基于优化设计理念轮机综合实验实训室建设

卢剑虹，戴兰平，谢培甫

(湖南交通职业技术学院，湖南长沙 410132)

0 引言

湖南省近期出台了《湖南省内河水运发展规划》，其中指出，用20a左右时间，建成畅通、高效、平安、绿色的现代化内河水运体系，湖南水运将迎来飞速发展时期。湖南交通职业技术学院紧抓这一机遇，开设了我省第一个水上运输专业——轮机工程技术专业。作为水运教育，有着它的特殊性，其主要特点在于强化实践教学环节与素质教育环节，而实践教学环节具有综合性与实践性融为一体的特点，众所周知，STCW78/10公约于2012年3月1日起正式实施，修订后的公约主要体现在职能发证方法、适任证评估、遵章和核实机制这三个方面提出了新的要求。为满足我院轮机工程技术专业的实践教学环节、教学科研与船员适任证考试和评估的需求，学院决定斥资建设集经济性、环保性、实用性与前瞻性于一体的我省首个轮机综合实验实训室。

1 轮机综合实验实训室的设计与优化

轮机综合实验实训室设计的首要任务是:机舱设计必须真实地体现现代化实船的设计特色，除了满足CCS船级社要求外，还必须满足我院轮机工程专业实验实训教学与科研、船员适任证培训与评估等项需求。为此，在设计过程中，我们考虑对实船机舱设计方案进行优化设计，从机舱布局新颖，到动力设备选型合理，动力系统配置优化且经济，使它的设计既能满足实验实训教学的综合训练，又能满足单机单项实验，既能完整地反映内河船舶机舱的特点，又能兼顾远洋船舶机舱的特点，既能为教学科研服务，又能为社会培训服务。整个设计优化方案如下。

1.1 船舶柴油机主推进系统

主动力装置(即主机)采用WD615.C—28，主机采用闭式冷却、压力润滑、电力起动，排气系统安装消音器，排烟管伸出至实验室外认可的高度。要求有与主机配套的主机底座一套，包括弹性减震器，配置主机遥控系统，根据需要可在机旁、集控室或驾驶台对主机进行起动、停车、换向和调速等操作。高弹性联轴器与主机配套，齿轮箱可正反转并与主机配套，水力测功器为双向、集控，以水力测功器代替实际船舶的螺旋桨，测功器的选型能使主机在额定转速下达到额定负荷。示意图如图1。

1.2 船舶电力系统

发电机组2套，发电柴油机为自带冷却水箱，或定制配套冷却循环系统。配电板1套三屏，水电阻1套，要求与并车总额定发电量匹配，动力电缆1套，符合船用标准。

1.3 柴油机动力管路系统

1.3.1 冷却水系统

主机采用淡水闭式循环冷却，通过滑油冷却器和淡水冷却器与海水(江水)系统进行热交换。主机冷却水系统包括以下设备:滑油冷却器，淡水冷却器，淡水循环泵，滑油循环泵，主海水泵，缸套水预热器，膨胀水柜，缸套水温度控制系统，系统附件(如管路、滤器、阀门等)，冷却水池，海水(江水)水池采用淡水模拟。冷却水池用于为冷却水系统提供模拟海水，同时也为作为水力测功器的工作水源。冷却水池的体积根据主机的热负荷和测功器的耗水量进行计算，设备参数(如排量、通径和功率等)根据主机额定工况计算得出。示意图如图2。

图1 主动力装置推进系统

图2 机舱冷却水管系统

1.3.2 主机燃油系统

燃油系统包括燃油柜、燃油净化系统(净油单元)和燃油供给系统(供油单元)。

1)燃油柜。

考虑实际情况和教学需要，主机用轻柴油。

设置燃油沉淀柜和燃油日用柜各一只，容量在0.5m3及以上，沉淀柜的燃油经燃油净化系统处理后送至燃油日用柜，日用柜燃油经燃油供给系统送至主机。油柜具有液位显示，设置放残阀和速闭阀。

2)燃油净化系统。

燃油净化系统遵循当前造船技术的发展方向，采用模块化设计与制造来实现。燃料油分油机共1台，用于燃料油的净化，分油机系统能提供跑油报警。另设底盘收集污油，污油送至污油柜。分油机配置有工作水阀组、温度计、燃油电加热器、控制箱和专用工具等必要附件。配备配电箱;具体准确的选型数据根据用油设备如主机等的运行参数并按实船经验公式计算得到，同时考虑教学效果的需要。

3)燃油供给系统。

燃油供给系统也采用模块化设计，形成完整的供油单元。

示意图如图3。

1.3.3 主机滑油系统

滑油系统包括滑油储存柜、滑油循环柜、滑油分油机、加热器、输送泵、控制箱、管路和滤器等。滑油储存柜和循储存柜在0.5m3及以上，具有液位指示。储存柜的滑油可自然放至滑油循环柜，循环柜滑油经输送泵驳运至储存柜，循环柜有电加热盘管。示意图如图4。

