某船主机海水冷却系统故障分析及应对措施

江贤志+张泽基+谭健

（1.中船桂江造船有限公司，梧州 543004；2.中船黄埔文冲船舶有限公司，广州 500715）

摘 要：本文对某船航行试验出现的主机海水冷却系统故障现象，进行分析排查，并提出了有效的应对措施，为其他类似船型设计及建造提供经验。

關键词：主机海水冷却系统；流动阻力；故障分析

中图分类号：U664.85 文献标识码：A

1 前言

某型公务船航行试验时，出现主机海水进口管段真空度超差现象，经过深入分析，确定了产生该故障的主要原因是由于主机海水进口管段的阻力太大造成。流动阻力包括沿程阻力和三通、弯头、阀门、变径等产生的局部阻力，根据该管段流阻构成情况，我们提出了针对性的改进措施，顺利地排除了故障，保证主机正常工作，可为其他相似船型设计及建造提供借鉴。

2 故障情况

某型公务船进行航行试验时，出现主机海水进口管段真空度超差现象。主机在最大功率运行时，冷却海水进口管路的真空压力达到了-0.06 MPa，超出了该主机的要求（主机允许范围为+0.05 Mpa～-0.02 Mpa），并且主机海水进口的挠性接头也出现了被严重吸瘪的现象（图1）。

3 故障原因分析及应对措施

3.1 管段流动阻力计算及分析

针对出现的问题，首先从理论上进行分析和判断。流动阻力产生的原因与影响因素主要有：（1）因流体具有粘性，流动时存在内摩擦是流动阻力产生的根源；（2）固定的管壁或其它形状固体壁面，促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件。所以流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况、管径及壁面的形状等因素有关。

流体在管路中流动时的阻力可分为直管阻力和局部阻力两种：直管阻力是流体流经一定管径的直管时，由于流体内摩擦而产生的阻力；局部阻力主要是由于流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力。

流体流经管路、阀门等局部地方所引起的能量损失（或软阻力损失），采用当量常度法计算，可写成如下形式：

（1）

式中：le—管件或阀门的当量长度，可从相应的共线图查得；

u—流体流经管路的流速；

d—管子通径；

λ—摩擦阻力系数，它是雷诺数与管壁粗糙度的函数。

柏努利方程式中，能量损失Σhf项是指管路系统的总能量损失，它既包括系统中各段直管阻力损失hf，也包括系统中各种局部阻力损失hf，即

（2）

管路系统中的总阻力损失，是管路上全部直管阻力与局部阻力之和.这些阻力可以分别用有关公式进行计算。对于流体流经直径不变的管路时，如果把局部阻力都按当量长度的概念来表示，则管路的总能量损失为：

（3）

式中：l—管路系统各段直管的总长度；

Σle—管路系统全部管件与阀门等的当量长度之和。

根据以上公式，对修改前和修改后的主机冷却水管段总阻力计算结果比对如表1所示。

3.2 计算结果分析及故障排除措施

从表1计算结果可以看出，管道内的流动阻力与摩擦系数、管段长度、各种管路附件与阀门的当量长度、管道内径、流速等因素有关，其中以流速的影响最为显著。因此，为保证主机能够吸入足够的冷却海水，必须采取办法尽量降低流动阻力，减少管段内的真空度。

修改前的主机海水冷却管路示意图见图2。

（1）首先，采取办法尽量减少管程流动阻力、弯头阻力、阀门流动阻力。为此，减少管道弯头数量、缩短管路长度、并将流阻较大的截止止回阀改为流阻较小的蝶阀。通过采取以上改进措施后，重新试验时测得在主机在最大功率时其冷却海水进口管路的真空度有所降低（从-0.06 Mpa降为-0.04 Mpa），但仍然超出了该主机的要求，且冷却海水进口的挠性接头局部仍被吸瘪，还不能满足主机使用要求。

修改后的主机海水冷却管路示意图见图3。

（2）加大主机海水冷却管的直径，把影响管道流动阻力最大的因素---流速降下来，将主机海水冷却管的管径由DN150 mm改为DN200 mm。管径改为DN200 mm后，管内流速降至1.78 m/s。经过再次动车试验测得在主机在最大功率时其冷却海水进口吸入管路的真空度降为-0.017 MPa，达到了主机对于吸入真空度（+0.05 Mpa～-0.02 Mpa）的要求，海水进口的挠性接头也不再出现被吸瘪的现象，主机其它运转参数正常，主机工作良好。

4 结语

设计主机冷却海水管系时，流速一般不宜超过2 m/s。可先按流速V=2 m/s进行计算，根据所得数据与常用的管子通径规格比较就近取值，按较大的通径选取。

工程实践过程中，理论计算用于指导分析和排除系统故障可起到较好作用。本船航行试验出现主机海水进口管段真空度超差现象后，我们根据对管道流动阻力的构成和影响因素进行研究分析，并按照各种因素影响的大小，有针对性地采取改进措施，最终顺利排除了系统的故障，可为类似船型设计及建造提供经验及参考。

参考文献

[1]钱汝鼎.工程流体力学[M].北京航空航天大学出版社，1982.

[2]中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册-轮机分册[M].国防工业出版社，2002.

[3]《轮机工程手册》编委会.轮机工程手册[M].人民交通出版社，1994.