某三用工作船海水冷卻系統(tǒng)管系原理設(shè)計

王友韶　曾宇東

摘 要：船舶海水冷卻水系統(tǒng)是船舶動力裝置的重要組成部分，它通過冷卻水的循環(huán)帶走了主機和輔機運轉(zhuǎn)過程中散發(fā)出來沒有轉(zhuǎn)化為機械能的熱量，從而避免了因大量熱量的積累而造成的金屬疲勞脆化和潤滑油的失效。

關(guān)鍵詞：動力裝置；冷卻水系統(tǒng)；熱量

中圖分類號：U664.814 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）27-0005-02

1 船舶海水冷卻系統(tǒng)的用途

船舶動力裝置工作時，有大量機械設(shè)備要散發(fā)出熱量，冷卻系統(tǒng)的功用就是對需要散熱的設(shè)備供以足夠的淡水、海水、江水或冷卻油，進行冷卻，以保證其在正常的溫度范圍內(nèi)工作。冷卻系統(tǒng)一般包括冷卻對象如主、輔機、其它被冷卻設(shè)備以及海水門、閥件、熱交換器、海水泵或淡水泵、膨脹水箱等設(shè)備。由此可知，冷卻管路或者其它管路的設(shè)計都不是孤立進行的，它既要考慮本系統(tǒng)內(nèi)部的聯(lián)系，又要考慮本系統(tǒng)跟其它系統(tǒng)的聯(lián)系，要選取合理的設(shè)計參數(shù)，使系統(tǒng)布置合理，系統(tǒng)工作效率最高，同時使整個動力裝置系統(tǒng)管路最短，材料最省，投資最小，這就對動力裝置的設(shè)計提出了很高的要求。

2 某三用工作船（以下簡稱“本船”）海水冷卻系統(tǒng)中需冷卻的設(shè)備船舶簡介

2.1 船 型

本船有一層甲板，雙層底和邊艙，甲板可承受5 t/m2的載荷。居住艙室的甲板室設(shè)于艏樓甲板，駕駛室設(shè)于艏樓頂層。機艙設(shè)于艉部，包括兩套獨立的推進裝置，每套裝置含有主機、調(diào)解離合器和全回轉(zhuǎn)可調(diào)槳。主要用于裝運泥漿、鹽漿、燃油等多種液貨和散裝貨物。

建造數(shù)量：2。

入級：LR（英國船級社）。

掛旗：巴拿馬（巴西）。

航速：在不使用軸帶發(fā)電機和吃水4 m以及蒲氏3級風速的情況下，航速不低于15節(jié)。

載重噸：本船在吃水6.45 m、海水比重1.025的情況下載重至少4 000 t。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)及數(shù)量

2.2.1 船型參數(shù)

總長：84.60 m；

型寬：16.60 m；

兩柱間長：74.20 m ；1ST甲板高：7.80 m；

肋距：0.60 m。

2.2.2 主要設(shè)備

主機（馬克）：2 550 kW×2臺；

全回轉(zhuǎn)軸槳×2臺。

主發(fā)電機：600 kW×2臺；

應(yīng)急發(fā)電機：100 kW×2臺；

水冷式軸發(fā)：1 400 kW×2臺；

側(cè)推器600 kW×2臺

鍋爐174 kW×1臺

電液式錨纜機2臺、絞纜機4臺。

克令吊5 t×1臺、1 t×1臺

DP自動定位系統(tǒng)、干貨、液貨系統(tǒng)等。

3 本船海水冷卻系統(tǒng)的熱平衡計算

3.1 冷卻系統(tǒng)的流程圖

①根據(jù)主機廠家資料上的推薦，主機采用閉式循環(huán)冷卻，即海水冷卻淡水。主機海水泵從海水總管吸入海水，分兩路，一路進主機然后先后冷卻滑油冷卻器、淡水冷卻器排出舷外，另一路冷卻齒輪箱滑油冷卻器后排出舷外。主機海水泵發(fā)生故障時，也可由總用消防泵應(yīng)急替代。

②根據(jù)主發(fā)電機廠家資料上的推薦，主發(fā)電機采用閉式循環(huán)冷卻，即海水冷卻淡水。主發(fā)電機海水泵從海水總管吸入海水，進主發(fā)電機直接冷卻，主發(fā)電機淡水冷卻器后排出舷外。

③主機淡水冷卻系統(tǒng)利用主機自帶的淡水冷卻泵打循環(huán)高溫淡水經(jīng)主機自帶的淡水冷卻器進行冷卻。

根據(jù)廠家資料繪制的冷卻流程圖，如圖1所示。

3.2 冷卻系統(tǒng)的熱平衡計算

經(jīng)查廠家資料，主機和主機滑油冷卻器及主機淡水冷卻器的熱交換冷卻水量均為40.5 m3/h，齒輪箱滑油冷卻器的熱交換冷卻水量為10.2 m3/h。發(fā)電機淡水冷卻器的熱交換水量為12.5 m3/h，發(fā)電機自帶的海水冷卻泵的參數(shù)為15 m3/h和0.3 m3/h。

