3、空調、風機
變頻空調和變頻風機在陸地上的應用已屢見不鮮,但由于投資成本偏高、安裝復雜等原因,變頻技術在船舶空調和風機上的應用卻寥寥無幾。隨著電力電子技術的不斷發展和節能減排要求的提高,變頻技術在船舶空調和風機的應用正逐漸增多。
在傳統的船舶空調設計中,空調制冷與制熱機組的容量是按照房間最大冷熱負荷需求來確定,并且留有一定余量。這樣無論用戶負荷如何變化,各電機始終都在工頻狀態下的額定轉速運行,雖然可以滿足用戶最大冷熱負荷,但并不具備隨用戶負荷的變化而動態調節系統功率的能力,這樣對于較小的用戶負荷會造成很大的能源浪費。使用變頻技術后,電機的輸出功率隨冷熱負荷的變化而變化,可以在滿足使用要求的前提下達到最大程度的節能要求。
此外,在船舶風機系統使用變頻技術同樣可以產生意想不到的節能效果,以意大利的Costa Serena號郵輪來說,ABB公司使用ACS 550變頻器對其船上的所有風機進行節能改造并設計了風機變頻解決方案(圖2),據初步估算,在Costa Serena號上,一年節省的燃油約是1270噸,減少的CO2排放量約為4000噸,減少的NOX排放量約為72噸,同時由于減少了風機的操作次數和操作時間,延長了設備維修周期。
4、舵機系統
船舶在安全航行過程中,需要具有良好操縱性能的舵機來保持或改變航向,并且在船舶靠泊期間能迅速到達目的地。目前,在舵機的液壓系統中,絕大多數液壓泵是由異步電機拖動,電機在工頻下按額定轉速運行,執行元件所需的流量只能靠改變變量泵的排量來實現,這樣就造成了在小流量時電機與泵仍需高速運轉,不但使機件容易磨損,效率較低,而且系統的故障率也較高。
將變頻技術引入到舵機的液壓系統中,通過改變異步電機電源頻率來調節電機轉速,進而滿足執行元件的速度要求。與傳統的節流調速相比,采用變頻調速的舵機液壓系統回路效率相對較高,節能率在20%以上;如果應用回饋型變頻器,制動負載時能量回饋電網,節能率在40%以上,這樣不僅加強了舵機的機動性,減少了對電網的沖擊,還實現了對變量泵的流量、轉向實時調節,此外,通過取消換向閥、流量閥、壓力閥,使得液壓換向簡單、可靠、平緩、沖擊小、可靠性高、環境適應性強。
據了解,羅羅公司為中海油服公司設計的UT788CD型深水三用工作船“海洋石油681”采用了變頻舵機系統,電動液壓舵機型號為SV650-3(圖3)。在整個方案中,每組舵機配有兩個由變頻電機驅動的雙向變量泵,其中變頻電機的額定功率為26kw,額定電壓/頻率為3x690V/60Hz。
5、吊機、絞車
起貨機和絞車都是船舶上重要的甲板機械,按驅動方式來分,主要有液壓式和電動式。液壓吊機工作平穩,并且具有較好的制動能力,但其效率較低,加工精度要求很高,制造安裝比較復雜,維護成本較高;電動吊機操作簡單,維護成本低,省去了液壓閥件,大大簡化了液壓管路,減少了液壓油的泄漏源,但工作在傳統定頻下的電動吊車一般只能采用變極三檔調速控制,調速范圍十分局限。
變頻驅動技術不僅能實現對轉速無級調速,還可以發揮電動吊機更好的工作特性(表2),并且在較大的轉速范圍內,為電機提供較為均勻的轉矩。此外,變頻器還具有力矩驗證、轉矩記憶、轉矩監視、抱閘控制等專用功能,在甲板機械領域顯示出廣闊的應用前景。
小結
目前,節能環保是大勢所趨,各船舶公司也越來越關注降低環境風險、節省能源等航運理念。作為一種重要且極具潛力節能手段,變頻技術已經在一些海洋工程船、破冰船、挖泥船、豪華郵輪、近海供應船、輪渡等船型中有一定程度應用。隨著節能減排要求的日益嚴格以及船舶自動化水平的不斷提高,相信未來變頻技術在船舶領域的應用將愈加廣泛。
來自中船重工經濟研究中心