多用途重吊船機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

李愛華，施曉波，黃 影

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

0 引 言

滬東中華造船（集團(tuán)）公司為德國貝魯加航運公司建造的多用途重吊船，總長 168.68m，兩柱間長155.79m，機(jī)艙長度20.3m。該船入級德國GL船級社，掛德國旗（船旗國的相應(yīng)規(guī)范為SBG）。機(jī)艙主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)：主機(jī)1臺/船，功率9800kW，4沖程；發(fā)電機(jī)3臺/船，柴油機(jī)功率994kW，發(fā)電機(jī)功率850kW，4沖程，航行狀態(tài)時同時運行2臺；燃油鍋爐1臺，功率~1250kW；廢氣鍋爐1臺，功率~1000kW。

1 機(jī)艙通風(fēng)量計算

機(jī)艙通風(fēng)計算依據(jù)ISO8861-1998國際標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 主機(jī)艙通風(fēng)量

1.1.1 設(shè)計工況

外界環(huán)境溫度：+35℃，氣壓：101kPa，溫升TΔ：最大12.5K

空氣密度ρ：1.13kg/m3，空氣質(zhì)量熱容C：1.01kJ/(kg·K)

1.1.2 燃燒所需空氣量[1]

式中：dpp ——主機(jī)最大連續(xù)輸出功率，kW；

1.1.3 設(shè)備散熱所需空氣量[1]

1.1.4 機(jī)艙所需總風(fēng)量

因此該船機(jī)艙所需總風(fēng)量約為 230200m3/h。選用兩個送風(fēng)機(jī)用于機(jī)艙通風(fēng)（每臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)量116000m3/h），為滿足不同工況需求，采用雙速風(fēng)機(jī)，考慮到機(jī)艙釋放 CO2后的排風(fēng)需求，其中一臺風(fēng)機(jī)采用可逆型式。

1.2 機(jī)艙內(nèi)其他工作艙室通風(fēng)量計算

除主機(jī)艙外，該船機(jī)艙還包括了一些其他的重要工作艙室，如：機(jī)修間、分油機(jī)室、電氣儲藏室等。機(jī)修間內(nèi)因布置有焊接區(qū)域，因此該室通風(fēng)需要獨立于機(jī)艙通風(fēng)，采用的是機(jī)械抽風(fēng)、機(jī)械送風(fēng)的方式；其他艙室如分油機(jī)室采用的是機(jī)艙供風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)的方式；而電氣儲藏室因布置有配電板，因此采用的是機(jī)械送風(fēng)、自然排風(fēng)的方式。

這些艙室的通風(fēng)量計算見表1。

表1 工作艙室通風(fēng)量計算

2 機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

該機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)：GL（德國船級社）規(guī)范、SBG（德國當(dāng)局規(guī)范）、LLC《國際載重線公約》以及SOLAS《國際海上人命安全公約》等。

2.1 通風(fēng)方式的選擇

艙室的通風(fēng)有以下幾種方式：機(jī)械送風(fēng)機(jī)械排風(fēng)方式、機(jī)械送風(fēng)自然回風(fēng)方式、自然送風(fēng)機(jī)械排風(fēng)方式、自然通風(fēng)方式。根據(jù) ISO8861-1998國際標(biāo)準(zhǔn)要求，機(jī)艙通風(fēng)在設(shè)計時需維持機(jī)艙稍微有正壓，通常正壓不超過50Pa，因此該船設(shè)計采用機(jī)械送風(fēng)自然回風(fēng)方式，以利于機(jī)艙正壓的建立。具體來說就是采用機(jī)艙首部機(jī)械送風(fēng)、機(jī)艙尾部（煙囪棚）自然回風(fēng)方式。

2.2 機(jī)艙主通風(fēng)管路設(shè)計

考慮到機(jī)艙屬機(jī)械處所，其通風(fēng)道在經(jīng)過其他艙室時需考慮防火問題。另外，考慮到機(jī)艙內(nèi)電纜、水管油管等管線眾多，因此該船的機(jī)艙通風(fēng)道主要采用的是結(jié)構(gòu)風(fēng)管型式，以滿足布置及防火需求，結(jié)構(gòu)風(fēng)管大小設(shè)計按風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速不超過12m/s設(shè)計。

該船機(jī)艙結(jié)構(gòu)風(fēng)管分風(fēng)機(jī)室上部及風(fēng)機(jī)室下部兩部分。因上部結(jié)構(gòu)風(fēng)管的布置位置在上層建筑的兩側(cè)，因此該風(fēng)道截面的設(shè)計是將風(fēng)速控制在 8m/s左右，以降低風(fēng)道內(nèi)噪音對上層建筑的影響，該部分風(fēng)道的高度設(shè)計將在風(fēng)口設(shè)計中談到，這里不再贅述。

