多用途重吊船机舱通风系统设计

ＮＡＭ　ＡＲＣⅢＴＥＣＴＵＲＥＡＮＤ　ＯＣＥＡＮ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ船舶与海洋工程２０１３年第４期（总第９６期）　多用途重吊船机舱通风系统设计　李爱华，施晓波，黄影　（沪东中华造船（集团）有限公司，上海２００１２９）　摘要：通过应用实例介绍了机舱通风系统的设计过程，包括机舱通风量计算、管路布置、风口等附件以及百叶窗　控制系统等设计方法。　关键词：机舱通风设计；风量；风管；百叶窗　中图分类号：Ｕ６６３．８２　文献标识码：Ｂ　文章编号：２０９５．４０６９　ｆ２０１３）０４．００４０．０５　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ　ｏｆ　ｅｎｇｉｎｅ　ｒｏｏｍ　ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｅｘａｍｐｌｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｅｎｇｉｎｅ．ｒｏｏｍ　ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ，ａｉｒ　ｄｕｃｔ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ａｃｃｅｓｓｏｒｉｅｓ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｆｌａｐ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｎｇｉｎｅ　ｒｏｏｍ　ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ；ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｑｕａｎｔｉｙ；ａｉｔｒ　ｄｕｃｔ；ｆｌａｐ　０　引言　沪东中华造船（集团）公司为德国贝鲁加航运公司建造的多用途重吊船，总长１６８．６８ｍ，两柱间长　１５５．７９ｍ，机舱长度２０．３ｍ。该船入级德国ＧＬ船级社，挂德国旗（船旗国的相应规范为ＳＢＧ）。机舱主要　设备技术参数：主机１台／船，功率９８００ｋＷ，４冲程；发电机３台／船，柴油机功率９９４ｋＷ，发电机功率　８５０ｋＷ，４冲程，航行状态时同时运行２台；燃油锅炉１台，功率～１２５０ｋＷ；废气锅炉１台，功率～１　０００ｋＷ。　１机舱通风量计算　机舱通风计算依据ＩＳＯ８８６１—１９９８国际标准。　１．１主机舱通风量　１．１．１　设计工况　外界环境温度：＋３５℃，气压：１０１　ｋＰａ，温升△　：最大ｌ２．５Ｋ　空气密度Ｐ：１．１３ｋｇ／ｍ　，空气质量热容Ｃ：１．０１　ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ１　１．１．２燃烧所需空气量　】　主机燃烧所需空气量ｑ出＝％　／Ｐ＝１７．３４５ｍ　／ｓ　／　＝３．７１７ｍ　／ｓ　发电机燃烧所需空气量‰＝２ｘＰｄｇ×　锅炉燃烧所需空气量ｑｂ＝Ｐ　×ｍ　×ｍ　／Ｐ＝０．５３１ｍ。／ｓ　燃烧所需空气总量ｑｃ＝ｑ　＋ｇ幽＋ｑｂ＝２１．５９３ｍ。／ｓ　式中：　——主机最大连续输出功率，ｋＷ；　。　——柴油机耗氧系数，０．００２ｋｇ／（ｋＷ・Ｓ）（４缸）；　Ｐａｌ，，——发电机最大连续输出功率，ｋＷ；　ｄｂ——燃油锅炉功率，１　２５０ｋＷ；　燃油消耗量，Ｏ．１１ｋｇ／（ｋＷ。ｈ）；　托——ｍ口，——每消耗１　ｋｇ燃油所需的空气量，１５．７ｋｇ／ｋｇ。　第一作者简介：李爱华，女，高级工程师，１９７６年生。１９９８年毕业于上海水产大学制冷与空调专业，现从事船舶空调冷藏　通风系统的施工深化设计。　收稿日期：２０１３—０１－１４　李爱华，等：多用途重吊船机舱通风系统设计　４ｌ　１．１．３设备散热所需空气量Ｌ１　Ｊ　主机散热量　＝０．３９６×ｐ　＝２４６．３５０ｋＷ　锅炉散热量　＝Ｐｄｂ×Ｂ１×△　／１００＝１１３．８ｌ【Ｗ　＝１０２ｋＷ　风冷发电机散热量　排气管散热量　发电机散热量　＝２ｘ０．