4 本船海、淡水冷卻系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備及管路的參數(shù)和規(guī)格

4.1 海水冷卻泵

由熱平衡計算中可得出海水泵排量為：

Q1= Q2+ Q3=10.2+40.5=50.7 m3/h

其中，Q2=10.2 m3/h表示齒輪箱熱交換冷卻水量。 Q3=40.5 m3/h表示主機低溫水冷卻水量。

由于管路阻力比較復雜，要根據(jù)實際的管系放樣后才能算出。一般情況下，海水泵的揚程都是根據(jù)系統(tǒng)估一個經(jīng)驗值。本船根據(jù)設(shè)備的壓降差，揚程估為0.35 MPa。根據(jù)以上的計算結(jié)果，我們可以選定單臺海水泵的技術(shù)參數(shù)為55 m3/h、0.35 MPa。

4.2 冷卻系統(tǒng)管路的選材

4.2.1 此本船冷卻水系統(tǒng)中所用管系等級的選擇

按照管子的設(shè)計壓力和實際溫度，管子可分為3級，見表2。

表2 管子的設(shè)計壓力和實際溫度

注：

①當管系的設(shè)計壓力和設(shè)計溫度，其中一個參數(shù)達到表中Ⅰ級規(guī)定時，即定為Ⅰ級管系；當設(shè)計壓力和設(shè)計溫度2個參數(shù)均達到表中Ⅱ級或Ⅲ級規(guī)定時，即定位Ⅱ級管系或Ⅲ級管系；

②其他介質(zhì)是指空氣、水、滑油和液壓油；

③不受壓的開式管路，如泄放管、溢流管、透氣管和鍋爐放汽管路也為Ⅲ級管系。

根據(jù)規(guī)范，本船上冷卻水系統(tǒng)中的所有管子應(yīng)為Ⅲ級管系。

4.2.2 本船冷卻水系統(tǒng)中所用管系材料的選擇及處理

從原則上來講，各種管子所用管子材料的選擇應(yīng)根據(jù)管路的用途、介質(zhì)的種類和參數(shù)（壓力與溫度）而定。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)規(guī)范的要求，按造船規(guī)格書的規(guī)定，并以造船成本的核算等方面因素來選用。

各種管路一般均應(yīng)采用鋼質(zhì)管（無縫鋼管或焊接鋼管）。

儀表盤應(yīng)使用無縫銅管。

除鋼管外，如船東要求海水冷卻管改用鍍塑鋼管、銅—鎳管或鋁黃銅管，但應(yīng)在造船規(guī)格書中寫明并由經(jīng)濟管理部門核成本差價。

而管子的處理則分為鍍鋅、涂塑、磷化、涂覆焦油環(huán)氧。

因為本次設(shè)計沒有涉及到船東的特別要求，因此管子的選用只需滿足規(guī)范即可?？紤]到節(jié)約造船成本，因此本船的冷卻水管均采用鍍鋅無縫鋼管，壓力表等儀表盤的接管采用無縫銅管。

4.2.3 海水箱容量的計算

海水箱容量參照公式：每750 kw發(fā)動機功率配約1 m3的海水箱容量（此發(fā)動機功率為主機功率加上船舶營運所必須的輔發(fā)動機功率）

本船的海水箱容積：

V=（1 471×2+122×2）/750=4.248 m3

因此選定本船的海水箱容積為4.5 m3/個，共2個，分布在本船的左右舷。

4.2.4 淡水膨脹水箱

本船淡水膨脹水箱的容量參照主機廠家的推薦，設(shè)為0.9 m3，同時主機廠家資料上對于淡水膨脹水箱的高度也有安裝要求，要求淡水膨脹水箱的底部要高出主機汽缸蓋2～3 m。

同時參照主機廠家的資料，在淡水膨脹水箱的下端接一路通徑為25的補水管至主機高溫淡水冷卻系統(tǒng)上，用于補充主機高溫淡水冷卻系統(tǒng)中因蒸發(fā)而流失的水，補水管規(guī)格選用DN25鍍鋅無縫鋼管，尺寸為φ34×2.5 mm。

另外，參照主機廠家的資料，在主機高溫淡水冷卻系統(tǒng)管路的最高點設(shè)置一路透氣管接至淡水膨脹水箱，用于整個主機高溫淡水冷卻系統(tǒng)中的透氣，透氣管規(guī)格選用φ6×1 mm的鍍鋅無縫鋼管。

根據(jù)以上計算結(jié)果，結(jié)合規(guī)范和規(guī)格書要求用閥件以及一些管路附件將相關(guān)設(shè)備等完善到海、淡水冷卻系統(tǒng)的原理圖上，并附以相關(guān)技術(shù)說明。

5 結(jié) 語

由于在設(shè)計初期做了比較充分的研究，本船設(shè)計合理，分布緊湊，經(jīng)濟性好，贏得了船東很高的評價。

參考文獻：

[1] 中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計使用手冊輪機分冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，1999.

[2] 陳鐵銘.船舶管系[M].北京：人民交通出版社，2007.

[3] 中國標準化工業(yè)委員會.管系附件手冊[M].北京：交通科技出版社， 2014.