòng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)方式和設(shè)備為依據(jù)進(jìn)行選擇，例如輔助鍋爐應(yīng)用鼓風(fēng)機(jī)，船舶航行與裝貨時(shí)，可以滿足風(fēng)量和風(fēng)壓大幅度變動(dòng)要求，并且如果選擇而應(yīng)用二級(jí)控制方法，還可以應(yīng)用變極式電動(dòng)機(jī)來(lái)提高節(jié)能效果。
（2）機(jī)組控制。驅(qū)動(dòng)甲板機(jī)械用電電動(dòng)機(jī)變速運(yùn)轉(zhuǎn)模式現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到船舶電氣系統(tǒng)建設(shè)中，選擇應(yīng)用變極式電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)控制方式。變極式電動(dòng)機(jī)變速模式雖然運(yùn)行成本低，但是并不適用于大容量電動(dòng)機(jī)，且控制效果不佳，基于起重機(jī)種類差別，應(yīng)選擇應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行細(xì)微控制，提高控制效果。直流電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，將直流可變電壓作為電源，并配置電動(dòng)機(jī)-發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)正常運(yùn)行。并且，現(xiàn)在已經(jīng)有大功率電子元件的應(yīng)用，可以更有效的實(shí)現(xiàn)從交流電源中產(chǎn)生直流可變電壓。
（3）其他運(yùn)轉(zhuǎn)。直流電機(jī)在船舶電氣系統(tǒng)中的.應(yīng)用，換向器在持續(xù)運(yùn)行過(guò)程中，受電刷影響會(huì)降低線圈絕緣性，對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率產(chǎn)生影響。而同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，完全可以避免此問(wèn)題，其可硅控整流器運(yùn)轉(zhuǎn)，并且具有有直流電機(jī)相同的控制效果。與電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)方式相比，可控硅發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組控制方式效率更高，在節(jié)能設(shè)計(jì)中具有更大優(yōu)勢(shì)。
2.2高效率電動(dòng)機(jī)選擇
2.2.1電動(dòng)機(jī)效率
船舶電動(dòng)機(jī)需要維持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，通過(guò)提高其運(yùn)轉(zhuǎn)效率，便可達(dá)到節(jié)能效果。現(xiàn)在絕緣技術(shù)水平不斷提高，元件體積不斷縮小，旋轉(zhuǎn)機(jī)械也實(shí)現(xiàn)了小型化生產(chǎn)，為減少電動(dòng)機(jī)內(nèi)部損耗，就需要對(duì)電工材料特性進(jìn)行綜合分析，保證所選鐵芯材料質(zhì)量?jī)?yōu)良，同時(shí)在原有生產(chǎn)制作工藝上進(jìn)行更新優(yōu)化，爭(zhēng)取提高各元件制作效率，滿足電動(dòng)機(jī)節(jié)能優(yōu)化要求。
2.2.2軸輸出功率
對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，另一個(gè)要注意的問(wèn)題就是負(fù)載選用電動(dòng)機(jī)最佳額定功率的確定，一般電動(dòng)機(jī)效率在額定功率75%~100%負(fù)載下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)最高，如果處于低負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，則會(huì)導(dǎo)致效率較低，產(chǎn)生較大損失。因此需要對(duì)軸輸出功率進(jìn)行分析，選擇高效率電動(dòng)機(jī)，保證其即便是處于低負(fù)載狀態(tài)下，也可以保證較高的效率。基于負(fù)載容量、最大轉(zhuǎn)矩以及啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等因素進(jìn)行綜合分析，保證所選電動(dòng)機(jī)效率可以滿足節(jié)能運(yùn)行需求。
3船舶異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)
對(duì)于船舶動(dòng)力裝置來(lái)說(shuō)，存在大量風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載，基本上均選擇用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，為達(dá)到節(jié)能效果，其電動(dòng)機(jī)便可選擇應(yīng)用變頻調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器控制調(diào)速以及調(diào)壓調(diào)速等調(diào)速方式進(jìn)行優(yōu)化。其中，變頻調(diào)速可以對(duì)同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，更適于轉(zhuǎn)速降低時(shí)狀態(tài)，在風(fēng)機(jī)、水泵系統(tǒng)中應(yīng)用具有良好效果。以某輪艙底水泵為例進(jìn)行分析，其水泵型號(hào)為CB65，流量為68m3/h，壓力為0.223MPa，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為J02-61-2-H/D2，額定功率為18kW，額定轉(zhuǎn)速為2950r/min，額定電壓為380V。配備ACS800-01-0003直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器，不同流量調(diào)節(jié)方法效率曲線如圖1所示。其中水泵型號(hào)為CB68，流量為65m3/h，壓力為0.228MPa，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為J02-61-2-H/D2，額定功率為18kW，額定轉(zhuǎn)速為2950r/min。圖1不同流量調(diào)節(jié)方法效率曲線由圖可知，流量比小于80%時(shí)，應(yīng)用變頻調(diào)速方式進(jìn)行流量控制，與其他調(diào)控方法相比，功率損失比最小，具有最好的節(jié)能效果。同時(shí)，基于流量調(diào)節(jié)時(shí)水泵會(huì)有揚(yáng)程變化，還需要對(duì)不同實(shí)需流量和實(shí)需揚(yáng)程下節(jié)電率數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。其中，將節(jié)電率與系統(tǒng)內(nèi)裝設(shè)出口調(diào)節(jié)閥情況進(jìn)行對(duì)比，實(shí)需流量百分比數(shù)據(jù)與實(shí)際計(jì)算流量和水泵標(biāo)稱流量進(jìn)行對(duì)比，實(shí)需揚(yáng)程百分比數(shù)據(jù)將實(shí)際計(jì)算泵揚(yáng)程與水泵標(biāo)稱揚(yáng)程進(jìn)行對(duì)比，確定水泵流量與揚(yáng)程均存在一定富余量時(shí)，節(jié)能效果更為明顯。
4結(jié)束語(yǔ)
船舶電氣系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)行，整個(gè)航程運(yùn)行產(chǎn)生的能耗巨大，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗設(shè)計(jì)，就需要重點(diǎn)做好電動(dòng)機(jī)分析，選擇高效率電動(dòng)機(jī)的同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況確定運(yùn)轉(zhuǎn)控制方法，并應(yīng)用變頻調(diào)速手段，來(lái)達(dá)到節(jié)能降耗目的。
參考文獻(xiàn)
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