船舶燃料供给系统的制作方法

本发明涉及船舶，尤其是涉及一种船舶燃料供给系统。

背景技术：

1、在船舶燃料供给系统运行过程中，动设备(即由驱动机带动的转动设备，也即有能源消耗的设备，例如泵、压缩机、风机等)切换涉及的情形较为复杂，主要包含如下使用场景：

2、一、船舶燃料供给系统多采用两个独立的燃料舱，两个燃料舱对称布置于船舶的左右舷。船舶燃料供给系统会选择其中一个燃料舱，将燃料舱中的燃料输送至后续增压换热等设备，进而给燃料设备(包括船舶主机、船舶锅炉等)供给燃料。当其中一个燃料舱的液位与另一个燃料舱的液位相差较大时，会影响船舶载重平衡。此时，需要将系统供应过程从低液位燃料舱切换到高液位燃料舱。该过程大多采用手动操作，操作人员停止一个燃料舱的燃料供给泵和供应阀门，再开启另一个燃料舱的燃料供给泵和供应阀门。

3、此外，由于单个燃料舱保温失效等异常状况，也会造成两个燃料舱之间的压力产生较大差异。两个燃料舱之间的压力差异主要会影响燃料泵或压缩机在切换过程的供给压力稳定：当燃料供给由一个燃料舱切换到另一个燃料舱时，若燃料舱之间压力差异较大，会造成bog压缩机和低压燃料泵的入口压力与切换前差异过大，切换过程容易造成燃料供应压力波动。此时，需要手动开启对应燃料舱的bog处理过程或者开启相应平衡管路，以确保两个燃料舱的压力保持相对平衡。

4、而手动切换过程会引起燃料供给压力波动，若操作不当会造成供给温度或压力报警，使控制或安全系统触发，供给过程切断，船舶发动机转为燃油模式。

5、二、船舶燃料供给系统一般会配置备用的动设备，如两个低压燃料泵，两个高压燃料泵，两个bog压缩机，两个水/乙二醇泵等。实际运行时只有其中一个设备工作，另一个设备处于备用状态。在其中一个设备发生故障报警、触发控制或安全系统时，系统首先切换至另一个备用设备。该过程大多采用自动切换，但仅采用延时启动的控制逻辑，即系统一段时间检测到压力持续低低/高高报警后，切换到备用设备。切换过程若在供给系统高负荷下进行，仍可能引起系统温度或压力参数波动，严重时触发报警。

6、三、船舶燃料供给系统包含多种供给工况，一般包括：燃料泵供给工况、压缩机供给工况、燃料泵和压缩机共同供给工况。在不同工况切换过程中会涉及到动设备的切换，如从燃料泵供给工况切换到燃料泵和压缩机共同供给工况、从压缩机供给工况切换到燃料泵和压缩机共同供给工况、从燃料泵和压缩机共同供给工况切换到燃料泵供给工况、从燃料泵和压缩机共同供给工况切换到压缩机供给工况。供给工况在切换过程中需要密切关注供给压力的变化，若控制不当会产生低压或高压风险。

7、有鉴于此，有必要设计一种船舶燃料供给系统，能够自动保持燃料舱液位、压力的平衡，设备使用时间的平衡，并确保动设备切换过程中供给系统的稳定运行。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种船舶燃料供给系统，其能够自动调控两个燃料舱在燃料加注、燃料供给时的液位差和压力差保持稳定，减少或避免原有的人为操作调控，减轻船员负担，并提高系统应对突发状况的能力，提高系统的稳定性。

2、本发明提供一种船舶燃料供给系统，包括两个燃料舱、燃料泵组件、bog压缩机、燃料设备、平衡控制模块、燃料加注进液管路和燃料加注回气管路；两个所述燃料舱分设于船舶的左舷和右舷；所述燃料泵组件包括分别设置于两个所述燃料舱内的低压燃料泵，两个所述燃料舱内的低压燃料泵均与所述燃料设备相连，以将所述燃料舱内的液态燃料供给至所述燃料设备；所述bog压缩机分别与两个所述燃料舱及所述燃料设备相连，以将所述燃料舱内的燃料蒸发气供给至所述燃料设备；所述燃料加注进液管路分别通过液相加注阀门与两个所述燃料舱的燃料加注口相连，所述燃料加注回气管路分别通过回气阀门与两个所述燃料舱的回气口相连；所述平衡控制模块分别与所述低压燃料泵、所述bog压缩机、所述液相加注阀门及所述回气阀门电信号连接，所述平衡控制模块用于控制所述船舶燃料供给系统执行以下动作：