３９６ｘｐＯ；＝８３．８０１ｋＷ　蒸汽管及凝水管散热量　＝１０ｋＷ　电气设备散热量Ｏｅ１＝９０．３８ｋＷ　加热箱柜散热量　＝７ｋＷ　＝２７．２２５ｋＷ　其他设备散热量０ｏ＝５０ｋＷ　设备散热所需空气量４２．３３６　ｍ３／ｓ　ｑｈ＝（　＋　＋　＋　＋　＋　１＋　＋　＋　）／ｐｃＡＴ一０．４（ｑａｐ＋ｑａｇ）一ｑｂ　式中：　一一锅炉位置系数，Ｂ１＝０．１；　△　一一锅炉最大连续输出时热损失百分比，％。　１．１．４机舱所需总风量　Ａ方式ＱＡ＝ｑ。＋ｑ　＝２１．５９３＋４２．３３６＝６３．９２９ｍ　／ｓ＝２３０１４４．４ｍ　／ｈ　Ｂ方式０８＝１．５　＝１．５×２１．５９３＝３２．３８９　５ｍ　／ｓ＜Ａ方式　因此该船机舱所需总风量约为２３０２００ｍ　／ｈ。选用两个送风机用于机舱通风（每台风机的风量　１１６０００ｍ　／ｈ），为满足不同工况需求，采用双速风机，考虑到机舱释放ＣＯ２后的排风需求，其中一台风机　采用可逆型式。　１．２机舱内其他工作舱室通风量计算　除主机舱外，该船机舱还包括了一些其他的重要工作舱室，如：机修间、分油机室、电气储藏室等。　机修间内因布置有焊接区域，因此该室通风需要独立于机舱通风，采用的是机械抽风、机械送风的方式；　其他舱室如分油机室采用的是机舱供风、机械排风的方式；而电气储藏室因布置有配电板，因此采用的是　机械送风、自然排风的方式。　这些舱室的通风量计算见表１。　表１工作舱室通风量计算　２机舱通风系统设计　该机舱通风系统设计依据：ＧＬ（德国船级社）规范、ＳＢＧ（德国当局规范）、ＬＬＣ《国际载重线公约》　以及ＳＯＬＡＳ《国际海上人命安全公约》等。　２．１通风方式的选择　舱室的通风有以下几种方式：机械送风机械排风方式、机械送风自然回风方式、自然送风机械排风方　式、自然通风方式。根据ＩＳＯ８８６１．１９９８国际标准要求，机舱通风在设计时需维持机舱稍微有正压，通常　正压不超过５０Ｐａ，因此该船设计采用机械送风自然回风方式，以利于机舱正压的建立。具体来说就是采用　机舱首部机械送风、机舱尾部（烟囱棚）自然回风方式。　２．２机舱主通风管路设计　考虑到机舱属机械处所，其通风道在经过其他舱室时需考虑防火问题。另外，考虑到机舱内电缆、水　管油管等管线众多，因此该船的机舱通风道主要采用的是结构风管型式，以满足布置及防火需求，结构风　４２　船舶与海洋工程２０１３年第４期　管大小设计按风管内风速不超过１２ｍ／ｓ设计。　该船机舱结构风管分风机室上部及风机室下部两部分。因上部结构风管的布置位置在上层建筑的两　侧，因此该风道截面的设计是将风速控制在８ｍ／ｓ左右，以降低风道内噪音对上层建筑的影响，该部分风　道的高度设计将在风口设计中谈到，这里不再赘述。　在结构风道中，由于船体加强需要，风道内的甲板或舱壁上往往会有强结构，造成局部通风面积不　够，产生局部喉咙口困局。如该船风机室的顶甲板上就有横梁，为避开该横梁，甲板结构开孔偏小，局　部风速达２０ｍ／ｓ，为解决这一问题，经与船体专业协商，在满足强度要求及不改变其他专业布置的情况下，　将该结构风管根部（艉楼甲板上）舱壁由垂直改为倾斜，局部扩大面积，以降低风速使风道畅通，见１、２。　Ｉ　圈　＂【．－１｝　｝｝ｌ｝　ｆ｝ｌ｛ｆ　Ｉ　４　ｌ　．Ｉ－・　鼹　ｒ　Ｉ　ｆ　　ｉ『　｛』群　　一ｊ　］　ｌ　≯ｌｙｌ　凹　时＝　旁　～　图１机舱通风横剖面　图２机舱风机风闸布置安装图　风机室下部结构风道主要作用是将风送至机舱内各个场所。其目的如下【２】：提供主机、辅机和锅炉等　设备在运行时需要的燃烧用空气；带走机舱设备运行时散发的大量热量；带走机械设备如分油机和电焊区　域散发的各种油气等危险气体及水蒸气；给工作人员提供呼吸用的必要的新鲜空气，为设备和工作人员提　供优良的工作环境。　因此需从总管上分出各支风管至上述位置，这些支风管大小须按风量风速设计，通过前面的风量计算，　各主要设备所需的风量分别是：主机约１００Ｏ００ｍ　／ｈ；发电机约５５０００ｍ３／ｈ；锅炉约２７０００ｍ０／ｈ；分油机室　约１５０００ｍ３／ｈ；轴发约１８０００ｍ　／ｈ；其他约１７０００ｍ　／ｈ。将各支风管内的风速控制在８ｍ／ｓ左右，由于风量　及计算出的风管尺寸较大，这些支风管均采用至少２ｒｎｌＴｌ的黑铁皮制作，以满足风管强度要求，避免风管　强度不够产生振动及噪声。　