某船主机海水冷却系统设计失效的技术改造

摘要：本文简要介绍了某巡逻船主要动力设备配置情况，重点介绍该船在系泊及航行试验时，因部分动力设备存在缺陷，造成整个系统无法正常运行，通过修改相关系统或重新设计，消除了设备缺陷带来的系统问题，经试验验证，所用方法合理，系统运转良好。

关键词：巡逻船；主机；冷却系统；齿轮箱

中图分类号：U664.8 文献标识码：A

How to Reclaim the Mian Engines Seawater Cool

ZHANGZhenyu

（Guangzhou SouthChina Shipyard,Guangzhou 510715）

Abstract: The paper briefly describes patrol vessels dynamical equipments, and mainly introduces some system problems because of equipment defects discovering in mooring and sea trialing, by designing the system or modification can remove. It is viable via trialing.

Key words: patrol vessel; main engine; cooling system; gear box

1 前言

船舶建造是一项复杂的系统工程，所涉及设备数量、种类繁多，制造复杂，各种设备的生产制造难免会出现与需求不匹配现象，如果因为设备某一项功能不满足要求而对该设备进行更换，不仅大大提高成本，同时也拖延了整船建造进度。通过对系统合理设计或对设备局部设计修改消除设备的缺陷，不仅节约成本，还能保证建造进度。

2主要动力设备及系统简介

2.1 主要动力设备配置

本船采用单体船型，配四机、四桨、双舵，正常排水量约200 t，最高航速不低于26 kn，是我厂建造吨位最大的高速船。

本船配置4台额定功率约为1 000 kW的高速柴油机作为主机，每台主机通过可逆转减速齿轮箱和轴系驱动一个定距桨。4台主机位于前后两个机舱，前机舱齿轮箱为水平偏心型，后机舱齿轮箱为垂直偏心型，监控室位于两个机舱之间。4台主机同时以最大功率运行时，最高航速不低于26 kn，两台主机同时运行，本船保持约16 kn 的巡航速度。推进器采用固定螺距螺旋桨。

2.2 主要系统配置

本船采用的是高速机，这决定了系统的一些基本配置，现只对缺陷设备所影响的系统做简单介绍。

（1）冷却水系统：本船采用闭式淡水冷却系统。主机冷却海水接自主机海底门，经主机海水泵冷却主机、齿轮箱滑油冷却器后，一路冷却润滑轴系各轴承后排出舷外，另一路经主机排烟管冷却水套后排出舷外。主机的应急冷却海水由消防总用泵提供，经减压后接至主机的海水泵出口处。

（2）排气系统：主、辅机采用绝缘和冷却水套结合的隔热方式。主、辅机的排气经各自的膨胀接头，沿排气管从舷侧排放至大气，主、辅机排气管均设置排气挡板阀防止停机时海水倒灌，其中辅机设置排气消音器。排气管最低处设有放水旋塞；主、辅机排气挡板阀设开闭显示报警装置，并设排气挡板阀不开启主机不能起动联锁。

3 设备缺陷的分析与排除

该船的检验验收参考国内海上高速船及其它相关规定。个别动力设备因性能未能达到相关要求而导致系统无法正常运转，现列举如下：

（1）主机海水泵无自吸功能，导致冷却水系统无法正常运转。

该船在系泊试验时发现冷却水系统无法正常运转，船厂相关技术人员对主机海水冷却系统管路进行检查，经拆管及附件后得知海水总管管路畅通，通海阀、海水滤器及相关阀件均状态良好，确认管路系统设计无问题，管路施工无故障。设计人员及主机厂技术人员到现场分析故障原因，经分析讨论后找到出现此故障原因为主机海水泵无自吸功能。