在結(jié)構(gòu)風(fēng)道中，由于船體加強(qiáng)需要，風(fēng)道內(nèi)的甲板或艙壁上往往會有強(qiáng)結(jié)構(gòu)，造成局部通風(fēng)面積不夠，產(chǎn)生局部喉嚨口困局。如該船風(fēng)機(jī)室的頂甲板上就有橫梁，為避開該橫梁，甲板結(jié)構(gòu)開孔偏小，局部風(fēng)速達(dá)20m/s，為解決這一問題，經(jīng)與船體專業(yè)協(xié)商，在滿足強(qiáng)度要求及不改變其他專業(yè)布置的情況下，將該結(jié)構(gòu)風(fēng)管根部（艉樓甲板上）艙壁由垂直改為傾斜，局部擴(kuò)大面積，以降低風(fēng)速使風(fēng)道暢通，見1、2。

圖1 機(jī)艙通風(fēng)橫剖面

圖2 機(jī)艙風(fēng)機(jī)風(fēng)閘布置安裝圖

風(fēng)機(jī)室下部結(jié)構(gòu)風(fēng)道主要作用是將風(fēng)送至機(jī)艙內(nèi)各個場所。其目的如下[2]：提供主機(jī)、輔機(jī)和鍋爐等設(shè)備在運行時需要的燃燒用空氣；帶走機(jī)艙設(shè)備運行時散發(fā)的大量熱量；帶走機(jī)械設(shè)備如分油機(jī)和電焊區(qū)域散發(fā)的各種油氣等危險氣體及水蒸氣；給工作人員提供呼吸用的必要的新鮮空氣，為設(shè)備和工作人員提供優(yōu)良的工作環(huán)境。

因此需從總管上分出各支風(fēng)管至上述位置，這些支風(fēng)管大小須按風(fēng)量風(fēng)速設(shè)計，通過前面的風(fēng)量計算，各主要設(shè)備所需的風(fēng)量分別是：主機(jī)約100000m3/h；發(fā)電機(jī)約55000m3/h；鍋爐約27000m3/h；分油機(jī)室約15000m3/h；軸發(fā)約18000m3/h；其他約17000m3/h。將各支風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速控制在8m/s左右，由于風(fēng)量及計算出的風(fēng)管尺寸較大，這些支風(fēng)管均采用至少2mm的黑鐵皮制作，以滿足風(fēng)管強(qiáng)度要求，避免風(fēng)管強(qiáng)度不夠產(chǎn)生振動及噪聲。

2.3 送風(fēng)管路上風(fēng)口設(shè)計

該船送風(fēng)口采用的是不可調(diào)節(jié)的線網(wǎng)式風(fēng)柵形式，主要考慮到該型風(fēng)柵有效通風(fēng)面積大，若采用傳統(tǒng)的槽式結(jié)構(gòu)通風(fēng)柵，有效通風(fēng)面積小，同樣數(shù)量的風(fēng)柵后者出風(fēng)口風(fēng)速較大，若為降低風(fēng)速而增多風(fēng)柵，則又不經(jīng)濟(jì)。

因此，共用59個通風(fēng)柵，將機(jī)艙內(nèi)的送風(fēng)口風(fēng)速控制在6m/s以下，達(dá)到了SBG要求。

2.4 發(fā)電機(jī)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

該船機(jī)艙布置較特殊：其發(fā)電機(jī)室采用獨立艙室布置（雖在機(jī)艙區(qū)域內(nèi)，卻又獨立于主機(jī)艙），該布置系SBG的特殊要求，主要考慮到機(jī)艙噪聲問題。

雖是獨立艙室，但因其仍在機(jī)艙內(nèi)，因此其送風(fēng)與主機(jī)艙通風(fēng)作為整體一起考慮，采用在機(jī)艙主送風(fēng)管路上開支管的形式，與其他船舶類同。

然而，該室的回風(fēng)問題確需特別考慮。原來考慮的方案是將該室的回風(fēng)直接排至大氣，但因布置受限，該回風(fēng)通道只能是在主甲板上，回風(fēng)百葉窗開孔下口距主甲板僅900mm，根據(jù)LLC規(guī)范要求，該種布置方案中百葉窗采用可閉形式。但是該方案沒有得到SBG認(rèn)可，因為根據(jù)SBG規(guī)范，百葉窗只接受帶蓋形式，不接受無蓋但百葉可關(guān)閉形式。但船又無法將該回風(fēng)百葉窗升至距主甲板4500mm高度，因此最終該室的回風(fēng)只能回到主機(jī)艙內(nèi)，由煙囪排至大氣。為盡可能地降低主機(jī)艙內(nèi)噪聲，設(shè)計采用回風(fēng)消音箱的形式。該室通風(fēng)量大，約需55000m3/h回風(fēng)量，因此采用了3個回風(fēng)消音箱，風(fēng)口風(fēng)速控制在4m/s左右，得到了船東認(rèn)可，滿足各規(guī)范要求。

