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    游轮如何提供动力?

    时间:2023-12-26 22:12:42  编辑:isky  来源:【友连航运】  浏览:240次   【】【】【网站投稿

    游轮需要大量动力。这是理所当然的!因为它们随时可搭载近3000名乘客和500-1000名机组人员。船上的大部分电力都由大型空调设备消耗,该空调设备负责保证套房和公共场所乘客的舒适度。游轮的推进装置由巨型同步推进电机以及用于速度和方向控制的相关设备组成,也是一个巨大的消耗者。隧道推进器(前后)、稳定器、机械负载、厨房、众多照明和酒店负载确保在任何特定时间都有大量的电力需求。尤其是船舶航行时,需求量更大。


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    游轮配备了多台柴油发电机组来满足这些电力需求。这些发电机组比典型货船上的DG组更大、更强大。这些发电机的数量通常为5或6个,每个发电机的额定功率可以在9-15MW之间,大约是货船上DG额定功率的10倍左右。由于尺寸较大,它们在船舶机械舱内占据一个单独的隔间。这称为DG室。大多数现代客船都有两个独立的DG室,前部和后部,由水密舱壁隔开。


    每个DG室都有独立的空气、燃油、润滑和冷却水供应系统。这是为了安全和冗余的目的,并考虑到火灾和洪水等紧急情况。柴油机原动机驱动交流发电机。交流发电机向主高压母线提供通常为6.6kV或11kV的三相电源,从母线直接使用或降压至较低电压。


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    典型的客船配电系统如上图所示。


    我们可以看到,柴油发电机(如图所示为4台)为额定电压为6.6kV或11kV的高压母线提供三相高压电源。游轮上根据设备的不同,对电压的要求也不同。交流冷却器、推进电机和隧道推进器通常具有高电流需求。他们从高压母线获取电源。推进电动机(PEM)是柴电推进动力装置的一部分。在固定螺距螺旋桨的情况下,它们需要可变的速度/扭矩。这些由晶闸管或可控硅整流器以变频器或环路转换器的形式提供。通过改变电源的输入相序来获得方向控制(前进和后退运动)。这是通过在晶闸管的帮助下互换任意两个相位来实现的。


    每个PEM都有两个独立的定子绕组,称为半驱动器。如果一个半驱动器发生故障,另一半驱动器将运行PEM,但功率会降低。每个半驱动器都有自己的推进变压器和变频器。每个PEM也有其独立的励磁电路。这是由主母线经过变压、整流后获得的直流电源。在主高压母线的左舷和右舷端还提供了两个谐波滤波器。这些滤除变频器和其他高压组件产生的不需要的谐波。440V部分负责大部分机舱机械负载,例如泵、压缩机和风扇。此外,甲板机械和酒店负载也由它提供。440V母线由高压母线通过降压变压器供电。


    除此之外,还有一台额外的辅助柴油发电机,用于在停电情况下恢复供电。该发电机可以独立于主电源启动为440V母线供电,以便为工厂重启做好准备。当主DG启动并接入母排时,辅助DG主断路器自动断开。根据SOLAS规定,还可以使用应急发电机,该发电机位于最上面的连续甲板上方并远离机器处所。它必须在断电后45秒内启动并加载,并向紧急配电盘供电。配电盘在停电期间为选定的关键设备提供电力。


    应急配电板为应急灯、电池充电器、导航和通信系统、舵机电机、喷水/超雾泵、消防泵、舱底/压载泵、辅助DG预润滑泵、水密门、客船上的报警和控制系统以及火灾报警系统至少持续36小时。在某些船舶上,燃油供应泵、增压泵和启动空气压缩机之一的电源也由紧急SB提供。正常情况下,应急配电盘由主母线供电。当主电源断电时,电源断路器打开,紧急DG启动并接管ESB的供电。主电源恢复时,EDG断路器自动断开。为此可使用联锁装置。220V部分负责住宿和公共区域的照明负载和电源插座。220V部分由440V母线通过降压变压器供电。


    柴油电力推进


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    大多数游轮均采用柴油电力推进装置。原因是它比传统的推进系统有很多优势。这些都是:


    ✔. 机舱布局灵活,节省大量空间

    DE推进无需像货船上那样安装大型集中式二冲程主机和辅助发动机。相反,为船舶负载提供电力并推动船舶的工作是由主发电机完成的。这些发电机可以节省大量空间,并提供位置和布置的灵活性。推进电机本身比传统发动机更紧凑、更轻,并且数量为两个。它们允许均匀分布重量。对于配备方位吊舱螺旋桨的DE推进来说,这甚至是更大的放大,其中不需要轴线、艉轴管、舵机/舵和艉推进器。


    ✔. 船舶使用负载和推进力之间的负载差异

    在电源电路中使用电子转换器形式的固态器件(二极管和晶闸管)使得单一主电源(主DG)能够满足所有船上电源要求。这意味着不再需要单独的主发电机和辅助发电机。PEM的可变速度和扭矩要求由转换器处理,该转换器将固定电压和频率转换为可变电压和频率以满足推进需求。


    其他低压船舶负载也由高压母线通过降压变压器供电,从而无需额外的发电机组并降低成本。


    ✔. 更高的推进冗余

    两台PEM可确保冗余,因为其中一台发生故障不会导致船舶继续运行。甚至每个PEM都有两个独立的驱动器或定子绕组,称为半驱动器,可确保冗余。如果其中一个绕组发生故障,可以使用另一个绕组安全靠港。


