楊亞男，郭 建，方雄偉

（1.滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129；2.中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200011）

舷側(cè)排氣系統(tǒng)在某船的應(yīng)用

楊亞男1，郭 建2，方雄偉2

（1.滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129；2.中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200011）

舷側(cè)排氣是一項(xiàng)較新穎的機(jī)艙排氣方式，該技術(shù)對(duì)加強(qiáng)船舶的紅外隱身能力和優(yōu)化露天甲板設(shè)備的布置都有積極的意義，在國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中尚未推廣應(yīng)用。本文介紹了舷側(cè)排氣系統(tǒng)的組成和功能，并從電氣控制的角度闡述了舷側(cè)排氣控制和監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)和功能特點(diǎn)，通過實(shí)船說明舷側(cè)排氣系統(tǒng)的配置和應(yīng)用。

艦船設(shè)計(jì)；舷側(cè)排氣系統(tǒng)

0 引言

隨著雷達(dá)、水聲、紅外等探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，以及精確制導(dǎo)武器性能的提高，艦船的隱身性能越來越為各國(guó)海軍所重視。良好的隱身性能不僅能在現(xiàn)代海戰(zhàn)中有效地保護(hù)自己，更重要的是可以做到先敵發(fā)現(xiàn)和先敵攻擊。艦船煙道表面和排氣煙流的紅外輻射信號(hào)占全船輻射信號(hào)的 99%，所以紅外隱身具有特別重要的意義。作為艦船紅外隱身的主要措施之一，舷側(cè)排氣是一項(xiàng)較新穎的機(jī)艙排氣方法，去掉煙囪，采用橫向輸送管系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)煙道用于排放熱廢氣，將海水注入排氣導(dǎo)管之內(nèi)來冷卻廢氣，且排氣管口的位置位于舷側(cè)水線之間或以下，因此排出的廢氣幾乎被海波所掩蓋，大大提高了艦船的紅外隱身能力，同時(shí)也節(jié)省了露天甲板空間。

1 舷側(cè)排氣系統(tǒng)的組成和功能

1.1 主要組件

以主機(jī)的舷側(cè)排氣系統(tǒng)為例，單臺(tái)主機(jī)舷側(cè)排氣系統(tǒng)見圖1，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中主要組件的名稱見表1。

圖1 主機(jī)舷側(cè)排氣系統(tǒng)

表1 主機(jī)舷側(cè)排氣系統(tǒng)主要組件

舷側(cè)排氣系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和布置均已考慮保證船體橫傾45度以內(nèi)時(shí)，海水不會(huì)倒灌進(jìn)主機(jī)中。實(shí)船中因?yàn)楹笾鳈C(jī)艙柴油發(fā)電機(jī)組的布置位置相對(duì)主機(jī)更遠(yuǎn)離船舯，因此將舷側(cè)排氣管路設(shè)計(jì)成如圖2的鵝頸管形式，以確保在指定最大船體傾斜角度內(nèi)海水不會(huì)倒灌。

圖2 后主機(jī)柴油發(fā)電機(jī)組舷側(cè)排氣系統(tǒng)

1.2 主要組件功能及特點(diǎn)

1.2.1 冷卻海水系統(tǒng)及噴射器

冷卻海水系統(tǒng)及噴射器用于將海水噴射到排氣管內(nèi)來冷卻主機(jī)排放的廢氣，同時(shí)減小熱膨脹的廢氣體積，在較短的距離內(nèi)將溫度超過550度的廢氣降排出。排氣總管和1、2號(hào)排氣管采用不銹鋼材質(zhì)，而從初級(jí)噴射器開始到出口管，所有的部件都是用鈦制造，因?yàn)閺U氣殘?jiān)秃Ｋ旌衔锞哂袕?qiáng)腐蝕性，鈦可以很好的耐受這種介質(zhì)的腐蝕，同時(shí)鈦對(duì)海水噴射系統(tǒng)的高溫有良好的耐受性。圖3為前右主機(jī)舷側(cè)排氣系統(tǒng)布置圖，可以看出，從海水噴入點(diǎn)開始，排氣系統(tǒng)就呈持續(xù)向下傾斜的趨勢(shì)，以保證海水能夠靠重力自行排出而不需要配置輔助設(shè)備，同時(shí)還將排氣管口中線大致布置于舷側(cè)水線位置，使排出的廢氣半掩半露在海波中。

主機(jī)舷側(cè)排氣系統(tǒng)配有專用的冷卻海水泵，柴油發(fā)電機(jī)組舷側(cè)排氣系統(tǒng)的冷卻水來自于柴油發(fā)電機(jī)組的冷卻海水回路。所有舷側(cè)排氣系統(tǒng)的備用冷卻海水均來自于全船消防水管路。

