杜 淼 劉永歆 苗國強 徐 冰

某油船電力負荷計算問題分析

杜 淼 劉永歆 苗國強 徐 冰

某油船船東試航時手動開啟了主空壓機以及大部分的廚房設備，此時發(fā)電機的單機負荷率為87%。該船東認為發(fā)電機的容量偏小，并懷疑船廠的負荷計算存在問題。結合其他項目的經(jīng)驗進行理論計算，對船東進行合理解釋，用理論結合實際說服船東不需增加發(fā)電機的容量，從而為船廠節(jié)約建造成本，也為船東節(jié)省運營成本。

三類負載法；負荷計算；間斷負荷系數(shù)

一、問題描述

某油船共配備三臺發(fā)電機，每臺輸出功率為780千瓦。根據(jù)建造說明書的要求，在正常航行的工況下，1臺發(fā)電機即可滿足航行期間的容量要求（由于發(fā)電機的增機負荷率是90%，所以負荷的總量不能大于單機的780×90%=702千瓦）。船東非常關心發(fā)電機的負荷問題，在首制船試航期間，船東在船舶無人機艙試驗狀態(tài)時（即無人機艙試驗的設備全開啟的狀態(tài)），又手動開啟了主空壓機以及大部分的廚房設備，此時，一臺發(fā)電機的容量約為680千瓦。考慮到未開啟的廚房設備（可傾斜煎鍋和蒸鍋共22千瓦）和焚燒爐（20千瓦左右），船東認為發(fā)電機的容量選小了，并對本船的負荷計算提出了質疑，認為負荷計算中很多設備的負荷系數(shù)比另一大型油船選得小。本船的負荷計算的結果如表1所示。

表1 計算的結果

二、三類負載法

首先，船廠的電力負荷計算方法采用的是國防工業(yè)出版社2013年出版的《船舶設計實用手冊》（以下簡稱《手冊》）里的三類負載法。

三類負載法，顧名思義，即把負荷分為三類：第一類負載——連續(xù)使用的負載；第二類負載——短時或重復短時使用的負載；第三類負載——偶爾短時使用的負載，以及按操作規(guī)程規(guī)定可以在電站尖峰負載時間外使用的負載。

在實際的計算中，將各個負載劃分為以上三類，采用不同的負載系數(shù)，同時還要乘以不同的同時系數(shù)。[1]具體公式如下：

其中：Pe為電動機額定功率；η為電動機額定效率；K1為負載系數(shù)；K2為同時系數(shù)。

三、負荷計算

船廠的負荷計算即是基于以上的方法，其負荷系數(shù)、同時系數(shù)的選取是結合其他多個實船經(jīng)驗并參照《手冊》的數(shù)據(jù)。

根據(jù)《手冊》，負荷系數(shù)根據(jù)負載的不同而有一定的差別，例如泵類通常在0.75～0.9，風機類在0.6～0.9，本項目的設備的負荷系數(shù)也在這個范圍之內(nèi)，大多數(shù)取0.7和0.75。

《手冊》中還建議，同時系數(shù)對第一類負載可按照0.8～1選取，第二類負載按照0.3～0.5選取，第三類負載通?？梢院雎圆挥?。在本項目的負荷計算中，第一類負載通常取0.9～1，第二類負載通常取0.4。[2]

綜上，本項目中系數(shù)的選取符合相關的設計要求。

負載計算的部分內(nèi)容參見表2所示。

表2 部分負載計算

四、原因分析

（1）至于船東認為負荷系數(shù)選得比另一載荷量約為本船兩倍的大型油船的負荷系數(shù)小這一情況，很重要的原因是本船的設備電機選得較大（本型船的一些設備的容量甚至等于或大于大型油船設備的容量，如燃油凈油機和低溫淡水泵），而實際的功率消耗比較小，所以，設備實際的負荷系數(shù)較低。本船與另一大型油船的部分設備電機容量的對比如表3所示。

表3 負荷比較

（2）關于船東提出航行時開啟主空壓機，同時開啟所有的廚房設備及焚燒爐的要求，船廠認為船東要求的這種狀態(tài)太極端，船上幾乎不會出現(xiàn)這種情況。首先主空壓機主要為主機及發(fā)電機提供啟動用的壓縮空氣，航行期間，主機及發(fā)電機均已啟動，幾乎不會啟動主空壓機，只有在空氣瓶的壓縮空氣泄漏較多的情況下才偶爾啟動。即使非常偶然的情況下啟動了空壓機，也應該按照第二類負載考慮，即同時系數(shù)為0.4。

主空壓機實際消耗功率Ps=Pe/η×K1×K2= 52/93.7%×0.75×0.4=16.6 kW。

廚房設備只在做飯期間工作，也不會出現(xiàn)所有的廚房設備都開啟的情況，因為通常船上的大廚只有一人，不可能對所有的廚房設備同時操作。而且廚房設備屬于第二類負載，同時系數(shù)取0.4。

廚房設備實際消耗功率Ps=Pe/η×K1×0.4=22/93.7×0.75×0.4=7 kW。

焚燒爐也是油渣積累到一定程度才開啟（人工可控，沒必要非在負荷大時同時開，從而人為加大發(fā)電機功率）。焚燒爐應該介于第二類和第三類負載之間，甚至可以忽略不計。如果考慮，其實際消耗功率Ps=Pe/η×K1×K2=20/91.5%×0.75×0.4= 6.5 kW。

五、解決措施及預防

根據(jù)上述計算，即使把廚房設備和焚燒爐的負載加進試航期間的發(fā)電機功率中，發(fā)電機的實際功率為680 kW+7 kW+6.5 kW=693.5 kW（空壓機在試航期間已經(jīng)開啟，不需要計算），也小于單臺發(fā)電機的起機負荷功率（780 kW×0.9=702 kW），這還是在考慮焚燒爐為第二類負載的情況下。

經(jīng)過對船東合理解釋，并在負荷計算中修改了這些設備的計算，船東最終接受了我們的意見。如果按照船東的要求，增加發(fā)電機的容量，那么在各個工況實際的油耗及各種消耗均會增加，也增加了船東的運營成本。

六、結束語

針對某油船在試航期間船東提出發(fā)電機負荷緊張的問題，給出了合理的解釋，并進行了適當?shù)挠嬎阈拚?，消除了船東的憂慮，也為船東節(jié)省了開支，同時也為同類問題的解決提供借鑒。

[1]張朝暉.海洋石油工程設計指南[M].北京：石油工業(yè)出版社, 2006.

[2]中國船舶工業(yè)集團公司.船舶設計實用手冊：電氣分冊[M]. 3版.北京：國防工業(yè)出版社,2013.

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.08.008

杜淼（1976—），男，大連船舶重工集團設計研究院，高級工程師（主任設計師）。

劉永歆（1977—），男，大連船舶重工集團設計研究院，高級工程師。

苗國強（1977—），男，大連船舶重工集團設計研究院，助理工程師。

徐冰（1980—），男，大連船舶重工集團設計研究院，助理工程師。