呂海燕

摘 要：本文以某78 m 平臺供應(yīng)船/油回收船的機艙通風(fēng)系統(tǒng)為例，介紹機艙通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計過程，包括機艙通風(fēng)量計算、管路布置、阻力計算、百葉窗等附件的設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：機艙通風(fēng)設(shè)計；通風(fēng)量；風(fēng)管；阻力

中圖分類號：U664.86 文獻標識碼：A

Design of Ships E/R Ventilation System

L? Haiyan

（ Guangzhou Shunhai Shipyard Ltd. Guangzhou 511440 ）

Abstract： This paper introduces the design of engine room ventilation system through the design example of a 78 m platform supply / oil recovery ship， including engine room ventilation quantity calculation， pipeline arrangement， resistance calculation， design of louvers and other accessories.

Key words： Engine room ventilation design； Ventilation quantity； Air duct； Resistance

1 引言

船舶機艙作為全船的核心區(qū)域，匯聚了船舶的動力裝置及大部分重要設(shè)備。為確保機艙部分的設(shè)備正常運行及工作人員操作維護管理方便，可靠的機艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計是輪機設(shè)計中一項重要工作。

機艙通風(fēng)需實現(xiàn)以下幾個方面的目的：

（1）維護機艙內(nèi)基本的值班工作環(huán)境；

（2）提供主柴油機、柴油發(fā)電機及其它發(fā)熱設(shè)備燃燒及散熱所必須的空氣量；

（3）排除機艙內(nèi)滯留的油氣、廢熱等。

本文以某78 m 平臺供應(yīng)船/油回收船為例，介紹船舶機艙通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計。

2 通風(fēng)量確定

根據(jù)ISO8861-1998的相關(guān)標準，機艙通風(fēng)量的確定主要考慮兩方面的因素：一是設(shè)備燃燒所需空氣量；二是設(shè)備散熱所需空氣量。機艙總通風(fēng)量至少為以上兩部分之和。該船的機艙主要設(shè)備包括：2臺主推進柴油機，額定功率為2 x 4 020 kW，在最大使用功率時的空氣消耗量為7.5 （ m3/Hr/kW）；柴油發(fā)電機組3臺，額定功率為3 X 450 kW，最大使用功率時的空氣消耗量為0.699 kg/s ；2臺1 100 kW的主機帶動的軸帶發(fā)電機。