2.5 分油機(jī)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù) GL規(guī)范，該室的通風(fēng)要求是防止該室內(nèi)混合油氣進(jìn)入機(jī)艙。因此該艙室采用機(jī)械送風(fēng)機(jī)械排風(fēng)方式，機(jī)械送風(fēng)即從主機(jī)艙的風(fēng)管上開支管，排風(fēng)則采用單獨的機(jī)械排風(fēng)方式，根據(jù) GL規(guī)范，該送風(fēng)管上安裝均有防火風(fēng)閘。

需要特別指出的是，SBG對該室的通風(fēng)氣流組織有特殊的要求：該室內(nèi)的送/排風(fēng)管需盡量錯開布置，防止送回風(fēng)口太靠近而造成通風(fēng)“短路”。因此，該室的排風(fēng)管布置在靠船舯的主要發(fā)熱設(shè)備（主機(jī)燃油供油單元）的上方，而從主機(jī)艙通風(fēng)管來的送風(fēng)管則布置在該室的舷側(cè)方向（見圖3）。

2.6 機(jī)艙進(jìn)/出風(fēng)口

機(jī)艙風(fēng)機(jī)室上部結(jié)構(gòu)風(fēng)管主要用于安裝送風(fēng)百葉窗，其高度設(shè)計需滿足LLC規(guī)范[3]：位置1，要求百葉窗開孔下口距主甲板4500mm以上；位置2，要求百葉窗開孔下口距主甲板2300mm以上。

根據(jù)LLC規(guī)范，上述范圍內(nèi)的百葉窗可采用無門固定百葉形式，該船設(shè)計共用6個無門固定百葉窗分別向兩個風(fēng)機(jī)供風(fēng)。

根據(jù)風(fēng)油遙切的需要，煙囪百葉窗要求可閉。因此煙囪上的回風(fēng)百葉窗采用無門但百葉可關(guān)閉的形式，綜合風(fēng)速、SBG對于百葉窗（風(fēng)閘）葉片數(shù)量等考慮，設(shè)計采用4個大小為1950mm×1350mm的氣動百葉窗，并在駕駛室能控制其開閉，控制原理見圖4。

2.7 機(jī)艙風(fēng)機(jī)可閉風(fēng)閘

該船的機(jī)艙風(fēng)機(jī)室空間非常有限，截面尺寸為 2100mm×2100mm，甚至采用了開人孔方式解決風(fēng)機(jī)吊入后螺栓連接問題。高度方向也非常有限，除去風(fēng)道、風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)基座高度以及合攏管高度后，供可閉風(fēng)閘的安裝高度僅400mm（見圖2），因此只能采用多葉片、氣動控制形式（控制原理見圖4）。

2.8 機(jī)艙風(fēng)機(jī)風(fēng)閘及煙囪百葉窗

根據(jù)GL要求，機(jī)艙通風(fēng)用的可閉百葉窗及風(fēng)閘須有兩種控制方式：手動操作及從駕駛室或防火控制站遙控。因此本通風(fēng)系統(tǒng)上的煙囪百葉窗、機(jī)艙風(fēng)機(jī)上的風(fēng)閘及分油機(jī)室風(fēng)管上的防火風(fēng)閘等均設(shè)計成氣動形式，氣源為壓縮空氣，來自“應(yīng)急速關(guān)閥空氣系統(tǒng)”，工作壓力為0.5~0.7MPa，供氣時保持開啟狀態(tài)，斷氣時關(guān)閉。駕駛臺可顯示開關(guān)狀態(tài)并能遙控啟/閉。在機(jī)艙釋放 CO2的情況下能在駕駛室迅速切斷機(jī)艙內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)。控制原理見圖4。

圖3 分油機(jī)室管路布置

圖4 氣動風(fēng)閘和百葉窗氣動控制原理

3 結(jié) 語

該系統(tǒng)最終通過了系泊試驗，并在航行實驗階段運行良好。但是，由于受空間限制，該船機(jī)艙風(fēng)機(jī)的布置圍井偏小，如布置位置允許，應(yīng)該給風(fēng)機(jī)盡可能大的空間，以利于改善通風(fēng)效果。

[1] ISO 886101998. 機(jī)艙通風(fēng)要求及計算[S].

[2] 船舶設(shè)計實用手冊（輪機(jī)分冊）[M]. 1999.

[3] LLC，國際載重線公約[S].