王友韶　曾宇東

摘 要：船舶海水冷卻水系統(tǒng)是船舶動(dòng)力裝置的重要組成部分，它通過(guò)冷卻水的循環(huán)帶走了主機(jī)和輔機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中散發(fā)出來(lái)沒(méi)有轉(zhuǎn)化為機(jī)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(rùn)滑油的失效。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力裝置；冷卻水系統(tǒng)；熱量

中圖分類(lèi)號(hào)：U664.814 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）27-0005-02

1 船舶海水冷卻系統(tǒng)的用途

船舶動(dòng)力裝置工作時(shí)，有大量機(jī)械設(shè)備要散發(fā)出熱量，冷卻系統(tǒng)的功用就是對(duì)需要散熱的設(shè)備供以足夠的淡水、海水、江水或冷卻油，進(jìn)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(duì)象如主、輔機(jī)、其它被冷卻設(shè)備以及海水門(mén)、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(jì)都不是孤立進(jìn)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(jì)參數(shù)，使系統(tǒng)布置合理，系統(tǒng)工作效率最高，同時(shí)使整個(gè)動(dòng)力裝置系統(tǒng)管路最短，材料最省，投資最小，這就對(duì)動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)提出了很高的要求。

2 某三用工作船（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“本船”）海水冷卻系統(tǒng)中需冷卻的設(shè)備船舶簡(jiǎn)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(jī)艙設(shè)于艉部，包括兩套獨(dú)立的推進(jìn)裝置，每套裝置含有主機(jī)、調(diào)解離合器和全回轉(zhuǎn)可調(diào)槳。主要用于裝運(yùn)泥漿、鹽漿、燃油等多種液貨和散裝貨物。

建造數(shù)量：2。

入級(jí)：LR（英國(guó)船級(jí)社）。

掛旗：巴拿馬（巴西）。

航速：在不使用軸帶發(fā)電機(jī)和吃水4 m以及蒲氏3級(jí)風(fēng)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(zhǎng)：84.60 m；

型寬：16.60 m；

兩柱間長(zhǎng)：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(jī)（馬克）：2 550 kW×2臺(tái)；

全回轉(zhuǎn)軸槳×2臺(tái)。

主發(fā)電機(jī)：600 kW×2臺(tái)；

應(yīng)急發(fā)電機(jī)：100 kW×2臺(tái)；

水冷式軸發(fā)：1 400 kW×2臺(tái)；

側(cè)推器600 kW×2臺(tái)

鍋爐174 kW×1臺(tái)

電液式錨纜機(jī)2臺(tái)、絞纜機(jī)4臺(tái)。

克令吊5 t×1臺(tái)、1 t×1臺(tái)

DP自動(dòng)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(jì)算

3.1 冷卻系統(tǒng)的流程圖

①根據(jù)主機(jī)廠家資料上的推薦，主機(jī)采用閉式循環(huán)冷卻，即海水冷卻淡水。主機(jī)海水泵從海水總管吸入海水，分兩路，一路進(jìn)主機(jī)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(jī)海水泵發(fā)生故障時(shí)，也可由總用消防泵應(yīng)急替代。

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

③主機(jī)淡水冷卻系統(tǒng)利用主機(jī)自帶的淡水冷卻泵打循環(huán)高溫淡水經(jīng)主機(jī)自帶的淡水冷卻器進(jìn)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(jì)算

經(jīng)查廠家資料，主機(jī)和主機(jī)滑油冷卻器及主機(jī)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(jī)淡水冷卻器的熱交換水量為12.5 m3/h，發(fā)電機(jī)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(jì)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(jī)低溫水冷卻水量。

由于管路阻力比較復(fù)雜，要根據(jù)實(shí)際的管系放樣后才能算出。一般情況下，海水泵的揚(yáng)程都是根據(jù)系統(tǒng)估一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值。本船根據(jù)設(shè)備的壓降差，揚(yáng)程估為0.35 MPa。根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，我們可以選定單臺(tái)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(jí)的選擇

按照管子的設(shè)計(jì)壓力和實(shí)際溫度，管子可分為3級(jí)，見(jiàn)表2。

表2 管子的設(shè)計(jì)壓力和實(shí)際溫度

注：

①當(dāng)管系的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度，其中一個(gè)參數(shù)達(dá)到表中Ⅰ級(jí)規(guī)定時(shí)，即定為Ⅰ級(jí)管系；當(dāng)設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度2個(gè)參數(shù)均達(dá)到表中Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)規(guī)定時(shí)，即定位Ⅱ級(jí)管系或Ⅲ級(jí)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(kāi)式管路，如泄放管、溢流管、透氣管和鍋爐放汽管路也為Ⅲ級(jí)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(jí)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(lái)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(lèi)和參數(shù)（壓力與溫度）而定。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)規(guī)范的要求，按造船規(guī)格書(shū)的規(guī)定，并以造船成本的核算等方面因素來(lái)選用。

各種管路一般均應(yīng)采用鋼質(zhì)管（無(wú)縫鋼管或焊接鋼管）。

儀表盤(pán)應(yīng)使用無(wú)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(shū)中寫(xiě)明并由經(jīng)濟(jì)管理部門(mén)核成本差價(jià)。

而管子的處理則分為鍍鋅、涂塑、磷化、涂覆焦油環(huán)氧。

因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)沒(méi)有涉及到船東的特別要求，因此管子的選用只需滿(mǎn)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(wú)縫鋼管，壓力表等儀表盤(pán)的接管采用無(wú)縫銅管。

4.2.3 海水箱容量的計(jì)算

海水箱容量參照公式：每750 kw發(fā)動(dòng)機(jī)功率配約1 m3的海水箱容量（此發(fā)動(dòng)機(jī)功率為主機(jī)功率加上船舶營(yíng)運(yùn)所必須的輔發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)，共2個(gè)，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(jī)廠家的推薦，設(shè)為0.9 m3，同時(shí)主機(jī)廠家資料上對(duì)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(jī)汽缸蓋2～3 m。

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

另外，參照主機(jī)廠家的資料，在主機(jī)高溫淡水冷卻系統(tǒng)管路的最高點(diǎn)設(shè)置一路透氣管接至淡水膨脹水箱，用于整個(gè)主機(jī)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(wú)縫鋼管。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，結(jié)合規(guī)范和規(guī)格書(shū)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(shuō)明。

5 結(jié) 語(yǔ)

由于在設(shè)計(jì)初期做了比較充分的研究，本船設(shè)計(jì)合理，分布緊湊，經(jīng)濟(jì)性好，贏得了船東很高的評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國(guó)船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計(jì)使用手冊(cè)輪機(jī)分冊(cè)[M].北京：國(guó)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)委員會(huì).管系附件手冊(cè)[M].北京：交通科技出版社， 2014.