船用燃氣輪機箱裝體裝置性能測試項目及程序

鐘 毅，陳鵬宇

(海軍駐上海地區(qū)艦炮系統(tǒng)軍事代表室，上海 200135)

燃氣輪機箱裝體具有隔聲、隔熱、抗沖擊、氣密性好、安裝維修方便、適于快速換裝等顯著優(yōu)點。上世紀五十年代中期，國外就已經(jīng)開始了燃氣輪機箱裝體技術(shù)的研究。我國在這方面的研究起步比較晚，為縮短我國與歐美發(fā)達國家在此項技術(shù)上的差距，國內(nèi)很多學者對燃氣輪機箱裝體技術(shù)進行了研究。盛感瑜等[1]用有限元法對英國SM1A燃氣輪機箱裝體底架的剛度、固有頻率與振型、強迫振動位移響應以及底架工字型截面參數(shù)的優(yōu)化進行了計算分析，討論了多自由度系統(tǒng)振動的特點。王平團等[2]介紹了一種對船用燃氣輪機抗沖擊性的數(shù)字仿真技術(shù)評估方法，通過對在沖擊載荷下的船用燃氣輪機有限元模型進行仿真計算分析，得出燃氣輪機抗沖擊能力臨界線，對其沖擊安全性進行了評估。趙雄飛等[3]針對中小型燃氣輪機試驗臺主設備基架結(jié)構(gòu)設計可行性和螺栓連接結(jié)合面鋼化模型適用范圍等問題，對不帶箱裝體燃氣輪機機組、帶箱裝體燃氣輪機機組以及水力測功器機組載重狀態(tài)下基架結(jié)構(gòu)動力學特性等方面進行了有限元分析，對機組載重狀態(tài)以及螺栓連接結(jié)合面的處理方法進行了歸納，提出了將質(zhì)量單元法應用到機組載重狀態(tài)的模擬中以及將彈簧單元法和鋼化模型技術(shù)應用到螺栓連接結(jié)合面的模擬中的建議。

1 箱裝體的功用

箱裝體結(jié)構(gòu)的使用可以較大程度的提高船用燃氣輪機的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，其具體作用體現(xiàn)如下。

1)增強了機組可靠性。由于箱裝體是在工廠車間內(nèi)裝配，有較好的工作環(huán)境以避免灰塵和異物侵入，保證了其內(nèi)部的清潔，少數(shù)需與外界聯(lián)接的接頭也在工廠內(nèi)封好。

2)隔聲。通過在箱體上采取的隔聲、消聲措施來隔離和控制燃氣輪機工作時的噪聲，使箱裝體外的噪聲達到可以接受的水平。

3)隔熱。箱裝體采用的壁板結(jié)構(gòu)和通風系統(tǒng)保證了燃氣輪機的熱量盡可能少地輻射到機艙內(nèi)，保證機艙有較低的環(huán)境溫度。

4)氣密性。箱裝體具有良好的水密、氣密性和耐壓性，使燃氣輪機在機艙進水時仍能運行。在核戰(zhàn)爭、生物戰(zhàn)爭和化學戰(zhàn)爭中，能夠有效地防止“有害”空氣污染機艙。

5)抗沖擊。箱裝體是一個承力、減震、抗沖擊的綜合系統(tǒng)，能承受規(guī)定的沖擊載荷。

6)滅火。箱裝體內(nèi)設有滅火系統(tǒng)，能自動探測火情并報警，使滅火系統(tǒng)投入工作。

7)加溫。箱裝體內(nèi)有電加熱器，可防止箱裝體內(nèi)燃氣輪機相關(guān)部件結(jié)冰，并保證箱體內(nèi)溫度適于維護保養(yǎng)。

8)快速換裝、便于維護和保養(yǎng)。根據(jù)箱裝體的功用可知，在箱裝體裝置性能測試中，應進行冷卻空氣設施檢查、密性考核、減噪能力試驗、罩殼外表面溫度測量、滅火系統(tǒng)試驗等測試項目。

2 齊套性和密性檢查

燃氣輪機如帶有箱裝體，其上應設置與主機艙通風無關(guān)的、從露天引入冷卻空氣的設施；箱裝體應有足夠的氣密性，工作時箱裝體內(nèi)應有一定的真空度，具有“三防”密封作用。一般型號研制要求中規(guī)定，在機艙淹沒至燃氣輪機軸線最低點以上某一高度時，燃氣輪機箱裝體具有水密功能，箱裝體內(nèi)設備可以運行一段時間，由于箱裝體在出廠后已經(jīng)完成裝配，該項檢查在型號性能試驗階段進行是比較困難的，所以一般采用分析考核。

3 減噪能力試驗

艦船設備級別劃分為A、B、C、D、E、F級，是指分別安裝在艦船A、B、C、D、E、F類區(qū)域內(nèi)的設備。其中F類是指對語言清晰度沒有要求，但在不配聽力保護設施時，保證艦員聽力不被損傷的高噪聲艙室或處所，包括主、輔機艙，主鍋爐艙，火炮部位，液壓站。F級設備空氣噪聲限值應滿足表1的要求。