2.1 設(shè)備燃燒所需的空氣量計算

（1）推進柴油機燃燒所需空氣量Qdp按下式計算：

Qdp=Mdp ·P ·n=60300 m3 / h=60300 m3 / h （1）

式中：

Mdp—推進柴油機在最大使用功率時的空氣消耗量，Mdp = 7.5 （m3 / Hr / kW）；

P —主柴油機最大持續(xù)功率時的軸功率，P = 4020 kW；

ndp—主柴油機臺數(shù)，ndp=2；

（2）發(fā)電機燃燒所需空氣量Qdg按下式計算：

Qdg= Mdg x ndg x3 600 /ρ=4 453.8 m3/h （2）

式中：Mdg—發(fā)電機在最大使用功率時的空氣消耗量，Mdg=0.699 kg / s；

ndg—發(fā)電機數(shù)量，正常航行時，ndg=2；

ρ—空氣密度，取35 ℃時ρ=1.13 kg / m3。

（3）主空壓機所需空氣量Qa：

Qa=2 x 34 m3 / h=68 m3/h

由此可得，設(shè)備燃燒所需空氣量QC合計為：QC = Qdp + Qdg + Qa = 64 821.8 m3 / h （3）

2.2設(shè)備散熱所需的空氣量計算

機艙中散熱設(shè)備眾多，本文從主要考慮主柴油機、發(fā)電機組這兩項設(shè)備的散熱，其次為電氣設(shè)備、排氣管系等。

設(shè)備散熱所需的空氣量Qh按下式計算：

Qh= （Φdp +Φdg +Φel +Φep +Φo ） / （ρ·C·△T）-0.4（Qdp+ Qdg） =119125 m3 / h （4）

式中：Φdp —主柴油機散熱量kW，；

Φdg —主發(fā)電柴油機散熱量kW， ；

Φel — 電氣設(shè)備的散熱量kW，；

Φep — 排氣管系的散熱量kW，；

Φo —其它設(shè)備的散熱量，kW；

Qdp —主柴油機燃燒所需的空氣量，m3/s；

Qdg —主發(fā)電柴油機燃燒所需的空氣量，m3/s；

ρ—空氣密度，取35℃時ρ=1.13 kg / m3；

C —空氣定壓比熱容， C=1.01 kJ / kg*K

△T — 機艙內(nèi)的平均溫升，△T=12.5 K；

2.2.1主柴油機散熱量Φdp的計算

如果主機商不能提供確切的數(shù)據(jù)，按下式計算：

Φdp=Ldx PdpxndP = 132.66 kW （5）

式中：Pdp ——推進柴油機最大持續(xù)功率時軸的功率，Pdp= 4 020 kW；

Ld — 柴油機熱損失，%。按圖1計算，取0.0165；

ndP—主柴油機的臺數(shù)，ndP=2。

2.2.2發(fā)電機組散熱量Φdg計算endprint

Φdg=φdgxndg=50 kW （6）

式中：Φdg — 發(fā)電機的熱排放，取Φdg=25 kW，（廠商提供）；

ndg — 正常航行時ndg =2。

2.2.3 電器設(shè)備散熱量Φel 計算

Φel = Pg x n x 0.85 x 20%=187 kW （7）

式中：Pg—軸帶發(fā)電機的功率，每臺Pg =1 100 kW；

n —軸帶發(fā)電機數(shù)量，n=1。

2.2.4 排氣管散熱量Φep計算

（1）主機排氣管散熱量

主機排氣管管徑DN700 mm，絕緣厚70 mm，從圖譜查出每米排氣管的散熱量為0.5 kW/m；

主機排氣管長度28 m，故2臺主機排氣管散發(fā)熱量為28 kW。

（2）發(fā)電機排氣管散熱量

發(fā)電柴油機排氣管管徑DN200 mm， 絕緣厚50 mm，每米排氣管的散熱量為0.25 kW/m，發(fā)電機排氣管長度30 m，故2臺發(fā)電機排氣管散發(fā)熱量為15 kW.

因此，排氣管系的散熱量合計Φep =28+15=43 kW.

2.3 機艙所需總通風(fēng)量計算

QTV= QC +Qh =183 946.8 m3/h （8）

3 機艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

該機艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)：BV（必維船級社）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。

3.1 通風(fēng)方式的選擇

艙室的通風(fēng)有以下幾種方式：機械送風(fēng)機械排風(fēng)；機械送風(fēng)自然回風(fēng)；自然送風(fēng)機械排風(fēng)方式；自然通風(fēng)方式。根據(jù)ISO8861-1998要求，機艙通風(fēng)設(shè)計需維持機艙稍微有正壓，通常正壓不超過50 Pa，因此該船設(shè)計采用機械送風(fēng)自然回風(fēng)方式，即采用機艙機械送風(fēng)、機艙（煙囪棚）自然回風(fēng)方式。因此，選用2臺等風(fēng)量的風(fēng)機用于機艙送風(fēng)（每臺風(fēng)機滿負荷時風(fēng)量約為92 000 m3/h）。為滿足不同工況需求，采用雙速風(fēng)機，考慮到機艙釋放CO2后的排風(fēng)需求，其中一臺風(fēng)機采用可逆型式。另外，為了滿足效率高、體積小、方便正反轉(zhuǎn)等特點，機艙風(fēng)機選擇軸流風(fēng)機。

3.2 機艙主通風(fēng)管路設(shè)計

機艙屬機械處所，其通風(fēng)道在經(jīng)過其他艙室時需考慮防火問題。另外，考慮到機艙內(nèi)電纜、水管、油管等管線眾多，因此機艙通風(fēng)道主要采用結(jié)構(gòu)風(fēng)管型式，以滿足布置及防火需求。

主甲板以上部分結(jié)構(gòu)風(fēng)管布置在上層建筑的兩側(cè)，該風(fēng)道截面的設(shè)計是將風(fēng)速控制在最高8 m/s左右，以降低風(fēng)道內(nèi)噪音對上層建筑的影響。在結(jié)構(gòu)風(fēng)道中，由于船體結(jié)構(gòu)布置的原因，風(fēng)管的走向不可能全部順暢，有些位置甚至拐彎比較多，造成局部通風(fēng)面積不夠，例如甲板結(jié)構(gòu)開孔偏小，造成局部風(fēng)速達25 m/s。為解決這一問題，在滿足強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（甲板下）艙壁由垂直改為傾斜，局部擴大面積，以降低風(fēng)速使風(fēng)道暢通，見圖2。

主甲板下部機艙內(nèi)的風(fēng)道主要作用是將風(fēng)送至機艙內(nèi)各個場所，其目的如下：提供主機、輔機等設(shè)備在運行時需要的燃燒用空氣；帶走機艙設(shè)備運行時散發(fā)的大量熱量；帶走機械設(shè)備散發(fā)的各種油氣等危險氣體；給工作人員提供呼吸用的新鮮空氣。 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：主機約110 000 m3/h；發(fā)電機約60000 m3/h；軸發(fā)約18 000 m3/h；其他約7000 m3/h。由于該船機艙比較小，設(shè)備較多，機艙分為上下兩層結(jié)構(gòu)：機艙上層風(fēng)管主管中的風(fēng)速，推薦風(fēng)速12～20 m/s；然后依次確定其后各段主管和分管中風(fēng)速。一般風(fēng)量每次降低10%、風(fēng)速約降低0.5 m/s，將各支風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速控制在8 m/s左右。由于風(fēng)量及風(fēng)管尺寸較大，這些支風(fēng)管均采用至少3 mm的黑鐵皮制作，以滿足強度要求，避免風(fēng)管強度不夠產(chǎn)生振動及噪聲；機艙下層風(fēng)管由于結(jié)構(gòu)的限制，直接在上層主風(fēng)管所到達的機艙下層甲板前后四個角的位置安裝4臺相當風(fēng)量的送風(fēng)機，以保證機艙下層通風(fēng)，具體布置見圖3。