3、动作一：当所述船舶燃料供给系统处于加注模式时，若两个所述燃料舱之间的液位差值超过预设值时，所述平衡控制模块控制高液位的燃料舱的液相加注阀门和回气阀门关闭，使所述燃料加注进液管路只向低液位的燃料舱加注燃料；待两个所述燃料舱之间的液位差值小于所述预设值时，所述平衡控制模块再控制关闭的液相加注阀门和回气阀门重新开启；

4、动作二：当所述船舶燃料供给系统处于供给模式时，若两个所述燃料舱之间的液位差值超过预设值时，所述平衡控制模块控制低液位的燃料舱内的低压燃料泵均匀地减小其运转频率，直至低液位的燃料舱内的低压燃料泵停止运转；同时控制高液位的燃料舱内的低压燃料泵开启，高液位的燃料舱内的低压燃料泵的初始运转频率为低液位的燃料舱内的低压燃料泵在切换前的运转频率；

5、动作三：当所述船舶燃料供给系统处于加注模式时，若两个所述燃料舱之间的压力差值超过设定值时，所述平衡控制模块控制高压力的燃料舱的回气阀门开启，并控制低压力的燃料舱的回气阀门关闭；待两个所述燃料舱之间的压力差值小于所述设定值时，再控制关闭的回气阀门重新开启；

6、动作四：当所述船舶燃料供给系统处于供给模式时，若两个所述燃料舱之间的压力差值超过设定值时，且所述燃料设备处于负荷大于或等于50％的高负荷供给工况，则所述平衡控制模块控制所述bog压缩机开启，以对高压力的燃料舱内的燃料蒸发气进行处理；待两个所述燃料舱之间的压力差值小于所述设定值时，再控制所述bog压缩机关闭；

7、若两个所述燃料舱之间的压力差值超过设定值时，且所述燃料设备处于负荷小于50％的低负荷供给工况，则所述平衡控制模块控制两个所述燃料舱的回气阀门均开启，以使两个所述燃料舱之间通过所述燃料加注回气管路连通；待两个所述燃料舱之间的压力差值小于所述设定值时，再控制两个所述燃料舱的回气阀门关闭。

8、在高负荷供给工况下，由于开启bog压缩机后，bog压缩机带来的燃料供给量占总燃料供给量的比例较小，故开启bog压缩机后对泵供给过程的影响较小(即燃料主要依靠低压燃料泵供给；bog压缩机开启后，低压燃料泵只需小幅度调整其运转频率，以保证燃料供应压力和流量的稳定)，故采用bog压缩机排气的方式对高压力的燃料舱进行处理。而在低负荷供给工况下，由于开启bog压缩机后，bog压缩机带来的燃料供给量占总燃料供给量的比例相对较大，故开启bog压缩机后对泵供给过程的影响较大(此时bog压缩机开启后，低压燃料泵需要较大幅度调整其运转频率，以保证燃料供应压力和流量的稳定)，故此时选择燃料舱间气体交换的压力平衡方式进行处理。

9、进一步地，每个所述燃料舱内均设有两个并联设置的低压燃料泵；所述平衡控制模块在控制所述船舶燃料供给系统执行上述动作二时，所述平衡控制模块控制高液位的燃料舱内运行时间更少的低压燃料泵开启，从而减少低压燃料泵之间运行时间的差异，延长设备的使用寿命。

10、进一步地，每个所述燃料舱内均设有两个并联设置的低压燃料泵；所述平衡控制模块还用于控制所述船舶燃料供给系统执行以下动作：

11、动作五：当所述船舶燃料供给系统处于供给模式时，若当前使用的燃料舱内的低压燃料泵失效后，所述平衡控制模块优先控制当前使用的燃料舱内的另一低压燃料泵开启；若当前使用的燃料舱内的另一低压燃料泵未能正常开启，则所述平衡控制模块控制另一燃料舱内运行时间更少的低压燃料泵开启。

12、进一步地，所述bog压缩机的数量为两个，两个所述bog压缩机并联设置；所述平衡控制模块还用于控制所述船舶燃料供给系统执行以下动作：

13、动作六：当其中一个bog压缩机在运行时失效后，则所述平衡控制模块控制另一bog压缩机开启。

14、进一步地，所述平衡控制模块在控制船舶燃料供给系统执行上述动作四时，所述平衡控制模块优先控制运行时间更少的bog压缩机开启。

15、进一步地，当所述船舶燃料供给系统处于燃料泵和压缩机共同供给模式时，若所述bog压缩机失效后，则所述平衡控制模块控制另一bog压缩机开启，同时控制所述低压燃料泵在一段时间内增大其运转频率；待另一bog压缩机顺利启动后，所述平衡控制模块再控制所述低压燃料泵恢复其运转频率，从而减少切换过程中燃料的供应压力和供应流量的影响。