２．３送风管路上风口设计　该船送风口采用的是不可调节的线网式风栅形式，主要考虑到该型风栅有效通风面积大，若采用传统　的槽式结构通风栅，有效通风面积小，同样数量的风栅后者出风口风速较大，若为降低风速而增多风栅，　则又不经济。　因此，共用５９个通风栅，将机舱内的送风口风速控制在６ｍ／ｓ以下，达到了ＳＢＧ要求。　２．４发电机室通风系统设计　该船机舱布置较特殊：其发电机室采用独立舱室布置（虽在机舱区域内，却又独立于主机舱），该布　置系ＳＢＧ的特殊要求，主要考虑到机舱噪声问题。　虽是独立舱室，但因其仍在机舱内，因此其送风与主机舱通风作为整体一起考虑，采用在机舱主送风　李爱华，等：多用途重吊船机舱通风系统设计　４３　管路上开支管的形式，与其他船舶类同。　然而，该室的回风问题确需特别考虑。原来考虑的方案是将该室的回风直接排至大气，但因布置受限，　该回风通道只能是在主甲板上，回风百叶窗开孔下口距主甲板仅９００ｍｍ，根据ＬＬＣ规范要求，该种布置　方案中百叶窗采用可闭形式。但是该方案没有得到ＳＢＧ认可，因为根据ＳＢＧ规范，百叶窗只接受带盖形　式，不接受无盖但百叶可关闭形式。但船又无法将该回风百叶窗升至距主甲板４５００ｍｍ高度，因此最终该　室的回风只能回到主机舱内，由烟囱排至大气。为尽可能地降低主机舱内噪声，设计采用回风消音箱的形　式。该室通风量大，约需５５０００ｍ　／ｈ回风量，因此采用了３个回风消音箱，风口风速控制在４ｍ／ｓ左右，　得到了船东认可，满足各规范要求。　２．５分油机室通风系统设计　根据ＧＬ规范，该室的通风要求是防止该室内混合油气进入机舱。因此该舱室采用机械送风机械排　风方式，机械送风即从主机舱的风管上开支管，排风则采用单　独的机械排风方式，根据ＧＬ规范，该送风管上安装均有防火　风闸。　需要特别指出的是，ＳＢＧ对该室的通风气流组织有特殊的要　求：该室内的送／排风管需尽量错开布置，防止送回风口太靠近而　造成通风“短路”。因此，该室的排风管布置在靠船舯的主要发　热设备（主机燃油供油单元）的上方，而从主机舱通风管来的送　风管则布置在该室的舷侧方向（见图３）。　２．６机舱进／出风口　机舱风机室上部结构风管主要用于安装送风百叶窗，其高度　图３分油机室管路布置　设计需满足ＬＬＣ规范【３】：位置１，要求百叶窗开孔下口距主甲板　４５００ｍｍ以上；位置２，要求百叶窗开孔下口距主甲板２３００ｍｍ以上。　根据ＬＬＣ规范，上述范围内的百叶窗可采用无门固定百叶形式，该船设计共用６个无门固定百叶窗分　别向两个风机供风。　根据风油遥切的需要，烟囱百叶窗要求可闭。因此烟囱上的回风百叶窗采用无门但百叶可关闭的形式，　综合风速、ＳＢＧ对于百叶窗（风闸）叶片数量等考虑，设计采用４个大小为１　９５０ｍｒｎｘｌ　３５０ｍｍ的气动百　叶窗，并在驾驶室能控制其开闭，控制原理见图４。　２．７机舱风机可闭风闸　该船的机舱风机室空间非常有限，截面尺寸为２　１００ｍｍｘ２　１００ｍｍ，甚至采用了开人孔方式解决风机　吊入后螺栓连接问题。高度方向也非常有限，除去风道、风机、风机基座高度以及合拢管高度后，供可闭　风闸的安装高度仅４００ｍｍ（见图２），因此只能采用多叶片、气动控制形式（控制原理见图４）。　２．８机舱风机风闸及烟囱百叶窗　根据ＧＬ要求，机舱通风用的可闭百叶窗及风闸须有两种控制方式：手动操作及从驾驶室或防火控制　站遥控。因此本通风系统上的烟囱百叶窗、机舱风机上的风闸及分油机室风管上的防火风闸等均设计成气　动形式，气源为压缩空气，来自“应急速关阀空气系统”，工作压力为０．５～０．７ＭＰａ，供气时保持开启状态，　断气时关闭。驾驶台可显示开关状态并能遥控启／闭。在机舱释放ＣＯ２的情况下能在驾驶室迅速切断机舱　内的通风系统。控制原理见图４。　船舶与海洋工程２０１３年第４期　图４气动风闸和百叶窗气动控制原理　３结语　该系统最终通过了系泊试验，并在航行实验阶段运行良好。但是，由于受空间限制，该船机舱风机的　布置围井偏小，如布置位置允许，应该给风机尽可能大的空间，以利于改善通风效果。　【参［１］ＩＳＯ　８８６１０１９９８．机舱通风要求及计算［ｓ］．　［２］船舶设计实用手册（轮机分册）［Ｍ］．１９９９　［３］ＬＬＣ，国际载重线公约［Ｓ］．　考文献】