主机厂家提供两个解决方案：一是在主机海水泵吸入管前增加一套海水注入泵、相应管路附件及控制系统；二是增加一套高位置海水柜、管路附件及控制系统。经综合考虑到本巡逻船机舱设备及管路布置密集（受布置空间限制）及对建造成本、周期的影响，最后决定采取在海水总管增加一个板式止回阀，并从本船独立的日用海水系统中分出一路海水引至主机海水泵注入口处，以解决主机起动前海水泵无法吸海水的故障（见图1、图2）。经航行试验验证，主机冷却效果良好，此方案解决了该问题。

图1主机冷却水系统修改后设计

图2主机冷却水系统原设计

（2）主机海水进出齿轮箱压力差过低，无法冷却齿轮箱，导致油温偏高。

船厂相关技术人员现场对管路拆卸检查，确认管路无异常。系统在运行时，现场技术人员测量主机供冷却海水至齿轮箱管路（见图3）和齿轮箱海水回到主机管路的管表面温度，两者基本一致（正常现象应为后者高于前者），而齿轮箱表面温度与齿轮箱海水回到主机管路的管表面温度有明显温差，根据此现象可以断定为冷却海水在齿轮箱内并无流动，无法带走齿轮箱运转时产生的热量。齿轮箱内冷却海水无流动原因为主机端冷却海水输水口H120与回水口H121（见图3）之间压力差过低形成的，由于主机厂家无法调整主机此两个接口的压力参数，因此只能通过调整管路布置去排除此故障。后机舱齿轮箱滑油温度低于前机舱齿轮箱滑油温度的原因，是前机舱齿轮箱为水平偏心结构。

图3齿轮箱冷却水系统原设计

若要齿轮箱内的冷却海水流动带走热量，就必须保齿轮箱冷却海水进出口存在压力差及指定的冷却海水流量（5 m3/h），经过与主机厂、设计单位和船厂的技术人员计算和讨论，确定此故障排除方案（见图4）：取消由主机厂提供的H120、H121端口带节流孔螺纹接头，H120端口处增加一个截止阀，用于控制流量（节流）和系统检修。海水经过齿轮箱后改为直接排舷外，形成齿轮箱海水进出口压力差，同时在排水管中增加一个截止止回阀，用于控制流量（节流）和系统检修。此排除方案在航行试验中已验证可行，主机在满负荷运行（1 800 r/min）时，前后机舱四台齿轮箱滑油温度均稳定在45 ℃~55 ℃之间。

图4齿轮箱冷却水系统修改后设计

（3）排气尾管冷却水套结构不合理，差导致排气尾管温度高。

经现场对主机排气尾管冷却水套的海水管路拆卸检查，确认管路无异常，同时测量到冷却水套温度也维持在40 ℃左右。经过与设计单位技术人员讨论分析，确定原因为海水冷却水套结构不合理，海水在水套内作短循环，无法带走更多的热量，对排气尾管冷却效果不佳。

根据此分析，本船采取以下解决方案：将原海水冷却水套的海水进出口“高进低出”改为“低进高出”，且冷却海水通过冷却水套内顶部的开孔（直径为8 mm，数量约16个）进入排气管内（见图5、图6示意图），即海水通过水套后进入主机排气管内，并与排气混合后通过排气管排舷外。

图5主机排气系统原设计

图6主机排气管冷却管系修改后设计

此排除方案在本船航行试验中验证是可行的。主机在1 000 r/min后，主机排气管出口端形成白色水雾向舷外喷出，主机转速越高喷雾效果越明显，而排气尾管表面温度最高维持在40℃左右。

4 结束语

本文主要通过修改相关系统，消除设备缺陷带来的问题，为后续及同类型船的建造验收积累宝贵经验，其它类似情况也可参考本方法。本文仅简单总结，希望对同类型船舶建造、设计以及管理提供一定的帮助。

参考文献

[1] 中国船级社（CCS）.海上高速船入级与建造规范(2012) [S]. 北京：人民交通出版社，2012．

[2] 中国海事局.国内航行海船法定检验技术规则（2011）[S]. 北京：人民交通出版社，2011.

作者简介：章振宇（1976-），男，工程师。主要研究方向为船舶建造。

收稿日期：2014-05-06