    ✔. 经济的部分负荷运行

    低速/部分负载运行不会像影响传统直驱发动机那样影响DE驱动中的具体燃油消耗。这是因为速度/扭矩通过改变频率和电压而发生电气变化。主DG无论推进负载如何,始终以恒定速度运行,并且可以根据负载要求启动或停止。这确保了工厂效率并大大节省了燃料成本。


    ✔. 易于控制

    速度和方向(倒车)的电气/电子控制比很大程度上依赖机械装置的传统发动机更快、更平稳。DE驱动器重量更轻、重量分布均匀且紧凑,也有助于控制的简便性。


    ✔. 低噪音、低振动

    在客船上,乘客的舒适度至关重要。传统的直驱柴油机存在噪音大、振动大的缺点,特别是在起动、加速和减速过程中。通过采用柴电推进系统可以解决这个问题。由于电气控制,启动、加速和减速更加安静和平稳。


    ✔. 排放控制

    由于采用人体工学设计、重量更轻、发电机运行高效且优化以及SFOC减少,DE推进船舶的排放量也比传统船舶少得多。


    ✔. 效率更高

    使用高电压进行DE推进是为了减小电流和导体尺寸。这还具有显着减少铜损耗、涡流损耗和磁滞损耗的效果。DE螺旋桨效率在87-90%范围内。


    推进电机


    客船上通常采用交流同步电机作为推进电机。与感应电机不同,它不是自启动的。这是因为当转子被直流电流激励时,产生的磁通量与定子的旋转磁场相互作用。


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    由于每时每刻极性的变化,这种相互作用会导致交替的吸引和排斥。因此,它由于自身惯性而无法旋转,需要额外的帮助。它可以通过使用外部原动机或阻尼绕组来解决。外部原动机将转子旋转到接近同步速度的速度,之后直流可用于磁力锁定。阻尼绕组是转子中的额外绕组,用于使其作为感应电机启动。一旦启动且速度接近同步速度,则提供直流励磁并发生磁力锁定。


    方位吊舱螺旋桨(Azipods)


    这种类型的推进系统由ABB在20世纪80年代末首创,现已成为客船船东的热门选择。它以AZIPOD的名称而广为人知,该名称已成为此类推进装置的代名词,有点像复印机中的XEROX。从那时起,除了ABB之外,劳斯莱斯和肖特尔等公司也推出了自己的版本。AZIPODS取代了PEM、推力块、轴线和轴承、艉管、舵机和舵、艉推进器和艉凸台,从而简化了外壳,使机舱更小。它还为游轮上的商业空间创造了更多空间,从而提高了盈利能力。


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    AZIPOD是第一个能够进行360度方位角的柴电吊舱推进装置。它们的使用取消了舵和船尾推进器。大约有100艘游轮已经采用了这项技术。其中包括皇家加勒比国际公司的绿洲级游轮“海洋绿洲号”、“海洋交响号”、“海洋和谐号”和“海洋魅力号”等。


    高压配电盘的电力电缆连接到传统DE推进系统中的PEM,将电能转换为机械能。然后,借助长轴线、轴承和推力块将其传输到螺旋桨。这些电力电缆进入船尾的吊舱室,通过变压器和转换器转换为可变电压和频率后,它们被馈送到滑环装置,从而不需要轴系和相关设备。


    该滑环单元将电压和频率控制的电力传输到吊舱内的同步电机。液压转向装置有助于360度转向,这在操纵过程中非常有用。它特别适用于许多港口较小且拖船援助有限的邮轮目的地。可以通过反转螺旋桨旋转或将吊舱旋转180度来实现反转。后者有助于使船舶反转,而无需反转原动机。


    吊舱推进的优点:


      ●. 能源效率提高(18-20%),燃料消耗减少。

      ●. 改进了紧急停止响应。

      ●. 减少了维护,因为它消除了冗长的轴系和相关设备、舵机/舵和船尾推进器。

      ●. 由于不需要轴安装和对准工程、凸台、船尾推进器隧道和安装工程,因此减少了造船时间和支出。

      ●. 即使对于大型船舶也具有出色的机动性。

      ●. 高效的冰面导航。

      ●. 提高空间效率,即机舱布局更加灵活、机舱更小、商业和客运空间更多。这意味着更多的收入。

      ●. 由于存在多个单元(2个甚至3个),因此增加了冗余。

      ●. 由于重量减轻,减少了排放并提高了能源效率。

      ●. 减少噪音和振动,从而提高乘客的舒适度。

      ●. 减小螺旋桨尺寸。这意味着节省成本、减少维护并减少气蚀损坏的机会。


    概括:


    友连航运网了解了游轮上电力的产生和分配方式、柴电推进的工作原理、其相对于传统二冲程发动机驱动的集中式推进系统的优势以及DE推进的最新化身(吊舱式推进系统与传统二冲程发动机驱动的集中式推进系统相比具有众多优势)。集中式推进系统以及传统的DE推进系统)。


    船舶设计的技术进步正在迅速进步,游轮也不例外。每年,新技术都在概念化、设计、试验中并安装在新船上。这使得这些芯片比前代芯片更加高效、强大且环保。它还显着减少了维护、工时和成本,并提高了客人和船员的船上生活质量。