楊 勇

（中船郵輪科技發(fā)展有限公司，上海 200439）

0 引 言

機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)的作用是為機(jī)艙提供足夠的室外新鮮空氣，滿足機(jī)艙內(nèi)主柴油機(jī)和發(fā)電柴油機(jī)運(yùn)行對(duì)空氣的需求，同時(shí)將機(jī)艙內(nèi)設(shè)備運(yùn)行散發(fā)的熱量帶走，為機(jī)艙內(nèi)的工作人員提供相對(duì)舒適的工作環(huán)境。分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)是指在機(jī)艙內(nèi)布置多臺(tái)誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)，用小的螺旋風(fēng)管代替原來大的矩形風(fēng)管的通風(fēng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能降低能耗，節(jié)省成本，在機(jī)艙內(nèi)形成良好的氣流組織。分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)主要由多臺(tái)小型高壓離心風(fēng)機(jī)、射流噴嘴和小的螺旋風(fēng)管組成，適用于通風(fēng)管系復(fù)雜、需精確控制的這類船舶機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)[1]。

本文結(jié)合實(shí)船設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，介紹機(jī)艙分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過與機(jī)艙常用的風(fēng)管式通風(fēng)系統(tǒng)的對(duì)比，指出分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)2種通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工況，對(duì)分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用情況進(jìn)行說明。

1 機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 機(jī)艙通風(fēng)的目的

船舶機(jī)艙需具有良好的通風(fēng)換氣系統(tǒng)[2]，以達(dá)到以下目的：

1) 提供足量的新鮮空氣量給主柴油機(jī)和發(fā)電柴油機(jī)燃燒及散熱使用；

2) 給其他散熱設(shè)備提供足夠的冷卻空氣量；

3) 為輪機(jī)人員提供良好的機(jī)艙工作環(huán)境。

1.2 機(jī)艙通風(fēng)量和機(jī)艙送風(fēng)機(jī)的確定

根據(jù)ISO8661計(jì)算出機(jī)艙通風(fēng)量為127000m3/h，最終確定該項(xiàng)目共采用4臺(tái)軸流送風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)艙通風(fēng)。先通過主風(fēng)道向機(jī)艙輸入足夠多的新鮮空氣，每臺(tái)送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為32000m3/h，靜壓為450Pa，風(fēng)機(jī)編號(hào)為FAN1～FAN4，其中：FAN1主要給機(jī)艙上平臺(tái)內(nèi)的3臺(tái)輔發(fā)電柴油機(jī)提供燃燒及散熱用的室外新鮮空氣；FAN2主要給機(jī)艙上平臺(tái)內(nèi)設(shè)備（包括輔柴油發(fā)電機(jī)）的散熱提供室外新鮮空氣；FAN3主要給機(jī)艙中平臺(tái)及下平臺(tái)內(nèi)設(shè)備（包括主機(jī)）的散熱提供室外新鮮空氣；FAN4主要給中平臺(tái)內(nèi)的主機(jī)提供燃燒用的室外新鮮空氣。表1為機(jī)艙主要設(shè)備的參數(shù)及其所需風(fēng)量。

表1 機(jī)艙主要設(shè)備的參數(shù)及其所需風(fēng)量

為實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)艙風(fēng)機(jī)的節(jié)能控制，當(dāng)2臺(tái)輔柴油發(fā)電機(jī)停止工作時(shí)，F(xiàn)AN1可關(guān)閉；當(dāng)3臺(tái)輔柴油發(fā)電機(jī)停止工作時(shí)，F(xiàn)AN1可關(guān)閉，F(xiàn)AN3視情況也可關(guān)閉；當(dāng)主機(jī)停止工作時(shí)，F(xiàn)AN4可關(guān)閉；FAN2應(yīng)保持常開狀態(tài)。

按照以往的設(shè)計(jì)，一般都是通過尺寸很大的矩形厚風(fēng)管將新風(fēng)送到機(jī)艙各處所，整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)龐大而復(fù)雜。將復(fù)雜的機(jī)艙通風(fēng)風(fēng)管系統(tǒng)布置在空間狹小的機(jī)艙內(nèi)一直是難度非常大的工作，需多個(gè)相關(guān)專業(yè)相互協(xié)調(diào)，否則設(shè)計(jì)出來的機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)會(huì)占用機(jī)艙大量的空間，其風(fēng)量分配、管路布置、機(jī)艙設(shè)備布置和通風(fēng)效果都不理想。