16、进一步地，两个所述燃料舱内的低压燃料泵与所述燃料设备之间还设有高压燃料泵，所述平衡控制模块与所述高压燃料泵电信号连接；所述高压燃料泵的数量为两个，两个所述高压燃料泵并联设置；所述平衡控制模块还用于控制所述船舶燃料供给系统执行以下动作：

17、动作七：当其中一个高压燃料泵在运行时失效后，则所述平衡控制模块控制另一高压燃料泵开启。

18、进一步地，所述船舶燃料供给系统还包括第一换热系统，两个所述燃料舱内的低压燃料泵与所述燃料设备之间还设有燃料加热设备，所述第一换热系统与所述燃料加热设备相连，所述第一换热系统用于对所述燃料加热设备进行加热；所述第一换热系统包括热源管路、用于对换热介质进行循环输送的第一循环泵以及用于与热源进行换热的加热器，所述热源管路上设有热源调节阀，所述第一循环泵分别与所述燃料加热设备及所述加热器相连，所述加热器分别与所述燃料加热设备及所述热源管路相连；

19、换热介质例如为水/乙二醇，则第一循环泵为水/乙二醇泵，加热器为水/乙二醇加热器。在工作过程中，换热介质在第一循环泵、加热器及燃料加热设备之间循环流动，换热介质循环流动的动力来源于第一循环泵；换热介质能够在加热器内与热源管路中的热源(例如缸套热水)进行换热，从而对换热介质进行加热升温；升温后的换热介质在燃料加热设备中与低温燃料进行换热，从而对低温燃料进行加热升温，以满足燃料设备的供应温度；

20、所述平衡控制模块分别与所述第一循环泵及所述热源调节阀电信号连接；所述第一循环泵的数量为两个，两个所述第一循环泵并联设置；所述平衡控制模块还用于控制所述船舶燃料供给系统执行以下动作：

21、动作八：当其中一个第一循环泵在运行时失效后，则所述平衡控制模块控制所述热源管路上的热源调节阀增大其开度，并控制另一第一循环泵开启；待另一第一循环泵顺利开启后，再对热源调节阀的开度进行调整。由于第一循环泵在切换过程中会造成换热介质循环流量的波动，故通过增大热源的流量，从而增大换热介质在短时间内的温度，以抵消在切换过程中因换热介质流量减小造成的热量不足，确保燃料的供给温度波动满足燃料设备的要求。

22、进一步地，加热器和热源管路的数量均为两个，该两个加热器为串联设置，该两个加热器分别与两个热源管路相连。平衡控制模块在控制船舶燃料供给系统执行上述动作八时，当其中一个第一循环泵在运行时失效后，平衡控制模块还可以控制备用的热源管路上的热源调节阀开启，即利用两个加热器同时对换热介质进行加热，从而增大换热介质在短时间内的温度，以减小温度波动。

23、进一步地，燃料设备包括高压燃料设备和低压燃料设备，高压燃料设备可以为船舶主机，低压燃料设备可以为船舶发动机、船舶锅炉等。燃料加热设备包括高压汽化器和低压汽化器，高压燃料泵和高压汽化器设置于低压燃料泵与高压燃料设备之间，低压汽化器设置于低压燃料泵与低压燃料设备之间；bog压缩机与低压燃料设备相连，用于为低压燃料设备供应燃料。此时燃料可以为lng，高压汽化器可将lng汽化为天然气。第一换热系统分别与高压汽化器和低压汽化器相连，从而对高压汽化器和低压汽化器进行加热。

24、进一步地，所述船舶燃料供给系统还包括第二换热系统，所述bog压缩机与两个所述燃料舱之间还设有bog预热器，所述bog压缩机与所述燃料设备之间还设有bog冷却器，所述第二换热系统分别与所述bog预热器及所述bog冷却器相连，所述第二换热系统用于对所述bog预热器进行加热及对所述bog冷却器进行降温；所述第二换热系统包括冷源管路、用于对换热介质进行循环输送的第二循环泵以及用于与冷源进行换热的换热介质冷却器，所述冷源管路上设有冷源调节阀，所述第二循环泵分别与所述bog预热器、所述bog冷却器及所述换热介质冷却器相连，所述换热介质冷却器分别与所述冷源管路、所述bog预热器及所述bog冷却器相连；