圖3 前右主機(jī)舷側(cè)排氣系統(tǒng)布置圖

1.2.2 熱絕緣

海水噴射系統(tǒng)上游所有的組成部件和排氣管都包覆有熱絕緣材料，以保證系統(tǒng)表面溫在安全溫度60度以內(nèi)。

1.2.3 導(dǎo)流帽

為了最大程度減少在航行中海水沖擊舷側(cè)排氣管口而導(dǎo)致的柴油機(jī)排氣壓力振動(dòng)，所有的排氣管口都裝配了導(dǎo)流帽，通過與排氣管口一體的投入式法蘭安裝在船體舷側(cè)。

1.2.4 排氣閥/海水泄放閥

排氣閥/海水泄放閥都分別設(shè)置了氣動(dòng)執(zhí)行裝置，可在舷側(cè)排氣監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)失效時(shí)手動(dòng)越控操作。在舷側(cè)排氣系統(tǒng)不使用的情況下，排氣閥關(guān)閉，海水泄放閥打開；在主機(jī)起動(dòng)前，要打開排氣閥，關(guān)閉海水泄放閥。

1.2.5 彈性支架

整個(gè)舷側(cè)排氣系統(tǒng)彈性懸浮安裝，以避免設(shè)備可能受到的振動(dòng)損傷，通過鋼絲繩減震器將舷側(cè)排氣系統(tǒng)組件專用支架和船體支架連接在一起，彈性專用支架的設(shè)計(jì)嚴(yán)格按BV045/85抗振要求計(jì)算。

1.2.6 舷側(cè)排氣監(jiān)測(cè)控制裝置

舷側(cè)排氣監(jiān)測(cè)控制裝置主要由機(jī)旁控制箱LOP和邏輯控制器PLC組成，安裝在主機(jī)/柴油發(fā)電機(jī)組的機(jī)旁位置。以主機(jī)為例，主機(jī)運(yùn)行時(shí)，舷側(cè)排氣監(jiān)測(cè)控制裝置根據(jù)主機(jī)運(yùn)行工況遙控調(diào)節(jié)舷側(cè)排氣的冷卻海水噴射量，根據(jù)主機(jī)實(shí)時(shí)負(fù)荷調(diào)節(jié)海水流量調(diào)節(jié)閥開度。該調(diào)節(jié)閥由舷側(cè)排氣監(jiān)測(cè)控制裝置遙控的同時(shí)，本地配有手動(dòng)越控裝置。

舷側(cè)排氣系統(tǒng)的排氣背壓、排氣溫度、冷卻海水壓力等傳感器安裝在舷側(cè)排氣的相應(yīng)位置，監(jiān)測(cè)控制裝置實(shí)時(shí)采集傳感器信息用于舷側(cè)排氣的控制和系統(tǒng)參數(shù)的越限報(bào)警。電氣相關(guān)部件具體位置見圖4。圖中主要傳感器的名稱如下：

圖4 舷側(cè)排氣系統(tǒng)傳感器布置圖

2 舷側(cè)排氣系統(tǒng)的使用

2.1 控制和安全

2.1.1 舷側(cè)排氣系統(tǒng)的操作模式

1）正常模式：按設(shè)定運(yùn)算程序控制調(diào)節(jié)閥；

MECMAR公司通過測(cè)量主機(jī)不同功率下冷卻海水流量與排氣溫度等相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)，計(jì)算出不同主機(jī)功率下保證舷側(cè)排氣系統(tǒng)表面溫度不超過60度所需的冷卻海水流量，最終得出主機(jī)功率-冷卻海水流量理論曲線如圖5左圖，并將該曲線設(shè)為舷側(cè)排氣監(jiān)測(cè)控制裝置的初步運(yùn)算參考曲線。

在實(shí)船使用中，通過調(diào)試和系泊航行試驗(yàn)的驗(yàn)證，如排氣溫度有偏差，可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，通過手動(dòng)調(diào)整海水調(diào)節(jié)閥來使排氣溫度到達(dá)要求值，從而參照海水調(diào)節(jié)閥的開度修改檢測(cè)控制裝置中預(yù)設(shè)的參數(shù)來調(diào)整完善該曲線，調(diào)整后的曲線大致會(huì)如圖5右圖。

2）應(yīng)急模式：手動(dòng)越控操作調(diào)節(jié)閥來控制海水流量。

圖5 主機(jī)功率-海水流量理論曲線和實(shí)際調(diào)整后曲線

2.1.2 舷側(cè)排氣系統(tǒng)起動(dòng)、停止程序

舷側(cè)排氣系統(tǒng)的起動(dòng)程序用流程圖表示較清晰，見圖6；停止程序較簡(jiǎn)單，在設(shè)定的延時(shí)后關(guān)閉排氣閥、海水調(diào)節(jié)閥，打開海水泄放閥，停止電動(dòng)海水泵。