2 機(jī)艙分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)艙分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)

機(jī)艙誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)與機(jī)艙送風(fēng)機(jī)系統(tǒng)組成一個(gè)完整的機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)，機(jī)艙內(nèi)無(wú)需龐大復(fù)雜的送風(fēng)系統(tǒng)便可形成良好的通風(fēng)和高效的換氣，均勻的氣流組織能避免產(chǎn)生通風(fēng)死角。該系統(tǒng)的工作原理是在機(jī)艙內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢锰幉贾谜T導(dǎo)射流風(fēng)機(jī)，由機(jī)艙誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)通過多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的射流噴嘴組噴出的定向高速氣流，誘導(dǎo)室外送風(fēng)機(jī)將新鮮空氣送達(dá)機(jī)艙內(nèi)需要通風(fēng)的各處所，實(shí)現(xiàn)最佳的氣流組織，達(dá)到良好的通風(fēng)換氣效果。機(jī)艙誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)原理圖見圖1[3]。

圖1 機(jī)艙誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)原理圖

采用由多臺(tái)小型離心風(fēng)機(jī)組成的分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)是為了滿足機(jī)艙內(nèi)不同設(shè)備及區(qū)域?qū)π嘛L(fēng)的個(gè)性化要求。系統(tǒng)中小的螺旋風(fēng)管連接多個(gè)誘導(dǎo)射流噴嘴組，形成分別為主柴油機(jī)燃燒、輔柴油機(jī)燃燒、機(jī)艙設(shè)備散熱和廢氣排除配備的專用小型誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)。這樣做的好處是可實(shí)現(xiàn)對(duì)誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)的精確控制，減小誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)管的尺寸，減少誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)管的數(shù)量，更加智能，成本更低。

誘導(dǎo)通風(fēng)是根據(jù)動(dòng)量守恒原理，利用少量高壓空氣，通過高速噴嘴向自由空間噴射成束的氣流，在氣流本身的黏性和湍流橫向脈動(dòng)的作用下，不斷誘導(dǎo)和卷吸周圍的空氣，使射流沿軸線方向的橫截面不斷增大，帶動(dòng)周圍的空氣在無(wú)風(fēng)管的條件下沿指定的路線流動(dòng)，將空氣輸送到設(shè)備區(qū)域，誘導(dǎo)比可達(dá)20倍以上。空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)的空氣噴射形式屬于等溫自由紊流圓射流[3]，其示意見圖2。

圖2 等溫自由紊流圓射流示意

圓形噴口等溫射流軸心速度衰減規(guī)律的計(jì)算式[4]為

式(1)中：v0為出風(fēng)口平均風(fēng)速，m/s；vx為射程x處的軸心速度，m/s；K為軸心速度常數(shù)；D0為出風(fēng)口等效直徑，m；X為射程，m。

單噴口等溫射流誘導(dǎo)比的計(jì)算式[4]為

式(2)中：Q0為出風(fēng)口風(fēng)量，m3/h；Qx為誘導(dǎo)風(fēng)量，m3/h；K為圓形噴口等溫射流軸心速度常數(shù)，其取值見表2[4]。

表2 圓形噴口等溫射流軸心速度常數(shù)K取值

2.2 誘導(dǎo)風(fēng)量和噴嘴出風(fēng)量的設(shè)計(jì)

以主機(jī)為例，主機(jī)燃燒所需空氣量為28000m3/h，根據(jù)機(jī)艙的布置，可在距離主機(jī)進(jìn)氣口5.0m（射程為X）處布置2個(gè)噴嘴（JN018和JN019），主機(jī)進(jìn)氣口處能接受的軸心速度vx可定為2m/s，由式(1)和式(2)可推導(dǎo)出噴嘴的誘導(dǎo)風(fēng)量的計(jì)算式為