3.3 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)面積較大，若采用傳統(tǒng)的槽式結(jié)構(gòu)通風(fēng)柵，其有效通風(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。通風(fēng)柵的數(shù)量應(yīng)將機艙內(nèi)的送風(fēng)口風(fēng)速控制在6 m/s以下，達到相關(guān)要求。

3.4 機艙進/出風(fēng)口

機艙風(fēng)機室上部結(jié)構(gòu)風(fēng)道主要用于安裝送風(fēng)百葉窗，根據(jù)LLC規(guī)范：在“位置1”的通風(fēng)筒，其圍板高出甲板以上4 500 mm；在“位置2”的通風(fēng)筒，其圍板高出甲板以上2 300 mm。所謂“位置1” -指在開敞的干舷甲板和后升高甲板上，以及位于從首垂線起船長四分之一以前的開敞上層建筑甲板上；“位置2”- 指在位于從首垂線起船長四分之一以后的上層建筑甲板上。

該船設(shè)計共用4個1 500 mm×1 400 mm無門固定百葉窗分別向兩個風(fēng)機供風(fēng)。根據(jù)SOLAS公約，應(yīng)設(shè)有供天窗開啟和關(guān)閉、在煙囪上正常排氣通風(fēng)開口關(guān)閉和通風(fēng)擋火閘關(guān)閉用的控制裝置，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、百葉窗葉片數(shù)量等考慮，設(shè)計采用2個大小為2000 mm×1550 mm的氣動百葉窗，并在駕駛室能控制其開閉。根據(jù)本人多年的設(shè)計經(jīng)驗，只要百葉窗的面積大約是風(fēng)機通風(fēng)面積的1.8～2倍就可滿足通風(fēng)要求。

3.5 風(fēng)機噪聲和震動的消除

由于風(fēng)機尺寸較大，噪聲也比較大，所以造成機艙的噪聲及上層建筑的噪聲均比較大。為了改善這種狀況，在送風(fēng)機下方加消音器，以減少風(fēng)機噪聲對住艙的影響。同時，為了減少風(fēng)機的震動，在風(fēng)機下方安裝有減震器，如圖4。

另外，在結(jié)構(gòu)風(fēng)管一些拐角的地方，加了有一定弧度的導(dǎo)流板。

3.6 機艙風(fēng)機可閉風(fēng)閘及煙囪百葉窗

按BV規(guī)范要求，在機艙釋放CO2的情況下，應(yīng)能迅速切斷機艙內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)；另外，由于機艙風(fēng)機風(fēng)閘及煙囪百葉窗的尺寸較大，手動操作比較困難，因此本通風(fēng)系統(tǒng)上的煙囪百葉窗、機艙風(fēng)機上的風(fēng)閘均設(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)，供氣時保持開啟狀態(tài)，斷氣時關(guān)閉，并能在駕駛室遙控，駕駛臺可顯示開關(guān)狀態(tài)并能遙控啟/閉。

3.7 風(fēng)管阻力的計算

風(fēng)機壓力根據(jù)風(fēng)管系統(tǒng)的阻力計算確定。一般風(fēng)機的靜壓為400 Pa～500 Pa，這樣使風(fēng)管尺寸及電動機功率都不致過大。進行通風(fēng)管道計算時，必須確定壓力損失，包括局部阻力損失和摩擦阻力損失，由于通風(fēng)管道短而且曲折多，所以局部阻力損失比較大。

（1）局部阻力損失

△Pi=ξx （V2 xρ） / 2 （9）

式中： △Pi—管件阻力損失，Pa；ξ— 局部阻力系數(shù)，可查表求出； ρ—空氣密度，取35 ℃時ρ=1.13 kg/m3；V —流速，m/s。

（2）摩擦阻力損失

可根據(jù)風(fēng)管的形狀、風(fēng)量和直徑，從標準圖譜中查出。

4 結(jié) 語

本文通過介紹船舶機艙通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計流程，闡述了機艙通風(fēng)系統(tǒng)在詳細設(shè)計階段的風(fēng)量計算、風(fēng)管的設(shè)計、阻力計算以及設(shè)計過程中應(yīng)當注意的問題，對船舶通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計具有一定的參考價值。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，該船機艙風(fēng)機的布置圍井偏小，如果布置位置允許，應(yīng)該給風(fēng)機盡可能大的空間，以利于安裝風(fēng)機和消音器以及改善通風(fēng)效果。

參考文獻

[1] ISO 8861-1998. 機艙通風(fēng)要求及計算.

[2] 船舶設(shè)計實用手冊（輪機分冊）[M]. 2002.

[3] LLC，國際載重線公約[1966].endprint