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摘要：介绍变频控制技术在船舶机械处所通风的实际应用，设计理念及节能目标。
关键词：机械处所，通风，VOD，变频器
引言：随着现代工业和经济建设的快速发展，在各个方面都取得了巨大成就，但是同时也付出了巨大的能源和环境代价。随着全球温室效应以及厄尔尼诺现象被人们所熟知，越来越多的人关注气候环境和碳排放对环境的影响。同时能源的逐渐枯竭也是所有人都要面临的日益严峻的问题。节能减排也就成为所有行业都需要考虑的一个重要指标。船舶运输行业作为一个能源消耗的行业，在现代造船的设计中也出现越来越多对节能减排的研究和应用，而对于机械处所通风部分，采用变频器控制风机转速的机械处所通风系统已经越来越多地出现在各种船舶的应用中。
1、船舶机械处所通风系统概述
船舶机械处所通风系统的目的给船舶机械提供良好的工作条件和环境条件，例如机舱内船舶主机，发电柴油机，空气压缩机以及锅炉都会消耗大量的空气，这需要由机舱的供给风机提供足够的新风来满足上述的设备的工作条件，同时在机械设备运行的过程中也会产生大量的余热，则需要通过大量的通风来带走机舱的热量，以使机舱的机械设备在良好的环境条件下工作。 综上，机舱通风的作用有两个，一个是为机舱提供新风，这个体现在要保持机舱内外的空气压差；二是冷却机舱，这个体现在要保持机舱温度不超过设计最高温度。
2、变频控制在船舶机械处所通风的应用
我们以机舱通风为例，在传统船舶建造时，机舱通风系统一般选配数台由电机直接驱动的轴流风机，风量则根据设计工况下所有机械设备全负荷运行时所需要的最大通风量来选择，电机一般选用单速电机。为了保证在有一些特殊情况下机舱需要除气，一般其中一台风机设为可逆风机。但是在船舶运营的过程中，很多工况并非设计工况，而机械设备也并非一直在全负荷的工况下运行，实际的通风量并不需要那么多，但是风机却只能保持在全负荷的工况下载运行，很多没必要的能源被浪费掉。在之前有些已经注意到这个问题，将风机改为双速风机已避免风机始终处于全负荷运行，而即使这样通风系统提供的风量选择也只是局限于两个点，无法满足各种复杂工况下的需求。因此，常规的机舱通风虽然可以满足机械处所需要的所有的通风量的需求，但实际上造成了很多不必要的能源浪费，而且对于机械场所的环境条件也无法准确保证。
而为了实现节能的目的，避免在非全负荷工况下风机的全负荷运行，变频控制也就应运而生，采用变频器控制机舱风机的系统，本文被称为”Ventilation On Demand System”, 以下简称“VOD”系统，即根据通风处所的需求提供可变风量的系统，该系统可以根据机舱设备不同工况下的不同需求对风机的转速控制，在达到通风要求的情况下而不会浪费能源，可以帮助船舶更好地节能减排，同时为船舶所有者提供更好的经济效益。
我们仍然以机舱通风系统为例，在VOD系统中，风机的选型依然选用在设计工况下机舱所需要的最大通风量的风机已满足极限情况下使用，而电机选用可以采用变频器控制的变频电机，在控制部分安装一套压差传感器来测量机舱内外的压差和一套温度传感器来测量机舱的温度，通过压差信号和温度信号对变频器进行相应的编程以控制风机马达转速来满足实际运行需要。
下图1.为Rolls-Royce Marine设计的UT771WP型海洋平台供应船上采用VOD机舱通风系统的原理图：
从VOD的控制面板中可以看到VOD系统多出了很多控制功能，下面我们逐一介绍。
主控制旋钮：该旋钮有三个选择位置，分别为OFF/MAN/AUTO，对应控制风机的停机/手动运行/自动运行。
转向控制旋钮：该制旋钮有NORMAL和REVERSE两个选择位置，分别控制风机的正向和反向。
速度控制旋钮：该旋钮为可调旋钮，可以在手动模式下手动调节风机的转速在0-100%之间调节。
加热按钮：该按钮控制风机马达的空间加热器
手动模式：当主控制按钮打到手动模式，风机运行，风机转向由转向控制旋钮控制，风机转速由速度控制旋钮手动控制，根据机舱检测系统检测到的机舱温度，机舱设备运行负荷情况等手动调节风机转速来调整风量，此模式下风机的风量可以任意调节，但是由于是手动控制，仍然无法精确控制风机风量适配所需风量，仅为应急情况下使用。
自动模式：该模式为完全VOD模式，如上图所示，在VOD系统中，机舱风机的转速将与两个输入的参数有关，TS输入的温度信号以及PT输入的压差信号，在正常运转时，机舱风机的转速根据压差的变化而变化，例如设定机舱需要保持50pa的正压，即机舱内与外界的压差，当机舱内外的压差低于50pa的时候，压差传感器PT会将信号传递至变频器，而变频器则根据预先编制的程序对机舱风机加速，而当压差到达50pa时，机舱风机的转速将会稳定在该转速，相反，如果机舱内外的压差大于50pa时，变频器亦会将风机降速至压差50pa以避免一直保持高转速而造成的能量浪费。控制流程如以下示意图2所示。同时机舱还有温度需求，该功能通过温度传感器而实现，例如设定机舱的温度为45摄氏度，当机舱的温度超过45摄氏度时，温度传感器TS将信号传输至变频器，风机会根据变频器预先编订的指令加速，从而加大对机舱的通风量，来带走热量，而当机舱温度下降至45摄氏度时，压差传感器会自动接管风机转速的控制权，以保证机舱的正压（即机器所消耗空气量）。当有多台风机时，控制多台风机的变频器之间可以实现通讯，可以设定使数台风机的运转时间一致。同时可以将风机实际运行的参数与中央控制系统相连，在中央系统中可以监测实时的风机转速，风量，电机功率，电流等等信息。
3、通风系统与变频通风系统功率的消耗对比
通过以上介绍可以看到，在VOD模式下的机械处所通风，完全可以做到根据机舱的工作条件精确控制通风而不造成能源浪费，完全符合当下节能减排的发展方向。以下为某船型常规通风系统与变频通风系统功率消耗的对比表1。
结语：
本文仅仅以机舱通风为例说明VOD系统在船舶中的应用，而实际上，船舶尤其特种船舶和海洋工程辅助船舶有许多机械处所可以采用VOD系统，例如RO-RO舱室，推进舱室，液压泵站等等，而在实际的工作中，现在越来越多的船东也希望建造船舶时可以使将来的运营成本会更低同时也更加环保节能的目的。综合实际工作中的情况，以上为本人对船舶机械处所通风实现节能减排的一些总结，希望对以后的船舶设计和建造有所贡献。
参考文献
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论文作者:张瑞星
论文发表刊物:《科技新时代》2018年9期
论文发表时间:2018/11/16
标签：机舱论文; 风机论文; 风量论文; 处所论文; 船舶论文; 转速论文; 工况论文; 《科技新时代》2018年9期论文;