將K=6.2代入式(3)得出噴嘴的誘導(dǎo)風(fēng)量Qx= 7 352 m3/h 。噴嘴出風(fēng)口直徑取100mm，根據(jù)式(2)可得出每個(gè)噴嘴的出風(fēng)口風(fēng)量為456m3/h，設(shè)計(jì)取噴嘴出風(fēng)口風(fēng)量為500m3/h，噴嘴出風(fēng)口風(fēng)速為17.7m/s。

另外，可在距離主機(jī)進(jìn)氣口3.5m（射程為X）處布置3個(gè)噴嘴（JN020、JN021和JN022），主機(jī)進(jìn)氣口處能接受的軸心速度vx可定為2m/s，將K=6.2代入式(3)得出Qx=4705m3/h。噴嘴出風(fēng)口直徑取80mm，根據(jù)式(2)可得出每個(gè)噴嘴的出風(fēng)口風(fēng)量為255m3/h，設(shè)計(jì)取噴嘴出風(fēng)口風(fēng)量為300m3/h，噴嘴出風(fēng)口風(fēng)速為16.6m/s。

由此可見，5個(gè)噴嘴總的誘導(dǎo)風(fēng)量為28819m3/h＞28000m3/h，滿足主機(jī)對(duì)燃燒空氣的要求。將這5個(gè)噴嘴連接在高壓離心風(fēng)機(jī)JF005上，組成一個(gè)小型的誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)，專門為主機(jī)燃燒供氣，誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為1900m3/h，風(fēng)機(jī)靜壓取500Pa。風(fēng)機(jī)可與主機(jī)進(jìn)行智能聯(lián)動(dòng)控制：當(dāng)主機(jī)開時(shí)，該誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)打開，給主機(jī)燃燒提供空氣；當(dāng)主機(jī)停時(shí)，該誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)關(guān)閉，達(dá)到節(jié)能的目的。

最終根據(jù)機(jī)艙的布置和設(shè)備類型，在機(jī)艙內(nèi)布置由5臺(tái)小型離心高壓誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)組成的機(jī)艙分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)，誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)和可轉(zhuǎn)動(dòng)式射流噴嘴組的連接布置及功能分配見表3。

表3 誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)和可轉(zhuǎn)動(dòng)式射流噴嘴組的連接布置及功能分配

采用分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)之后，機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)變得更加簡(jiǎn)單有效。圖3～圖5為分散式機(jī)艙誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)布置圖。

圖3 機(jī)艙上平臺(tái)分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)布置圖

圖4 機(jī)艙中平臺(tái)分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)布置圖

圖5 機(jī)艙下平臺(tái)分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)布置圖

在采用分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)的機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)中，機(jī)艙送風(fēng)機(jī)直接將室外的空氣送到機(jī)艙的每個(gè)平臺(tái)中即可，分散式高壓離心誘導(dǎo)通風(fēng)機(jī)將其中一部分空氣吸入空氣射流通風(fēng)管路中，并通過連接在系統(tǒng)管路上的小口徑高速螺旋風(fēng)管和射流噴嘴將其吹到機(jī)艙內(nèi)的各處所。從射流噴嘴高速噴出來的空氣將引導(dǎo)機(jī)艙送風(fēng)系統(tǒng)送出來的新鮮空氣到達(dá)通風(fēng)設(shè)計(jì)所需的任何位置，并將分布不均的停滯空氣團(tuán)或渾濁厚重的油性氣體帶走。布置在上平臺(tái)艏部頂端的噴嘴也可將機(jī)艙內(nèi)的上升熱氣流從煙囪排出機(jī)艙。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)機(jī)艙分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)介紹和說明，并結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)說明了該系統(tǒng)在船舶機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)和使用情況。與常規(guī)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)采用龐大的矩形風(fēng)管系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)采用的風(fēng)管系統(tǒng)的尺寸大大減小，管路更為簡(jiǎn)潔。機(jī)艙誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、通風(fēng)效果、費(fèi)用、節(jié)能、維護(hù)和控制等方面都具有一定的優(yōu)勢(shì)，將逐漸得到應(yīng)用。分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)能使機(jī)艙通風(fēng)更加智能化，可控性更高。在船舶智能化發(fā)展趨勢(shì)下，分散式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)是一個(gè)比較理想的機(jī)艙通風(fēng)方案。