表1 F級設備空氣噪聲限值

設備空氣噪聲測量按GJB4058-2000《艦船設備噪聲、振動測量方法》進行。

3.1 測量條件

測量場所應盡量選擇除地面外無反射條件的場所。測點到設備的距離為1倍和2倍測量距離長度時，其A級設備噪聲值(A聲壓級)的差值應不小于5 dB；若不能滿足上述條件，應對測量結(jié)果進行環(huán)境修正。測量表面上各測點背景噪聲的A聲壓級平均值，應比設備或標準聲源工作時的平均值低4 dB以上。如果測倍頻帶聲壓級，則每倍頻帶聲壓級均應符合此要求。測量時，測點處空氣流速應低于5 m/s。當空氣流速大于1 m/s時，傳聲器上應加防風罩。

3.2 測量方法

設備噪聲測量方法包括聲壓法測定聲功率級、聲強法測定聲功率級和聲壓法測定聲壓級3種，本文僅介紹聲壓法測定聲功率級。

確定基準體尺寸時，可以不考慮對輻射噪聲影響不大的凸出部分。測量表面與基準體各對應面相平行，間距為d。測量距離一般取1 m。測點應均勻分布在測量表面上。根據(jù)基準體的大小和噪聲輻射的空間均勻性確定測點位置和數(shù)量。當設備噪聲輻射指向性較強，造成相鄰測點上聲壓級相差5 dB以上或因設備基準體尺寸較大使測量表面上測點間距超過2d時，則應增加測點數(shù)量。當設備噪聲輻射指向性較均勻時，只要通過初步測定說明減少聲功率級的影響不大于1 dB，則可適當減少測點數(shù)。所有增加測點和附加測點以及減少測點和代替測點等情況均應在試驗記錄中說明。增加或附加測點后若測點分布不均勻應按不相等面積計算方法求取測量表面平均聲壓級。

3.3 數(shù)據(jù)處理

(1)

(2)

式中:S為等效測量表面積，m2；Si為第i點所占有的測量表面積，m2。

2)聲功率級的計算。

聲功率級可按式(3)進行計算：

(3)

式中：Lw為聲功率級或頻帶聲功率級，dB(基準值為：1pW)；K2為環(huán)境修正系數(shù)；S0為面積基準值，S0=1 m2。

等效測量表面積按式(4)計算：

S=4(ab+bc+ca)，

(4)

式中：a為1/2的基準體長與測量距離之和，m；b為1/2的基準體寬與測量距離之和，m；c為基準體高與測量距離之和，m。

4 箱裝體滅火系統(tǒng)試驗

箱裝體滅火系統(tǒng)系泊試驗項目有暢通性檢查、溫度探測器功能試驗、火焰探測器功能試驗和監(jiān)控箱功能試驗。

4.1 暢通性檢查

試驗前用壓縮空氣對鹵代烷滅火系統(tǒng)管路和噴嘴進行暢通性試驗，空氣應均勻地從所有的噴嘴內(nèi)噴出。試驗前、后測量電氣設備的絕緣電阻。

4.2 溫度探測器功能試驗

1)火災報警試驗。加熱溫度探頭至規(guī)定值以上，監(jiān)控箱面板上指示“溫度探測器報警”,同時輸出“溫度探測器報警”觸點信號，監(jiān)控箱上的相應指示燈應亮，并在相關(guān)部位發(fā)出聲光報警。轉(zhuǎn)動鑰匙鍵至“復位”位置，上述信號均消失。

2)溫度探測器的斷路試驗。從溫度探測器接線端拆掉一根線，監(jiān)控箱面板上指示“溫度探測器故障”,同時輸出“集合故障報警”觸點信號，并在相關(guān)部位發(fā)出聲光報警。接通剛才的斷線，上述故障信號消失。

4.3 火焰探測器功能試驗

1)火災報警試驗。將模擬火源移至距火焰探測器規(guī)定范圍內(nèi)，并保持一定時間，監(jiān)控箱面板應指示“火焰探測器報警”，監(jiān)控箱輸出“火焰探測器報警”觸點信號，并在相關(guān)部位發(fā)出聲光報警。監(jiān)控箱“復位”后，上述故障信號應消失。

2)火焰探測器的斷路試驗。將火焰探測器電纜接頭斷開模擬斷路，監(jiān)控箱面板應指示“火焰探測器故障”，監(jiān)控箱輸出“集合故障報警”觸點信號，并在相關(guān)部位發(fā)出聲光報警。重新連接電纜接頭，上述故障信號應消失。

4.4 監(jiān)控箱功能試驗

1)監(jiān)控箱鑰匙鍵在“運行”位置的試驗。監(jiān)控箱鑰匙鍵在“運行”位置的試驗包括鹵代烷容器故障試驗、施放電路故障的測試(電啟動器)、機旁施放模擬試驗和遙控施放模擬試驗。具體實施流程可參考GJB6850-2009《水面艦船系泊和航行試驗規(guī)程》。

2)監(jiān)控箱在“測試”位置的試驗。監(jiān)控箱在“測試”位置的試驗包括試燈功能、鹵代烷容器故障的試驗、機旁施放試驗和遙控施放試驗。

3)監(jiān)控箱主副電源轉(zhuǎn)換試驗。斷開主電源，監(jiān)控箱應發(fā)出主電源故障報警信號，同時副電源(備用電源)應自動接通。

4.5 記錄

表2為燃氣輪機箱裝體滅火系統(tǒng)功能試驗記錄表，將4.2～4.4的測試結(jié)果填入表2。

表2 燃氣輪機箱裝體滅火系統(tǒng)功能試驗記錄表