3、空調(diào)、風(fēng)機(jī)
變頻空調(diào)和變頻風(fēng)機(jī)在陸地上的應(yīng)用已屢見不鮮，但由于投資成本偏高、安裝復(fù)雜等原因，變頻技術(shù)在船舶空調(diào)和風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用卻寥寥無幾。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和節(jié)能減排要求的提高，變頻技術(shù)在船舶空調(diào)和風(fēng)機(jī)的應(yīng)用正逐漸增多。
在傳統(tǒng)的船舶空調(diào)設(shè)計(jì)中，空調(diào)制冷與制熱機(jī)組的容量是按照房間最大冷熱負(fù)荷需求來確定，并且留有一定余量。這樣無論用戶負(fù)荷如何變化，各電機(jī)始終都在工頻狀態(tài)下的額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，雖然可以滿足用戶最大冷熱負(fù)荷，但并不具備隨用戶負(fù)荷的變化而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率的能力，這樣對(duì)于較小的用戶負(fù)荷會(huì)造成很大的能源浪費(fèi)。使用變頻技術(shù)后，電機(jī)的輸出功率隨冷熱負(fù)荷的變化而變化，可以在滿足使用要求的前提下達(dá)到最大程度的節(jié)能要求。
此外，在船舶風(fēng)機(jī)系統(tǒng)使用變頻技術(shù)同樣可以產(chǎn)生意想不到的節(jié)能效果，以意大利的Costa Serena號(hào)郵輪來說，ABB公司使用ACS 550變頻器對(duì)其船上的所有風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造并設(shè)計(jì)了風(fēng)機(jī)變頻解決方案（圖2），據(jù)初步估算，在Costa Serena號(hào)上，一年節(jié)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(shí)由于減少了風(fēng)機(jī)的操作次數(shù)和操作時(shí)間，延長了設(shè)備維修周期。
4、舵機(jī)系統(tǒng)
船舶在安全航行過程中，需要具有良好操縱性能的舵機(jī)來保持或改變航向，并且在船舶靠泊期間能迅速到達(dá)目的地。目前，在舵機(jī)的液壓系統(tǒng)中，絕大多數(shù)液壓泵是由異步電機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)在工頻下按額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，執(zhí)行元件所需的流量只能靠改變變量泵的排量來實(shí)現(xiàn)，這樣就造成了在小流量時(shí)電機(jī)與泵仍需高速運(yùn)轉(zhuǎn)，不但使機(jī)件容易磨損，效率較低，而且系統(tǒng)的故障率也較高。
將變頻技術(shù)引入到舵機(jī)的液壓系統(tǒng)中，通過改變異步電機(jī)電源頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而滿足執(zhí)行元件的速度要求。與傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)速相比，采用變頻調(diào)速的舵機(jī)液壓系統(tǒng)回路效率相對(duì)較高，節(jié)能率在20%以上；如果應(yīng)用回饋型變頻器，制動(dòng)負(fù)載時(shí)能量回饋電網(wǎng)，節(jié)能率在40%以上，這樣不僅加強(qiáng)了舵機(jī)的機(jī)動(dòng)性，減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)變量泵的流量、轉(zhuǎn)向?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)，此外，通過取消換向閥、流量閥、壓力閥，使得液壓換向簡(jiǎn)單、可靠、平緩、沖擊小、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。
據(jù)了解，羅羅公司為中海油服公司設(shè)計(jì)的UT788CD型深水三用工作船“海洋石油681”采用了變頻舵機(jī)系統(tǒng)，電動(dòng)液壓舵機(jī)型號(hào)為SV650-3（圖3）。在整個(gè)方案中，每組舵機(jī)配有兩個(gè)由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙向變量泵，其中變頻電機(jī)的額定功率為26kw，額定電壓/頻率為3x690V/60Hz。
5、吊機(jī)、絞車
起貨機(jī)和絞車都是船舶上重要的甲板機(jī)械，按驅(qū)動(dòng)方式來分，主要有液壓式和電動(dòng)式。液壓吊機(jī)工作平穩(wěn)，并且具有較好的制動(dòng)能力，但其效率較低，加工精度要求很高，制造安裝比較復(fù)雜，維護(hù)成本較高；電動(dòng)吊機(jī)操作簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低，省去了液壓閥件，大大簡(jiǎn)化了液壓管路，減少了液壓油的泄漏源，但工作在傳統(tǒng)定頻下的電動(dòng)吊車一般只能采用變極三檔調(diào)速控制，調(diào)速范圍十分局限。
變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速無級(jí)調(diào)速，還可以發(fā)揮電動(dòng)吊機(jī)更好的工作特性（表2），并且在較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，為電機(jī)提供較為均勻的轉(zhuǎn)矩。此外，變頻器還具有力矩驗(yàn)證、轉(zhuǎn)矩記憶、轉(zhuǎn)矩監(jiān)視、抱閘控制等專用功能，在甲板機(jī)械領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。
小結(jié)
目前，節(jié)能環(huán)保是大勢(shì)所趨，各船舶公司也越來越關(guān)注降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省能源等航運(yùn)理念。作為一種重要且極具潛力節(jié)能手段，變頻技術(shù)已經(jīng)在一些海洋工程船、破冰船、挖泥船、豪華郵輪、近海供應(yīng)船、輪渡等船型中有一定程度應(yīng)用。隨著節(jié)能減排要求的日益嚴(yán)格以及船舶自動(dòng)化水平的不斷提高，相信未來變頻技術(shù)在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用將愈加廣泛。
來自中船重工經(jīng)濟(jì)研究中心
