船舶压缩空气系统及船舶的制作方法

本发明涉及船舶，尤其涉及一种船舶压缩空气系统及船舶。

背景技术：

1、压缩空气系统是船舶必不可少的核心辅助动力系统，为柴油机启动、设备启停、气动阀门驱动、艉轴密封、汽笛等关键设备提供气源，其运行稳定性直接关系船舶航行、操纵及营运安全。船舶海上工况复杂，风浪侵蚀、零部件损耗、舱室灾害等因素均易引发设备失效，若压缩空气系统因单点故障整体瘫痪，会造成柴油机无法启动、船舶操纵失灵等重大安全风险。为此现有技术普遍采用双冗余压缩空气系统架构，设置两套相互独立的气源发生、空气处理及控制单元，两套单元互为备用，以此规避单设备突发失效导致的系统性故障，满足船舶常规航行、普通水域操纵及日常营运的基础安全需求，被广泛应用于各类民用及商用船舶。

2、随着高端船舶对运行可靠性、故障容错能力的要求不断提升，需要应对设备突发损坏、检修维护、舱室火灾进水等多种复杂工况，传统双冗余压缩空气系统，一方面，仅支持整套单元级别的互为备用，当任意一套单元内部单台设备需停机维保或发生局部损坏时，全船供气负荷将全部由另一套单元单独承担，船舶完全失去冗余储备，存在二次故障即丧失供气能力的安全风险，且系统不支持单部件级接替供气，单台关键设备故障便需整体切换备用单元，备用单元瞬时承接全部负荷易出现供气压力跌落、设备过载等问题，难以保障柴油机可靠启动与精密操纵用气。另一方面，两套供气单元集中布置在机舱区域，一旦发生机舱进水、火灾等灾害事故，两套单元极易同时受到灾害波及、同步失效，容错防护能力不足，无法满足客滚船安全返港的高阶安全容错要求。

3、因此，亟需一种船舶压缩空气系统及船舶来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种船舶压缩空气系统及船舶，可实现部件级冗余替补、规避多设备故障维保导致的供气失效问题，抗灾害容错能力强，供气稳定可靠，有效规避压力跌落、设备过载问题，大幅提升船舶复杂工况下的航行安全性与适航可靠性。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、一方面，提供了一种船舶压缩空气系统，所述船舶压缩空气系统包括：

4、两组主压缩空气单元，两组所述主压缩空气单元分别设于相互独立的前机舱和后机舱内，每个所述主压缩空气单元均包括主启动空压机、动力装置、主控制空压机及主空气干燥器，所述主控制空压机的出气端与所述主空气干燥器的进气端连通，所述主空气干燥器的出气端与所述动力装置的控制气口连通，所述主启动空压机的出气端与所述动力装置的启动气口连通；

5、后备压缩空气单元，所述后备压缩空气单元设于独立于所述前机舱和所述后机舱之外的辅助机舱，并包括后备启动空压机、后备控制空压机、后备空气干燥器、两个后备启动管路和两个后备控制管路，两个所述后备启动管路并联接入所述后备启动空压机的出气端，其中一个所述后备启动管路接入所述前机舱内的所述主启动空压机的出气端与所述动力装置的启动气口之间，另一个所述后备启动管路接入所述后机舱内的所述主启动空压机的出气端与所述动力装置的启动气口之间，所述后备控制空压机的出气端与所述后备空气干燥器的进气端相连，两个所述后备控制管路并联接入所述后备空气干燥器的出气端，其中一个所述后备控制管路接入所述前机舱内的所述主空气干燥器的出气端与所述动力装置的控制气口之间，另一个所述后备控制管路接入所述后机舱内的所述主空气干燥器的出气端与所述动力装置的控制气口之间。

6、可选地，每组所述主压缩空气单元还包括启动储气罐和主控制储气罐，所述启动储气罐的进气端与所述主启动空压机的出气端连接，用以存储所述主启动空压机输出的启动空气，所述启动储气罐上设有启动出气端，所述启动出气端与所述动力装置的启动气口连通，所述主控制储气罐的进气端与所述主控制空压机的出气端连接，用以存储所述主控制空压机输出的控制空气，所述主控制储气罐的出气端与所述主空气干燥器的进气端连通，所述后备压缩空气单元还包括后备控制储气罐，所述后备控制储气罐连接于所述后备控制空压机的出气端和所述后备空气干燥器的进气端之间。