當(dāng)舷側(cè)排氣系統(tǒng)的排氣閥未打開和海水泄放閥未關(guān)閉，且海水調(diào)節(jié)閥進(jìn)口壓力小于設(shè)定值，主機(jī)無法起動(dòng)，因此需舷側(cè)排氣監(jiān)測(cè)控制裝置采集這三個(gè)信號(hào)，經(jīng)監(jiān)測(cè)控制裝置PLC處理判斷滿足要求后，輸出一路“Ready to Start允許起動(dòng)”信號(hào)到主機(jī)機(jī)旁控制系統(tǒng)。

舷側(cè)排氣系統(tǒng)的排氣背壓指的是柴油機(jī)排氣管后的壓力，可以理解為排氣氣流的阻力，當(dāng)排氣閥未打開時(shí)，會(huì)導(dǎo)致排氣阻力增加排氣背壓升高，排氣效率降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響柴油機(jī)的正常工作，排氣背壓過高時(shí)需輸出安全停車信號(hào)給主機(jī)。主機(jī)運(yùn)行時(shí)如果排氣閥打開信號(hào)消失，舷側(cè)排氣監(jiān)控裝置也會(huì)輸出安全停車信號(hào)給主機(jī)。

排氣閥和海水泄放閥的開關(guān)狀態(tài)經(jīng)監(jiān)測(cè)控制裝置PLC處理后送至主機(jī)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，當(dāng)監(jiān)測(cè)控制裝置故障時(shí)，排氣閥和海水泄放閥處于非工作狀態(tài)，即排氣閥關(guān)閉，海水泄放閥打開，主機(jī)無法起動(dòng)。在后續(xù)階段 MECMAR改進(jìn)了設(shè)計(jì)，在排氣閥和海水泄放閥處各增加一路開閉狀態(tài)開關(guān)量信號(hào)輸出至主機(jī)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，同時(shí)兩個(gè)閥都配置了手動(dòng)越控裝置，在監(jiān)測(cè)控制裝置故障情況下，可以手動(dòng)通過氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整兩個(gè)閥的開閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)的應(yīng)急起動(dòng)。

另外冷卻海水調(diào)節(jié)閥也可以手動(dòng)越控調(diào)整閥的開度，進(jìn)而控制排氣溫度，保證了系統(tǒng)的正常工作。即使在應(yīng)急狀態(tài)下，海水調(diào)節(jié)閥未打開，主機(jī)仍可以在低工況下運(yùn)行。

2.2 監(jiān)測(cè)和報(bào)警

在監(jiān)測(cè)控制裝置運(yùn)行時(shí)，表2中的各項(xiàng)參數(shù)都實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示在LOP的人機(jī)界面上，同時(shí)設(shè)有重要參數(shù)的越限報(bào)警，每套舷側(cè)排氣系統(tǒng)監(jiān)測(cè)控制裝置LOP界面上的系統(tǒng)外形圖像頁(yè)面各不相同，均參照實(shí)船各舷側(cè)排氣系統(tǒng)LOP操作部位的視角設(shè)計(jì)，更加直觀和形象，在IPMS操作站電腦頁(yè)面里將各LOP人機(jī)界面集成為相應(yīng)的舷側(cè)排氣MIMIC圖，以主機(jī)為例，見圖7。

圖6 舷側(cè)排氣系統(tǒng)起動(dòng)程序流程圖

表2 舷側(cè)排氣系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)報(bào)警點(diǎn)

圖7 IPMS-MIMIC舷側(cè)排氣電腦頁(yè)面圖

3 結(jié)束語

舷側(cè)排氣系統(tǒng)在首制船上已調(diào)試應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)控制功能，船東、船檢對(duì)此功能的設(shè)計(jì)相當(dāng)滿意。總結(jié)舷側(cè)排氣系統(tǒng)在實(shí)船的應(yīng)用和監(jiān)測(cè)控制功能實(shí)現(xiàn)，可以為掌握國(guó)外先進(jìn)設(shè)備的設(shè)計(jì)方法和提升國(guó)內(nèi)裝備水平打下理論基礎(chǔ)，希望也能為今后舷側(cè)排氣系統(tǒng)的推廣應(yīng)用中提供借鑒。

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Application of Side Exhaust Gas Systems on One Ship

Yang Ya-nan1，GUO jian2，F(xiàn)ANG Xiong-wei2
(1.Hudong-zhonghua shipbuilding (Group) Co.,Ltd.,Shanghai 200129,China; 2.Marine Design & Research Institute of China,Shanghai 200011,China)

Side exhaust gas system is a new type of exhaust method.It has obvious advantages in promoting the ability of infrared-stealth and optimizing the arrangement of the open deck equipments.However,it has not been applied widely in the conventional marine design project.In this paper,the composition and function of the side exhaust gas system is introduced.From the electrical point of view,the design rules and the characters of the control and monitoring device of the system is introduced.The arrangement and application of side exhaust gas system is described via a real marine ship example.

ship design,side exhaust gas system

U664

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.04.012

楊亞男（1984-），女，工程師。研究方向：電氣原理設(shè)計(jì)。