25、换热介质例如为水/乙二醇，则第二循环泵为水/乙二醇泵，换热介质冷却器为水/乙二醇加热器。在工作过程中，换热介质一方面在第二循环泵、换热介质冷却器及bog冷却器之间循环流动，另一方面能够在第二循环泵、换热介质冷却器及bog预热器之间循环流动；换热介质能够在换热介质冷却器内与冷源管路中的冷源进行换热，从而对换热介质进行降温。降温后的换热介质一方面在bog预热器中与低温bog进行换热，从而使低温bog升温(由于低温bog的温度很低，故换热介质的温度要高于低温bog的温度，从而能够与其换热使低温bog升温)；降温后的换热介质另一方面在bog冷却器中与高温bog进行换热，从而使高温bog降温；

26、所述平衡控制模块分别与所述第二循环泵及所述冷源调节阀电信号连接；所述第二循环泵的数量为两个，两个所述第二循环泵并联设置；所述平衡控制模块还用于控制所述船舶燃料供给系统执行以下动作：

27、动作九：当其中一个第二循环泵在运行时失效后，则所述平衡控制模块控制所述冷源管路上的冷源调节阀增大其开度，并控制另一第二循环泵开启；待另一第二循环泵顺利开启后，再对冷源调节阀的开度进行调整。由于第二循环泵在切换过程中会造成换热介质循环流量的波动(换热介质循环流量会暂时减小)，故通过增大冷源的流量，以抵消在切换过程中因换热介质流量减小造成的冷量不足，进而确保bog的供给温度波动满足燃料设备的要求。

28、进一步地，船舶燃料供给系统具有燃料泵供给模式、压缩机供给模式、燃料泵和压缩机共同供给模式。所述bog压缩机的数量为两个，两个所述bog压缩机并联设置；所述平衡控制模块还用于控制所述船舶燃料供给系统执行以下动作：

29、动作十：当所述船舶燃料供给系统由燃料泵供给模式切换至燃料泵和压缩机共同供给模式时，所述平衡控制模块优先控制运行时间更少的bog压缩机开启，且所述bog压缩机优先对压力更大的燃料舱内的燃料蒸发气进行处理；

30、当所述船舶燃料供给系统由压缩机供给模式切换至燃料泵和压缩机共同供给模式时，所述平衡控制模块优先控制液位更高的燃料舱内运行时间更少的低压燃料泵开启；

31、当所述船舶燃料供给系统由燃料泵和压缩机共同供给模式切换至燃料泵供给模式时，所述平衡控制模块控制低压燃料泵的频率初始值为所处工况数据库中的预设频率参数。

32、进一步地，所述船舶燃料供给系统还包括回流管路，所述回流管路的一端与所述bog压缩机的出口管路相连，所述回流管路的另一端与所述bog压缩机的入口管路相连，所述回流管路用于将所述bog压缩机处理后的燃料蒸发气进行部分回流，以调节燃料蒸发气的供给量；所述回流管路上设有回流调节阀，所述平衡控制模块与所述回流调节阀电信号连接；所述平衡控制模块还用于控制所述船舶燃料供给系统执行以下动作：

33、动作十一：当所述船舶燃料供给系统由燃料泵和压缩机共同供给模式切换至压缩机供给模式时，所述平衡控制模块控制所述回流管路上的回流调节阀关闭，以缓解切换过程对供给压力的影响；随后平衡控制模块再对回流调节阀的开度进行调节，以确保供给压力满足要求。

34、进一步地，两个燃料舱上均设有压力传感器和液位传感器，压力传感器用于监测燃料舱的压力，液位传感器用于监测燃料舱的液位。压力传感器和液位传感器均与平衡控制模块电信号连接，从而使得平衡控制模块能够根据测得的压力值和液位值进行判断并做出相应的控制动作。

35、进一步地，bog压缩机的出口管路上、低压燃料泵的出口管路上、高压燃料泵的出口管路上、第一循环泵的出口管路上、第二循环泵的出口管路上等还设有压力变送器(图未示)，各压力变送器均与平衡控制模块电信号连接。当设备出口处的压力变送器高高或低低报警并持续一段时间后，即认为动设备失效。

36、进一步地，各管路上还设有控制阀门，控制阀门与平衡控制模块电信号连接。

37、本发明提供的船舶燃料供给系统，通过设置平衡控制模块，平衡控制模块能够对低压燃料泵、bog压缩机、液相加注阀门和回气阀门进行自动调控，从而自动调控两个燃料舱在燃料加注、燃料供给时的液位差和压力差保持稳定，减少或避免原有的人为操作调控，减轻船员负担，并提高系统应对突发状况的能力；同时能够尽可能地减少在调控动设备时对系统供给压力、供给温度的影响，提高系统的稳定性。