7、可选地，所述船舶压缩空气系统还包括互通管路和控制阀，所述控制阀设置于所述互通管路上，所述互通管路的一端连接于所述前机舱内所述启动储气罐的出气端与所述动力装置的启动气口之间，所述互通管路的另一端连接于所述后机舱内所述启动储气罐的出气端与所述动力装置的启动气口之间，以使所述控制阀开启时，所述前机舱的启动空气输出至所述后机舱内的所述动力装置或所述后机舱的启动空气输出至所述前机舱内的所述动力装置。

8、可选地，所述启动储气罐还包括控制出气端，所述主压缩空气单元还包括补气管路和减压阀组，所述补气管路的一端与所述控制出气端连接，所述补气管路的另一端连接于所述主控制储气罐的出气端和所述主空气干燥器的进气端之间，所述减压阀组包括减压阀体，所述减压阀体连接于所述补气管路上，用以降低由所述启动储气罐流向所述主空气干燥器的启动空气压力。

9、可选地，所述减压阀组还包括首端截止阀、尾端截止阀、空气过滤器、安全阀和压力表，所述首端截止阀和所述尾端截止阀间隔设置在所述补气管路上，所述首端截止阀与所述启动储气罐连接，所述尾端截止阀与所述主空气干燥器连接，所述空气过滤器和所述减压阀体沿启动空气流动的方向依次设置在所述首端截止阀和所述尾端截止阀之间，所述压力表设置在所述尾端截止阀与所述主空气干燥器之间，所述安全阀设于所述压力表与所述尾端截止阀之间。

10、可选地，所述减压阀组还包括减压止回阀，所述减压止回阀的进口与所述主控制储气罐的出气端连接，所述减压止回阀的出口与所述主空气干燥器的进气端连通，所述补气管路的另一端连接于所述减压止回阀的出口与所述主空气干燥器的进气端之间。

11、可选地，每组所述主压缩空气单元内均设有两个并联在所述主启动空压机和所述动力装置之间的所述启动储气罐。

12、可选地，每组所述主压缩空气单元内均设有两个所述动力装置，两个所述动力装置并联在所述启动储气罐的启动出气端。

13、可选地，每组所述主压缩空气单元还包括第一压力变送器，所述第一压力变送器连接于所述主启动空压机的出气端，用以检测所述主启动空压机输出启动空气的压力，所述后备压缩空气单元还包括第二压力变送器，所述第二压力变送器连接于所述后备启动空压机的出气端，用以检测所述后备启动空压机输出启动空气的压力。

14、另一方面，提供了一种船舶，所述船舶包括如上任一项所述的船舶压缩空气系统。

15、本发明的有益效果：

16、本发明提供了一种船舶压缩空气系统，该船舶压缩空气系统通过将两组主压缩空气单元分别布置于相互独立的前机舱与后机舱，同时在独立于前机舱和后机舱的辅助机舱设置后备压缩空气单元，并通过并联式后备启动管路、后备控制管路分别对接位于前机舱和后机舱的两组主压缩空气单元的启动气路与控制气路，一方面，通过前机舱和后机舱相互独立的布置方式能够有效规避单一机舱火灾、进水灾害同时波及两组主压缩空气单元的问题，避免两组主压缩空气单元同步失效，大幅提升系统抗灾害能力，满足船舶安全返港的高阶容错需求；另一方面，独立设置的后备压缩空气单元可实现部件级冗余替补保障，当任意一组主压缩空气单元内部的主启动空压机、主控制空压机、主空气干燥器中任意一台设备出现故障或停机维保工况时，无需关停故障设备所属的整套主压缩空气单元，也无需对整套主压缩空气单元进行整体切换，后备压缩空气单元可通过对应的并联管路精准、独立地接替对应故障设备的供气功能，仅针对故障点位进行局部供气补偿，彻底解决了传统系统单部件异常即需整套切换、丧失冗余储备的弊端，有效避免了在其中一个主压缩空气单元发生故障后，另一个主压缩空气单元因二次故障引发供气中断的风险；同时，利用后备压缩空气单元有效避免单一主压缩空气单元瞬时承接全船供气负荷，规避供气压力跌落、设备过载等不良工况，持续稳定保障启动供气与控制供气的稳定性与可靠性，提升船舶压缩空气系统在设备维保、局部故障、舱室灾害等复杂工况下的运行安全性与故障容错能力。

17、本发明还提供了一种船舶，该船舶通过应用上述船舶压缩空气系统，依托系统多舱独立布置与部件级冗余替补的核心优势，有效提升船舶整体航行作业的稳定性与应急容错能力，可在设备维保、局部故障、机舱灾害等各类复杂海上工况下持续保障柴油机可靠启动与船舶精密操纵，杜绝供气失效引发的船舶动力失控、操纵失灵等安全隐患，精准匹配客滚船高阶安全返港设计要求，显著提升船舶航行安全性与适航可靠性。