1.3.4 压缩空气系统

空压机2台，风冷，排量按工况计算得出，主空气瓶2只，容量、压力满足主机启动要求，控制空气瓶1只，压力满足控制气路要求。管路附件。包括减压阀、气源净化装置以及管路和阀件等。

1.4 主机遥控系统

图3 燃油供给系统

图4 主机滑油净化系统

能在机旁、集控室和驾驶台三个操作部位进行操作，并具有操作部位切换功能;机旁切换为机旁/遥控切换，集控室切换为集控/驾控切换。机旁操作为手动操作，机旁设有急车钟;集控室和驾驶台操作为单手柄全自动遥控，通过电磁阀和或门阀与机旁操作气路并接，转速设定信号通过电/气转换装置与调速器相连接。自动遥控时具有自动启动操作、停车、换向、主机加/减速速率限制、程序负荷限制、临界转速自动避让、轮机长转速限制、安全保护、急操纵、越控等功能。

1.5 集控室与船舶辅助系统

集控室内设集控台、模拟驾驶台和配电板。集控室地面高于模拟机舱地面3m左右。集控室正面采用玻璃墙，透过玻璃墙可看见机舱里的主要设备。具有隔音效果。集控台内部主要用于安装主机遥控系统和监视报警系统相关设备，针对所设计主、辅机，监视报警系统能对机舱全部重要设备，以及船级社指定的辅助设备和系统进行监测，并在运行设备发生故障后给出声光报警信号。集控台面板用于安装各种操作和显示设备，如液晶显示屏、各种仪表、面板、按钮、车钟、水力测功器遥控板，报警打印机、显示灯和通讯设施外等。模拟驾驶台设置在集控室的适当位置，其上设有主机遥控系统的车钟。船舶辅助系统设备型号则根据系统独立，就地控制的原则设计选型，且各辅助系统均为单元设置。

从上述优化设计方案可以看出，与一般实船机舱设计方案相比较，本优化设计方案将实船、教学与船员培训三者有机地结合起来，并以实船机舱为基础，兼顾教学科研与船员培训，综合考虑再扩展的余量，留有虚操作接口，为轮机模拟器融合创造基础条件。其次，机舱自动化程度设计较高，微机控制，变频控制，时序控制等技术能很好地得到运用与发挥，总体技术水平为国内领先，更为重要的是设计采用国产化动力装置，操作使用和维修养护简便，有利于更新改造，经济性与实用性较好。

2 船舶轮机综合实验实训室应用

优化设计以后的船舶轮机综合实验实训室，具有先进性、实用性、兼容性、环保性与经济性等多项综合性功能。我院《轮机工程技术专业人才培养方案》人才培养目标指出，本专业培养掌握船舶动力装置和系统、船舶发电设备及其自动化控制等专业知识和技能，能胜任现代船舶轮机操作管理与机电设备的检修，调试和检验等船舶运输与修造岗位的高端技能型人才。它的设计与建成，将真实地向学生展示本专业的职业岗位，将为学生提供轮机工程技术专业实验实训项目中多项职业技能训练，为教师科研项目创造优越条件。同时，鉴于我省水上运输与安全形势，船员培训机构缺少且条件简陋，持证船员数量偏少，船员适任证培训与考试任务较重，因此，它亦可开展船员适任证培训，船员适任证考试实操项目评估等项工作。具体功能如下:

1)船舶主推进装置的认知实习;

2)船舶动力管系的认知实习;

3)机舱辅助设备认知实习;

4)船舶柴油机冲气实验;

5)船舶柴油机爆压测试;

6)船舶柴油机各缸负荷均匀性测量调试;

7)船舶柴油机配气(喷油)定时测量;

8)船舶柴油机及其辅助机械运行管理操作;

9)船舶柴油机及其辅助机械运行故障诊断操作;

10)发电机组调试、并车操作与故障诊断操作;

11)船舶电站认知操作。

3 结束语

船舶轮机综合实验实训室建成后，将真正实现航海类院校“将船舶机舱搬上岸”的目标，从而真正实现专业理论教学与职业能力和职业岗位的“零距离”，为科研工作提供了优越的条件，同时，亦可满足《中华人民共和国船员适任考试和评估大纲》(轮机工程专业)中规定的大部分要求，为我省船员适任证培训与考试提供设备设施场地，进一步提高我院轮机工程技术专业办学的社会服务能力与社会影响力。

［1］交通运输部海事局.1978海员培训、发证和值班标准国际公约马尼拉修正案［M］.大连:大连海事大学出版社，2010.

［2］中华人民共和国海事局.中华人民共和国内河船舶船员适任实际操作考试大纲［M］.大连:大连海事大学出版社，2011.