78 m平台供应船/油回收船机舱通风系统设计

吕海燕

摘 要：本文以某78 m 平台供应船/油回收船的机舱通风系统为例，介绍机舱通风系统的设计过程，包括机舱通风量计算、管路布置、阻力计算、百叶窗等附件的设计方法。

关键词：机舱通风设计；通风量；风管；阻力

中图分类号：U664.86 文献标识码：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

船舶機舱作为全船的核心区域，汇聚了船舶的动力装置及大部分重要设备。为确保机舱部分的设备正常运行及工作人员操作维护管理方便，可靠的机舱通风系统设计是轮机设计中一项重要工作。

机舱通风需实现以下几个方面的目的：

（1）维护机舱内基本的值班工作环境；

（2）提供主柴油机、柴油发电机及其它发热设备燃烧及散热所必须的空气量；

（3）排除机舱内滞留的油气、废热等。

本文以某78 m 平台供应船/油回收船为例，介绍船舶机舱通风系统的设计。

2 通风量确定

根据ISO8861-1998的相关标准，机舱通风量的确定主要考虑两方面的因素：一是设备燃烧所需空气量；二是设备散热所需空气量。机舱总通风量至少为以上两部分之和。该船的机舱主要设备包括：2台主推进柴油机，额定功率为2 x 4 020 kW，在最大使用功率时的空气消耗量为7.5 （ m3/Hr/kW）；柴油发电机组3台，额定功率为3 X 450 kW，最大使用功率时的空气消耗量为0.699 kg/s ；2台1 100 kW的主机带动的轴带发电机。

2.1 设备燃烧所需的空气量计算

（1）推进柴油机燃烧所需空气量Qdp按下式计算：

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

式中：

Mdp—推进柴油机在最大使用功率时的空气消耗量，Mdp = 7.5 （m3 / Hr / kW）；

P —主柴油机最大持续功率时的轴功率，P = 4020 kW；

ndp—主柴油机台数，ndp=2；

（2）发电机燃烧所需空气量Qdg按下式计算：

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

式中：Mdg—发电机在最大使用功率时的空气消耗量，Mdg=0.699 kg / s；

ndg—发电机数量，正常航行时，ndg=2；

ρ—空气密度，取35 ℃时ρ=1.13 kg / m3。

（3）主空压机所需空气量Qa：

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

由此可得，设备燃烧所需空气量QC合计为：QC = Qdp + Qdg + Qa = 64 821.8 m3 / h （3）

2.2设备散热所需的空气量计算

机舱中散热设备众多，本文从主要考虑主柴油机、发电机组这两项设备的散热，其次为电气设备、排气管系等。

设备散热所需的空气量Qh按下式计算：

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

式中：Φdp —主柴油机散热量kW，；

Φdg —主发电柴油机散热量kW， ；

Φel — 电气设备的散热量kW，；

Φep — 排气管系的散热量kW，；

Φo —其它设备的散热量，kW；

Qdp —主柴油机燃烧所需的空气量，m3/s；

Qdg —主发电柴油机燃烧所需的空气量，m3/s；

ρ—空气密度，取35℃时ρ=1.13 kg / m3；

C —空气定压比热容， C=1.01 kJ / kg*K

△T — 机舱内的平均温升，△T=12.5 K；

2.2.1主柴油机散热量Φdp的计算

如果主机商不能提供确切的数据，按下式计算：

Φdp=Ldx PdpxndP = 132.66 kW （5）

式中：Pdp ——推进柴油机最大持续功率时轴的功率，Pdp= 4 020 kW；

Ld — 柴油机热损失，%。按图1计算，取0.0165；

ndP—主柴油机的台数，ndP=2。

2.2.2发电机组散热量Φdg计算endprint

Φdg=φdgxndg=50 kW （6）

式中：Φdg — 发电机的热排放，取Φdg=25 kW，（厂商提供）；

ndg — 正常航行时ndg =2。

2.2.3 电器设备散热量Φel 计算

Φel = Pg x n x 0.85 x 20%=187 kW （7）

式中：Pg—轴带发电机的功率，每台Pg =1 100 kW；

n —轴带发电机数量，n=1。

2.2.4 排气管散热量Φep计算

（1）主机排气管散热量

主机排气管管径DN700 mm，绝缘厚70 mm，从图谱查出每米排气管的散热量为0.5 kW/m；

主机排气管长度28 m，故2台主机排气管散发热量为28 kW。

（2）发电机排气管散热量

发电柴油机排气管管径DN200 mm， 绝缘厚50 mm，每米排气管的散热量为0.25 kW/m，发电机排气管长度30 m，故2台发电机排气管散发热量为15 kW.

因此，排气管系的散热量合计Φep =28+15=43 kW.

2.3 机舱所需总通风量计算

QTV= QC +Qh =183 946.8 m3/h （8）

3 机舱通风系统设计

该机舱通风系统设计依据：BV（必维船级社）规范、LLC《国际载重线公约》以及SOLAS《国际海上人命安全公约》等。

3.1 通风方式的选择

舱室的通风有以下几种方式：机械送风机械排风；机械送风自然回风；自然送风机械排风方式；自然通风方式。根据ISO8861-1998要求，机舱通风设计需维持机舱稍微有正压，通常正压不超过50 Pa，因此该船设计采用机械送风自然回风方式，即采用机舱机械送风、机舱（烟囱棚）自然回风方式。因此，选用2台等风量的风机用于机舱送风（每台风机满负荷时风量约为92 000 m3/h）。为满足不同工况需求，采用双速风机，考虑到机舱释放CO2后的排风需求，其中一台风机采用可逆型式。另外，为了满足效率高、体积小、方便正反转等特点，机舱风机选择轴流风机。

3.2 机舱主通风管路设计

机舱属机械处所，其通风道在经过其他舱室时需考虑防火问题。另外，考虑到机舱内电缆、水管、油管等管线众多，因此机舱通风道主要采用结构风管型式，以满足布置及防火需求。

主甲板以上部分结构风管布置在上层建筑的两侧，该风道截面的设计是将风速控制在最高8 m/s左右，以降低风道内噪音对上层建筑的影响。在结构风道中，由于船体结构布置的原因，风管的走向不可能全部顺畅，有些位置甚至拐弯比较多，造成局部通风面积不够，例如甲板结构开孔偏小，造成局部风速达25 m/s。为解决这一问题，在满足强度要求及不改变其他专业布置的情况下，将该结构风管根部（甲板下）舱壁由垂直改为倾斜，局部扩大面积，以降低风速使风道畅通，见图2。

主甲板下部机舱内的风道主要作用是将风送至机舱内各个场所，其目的如下：提供主机、辅机等设备在运行时需要的燃烧用空气；带走机舱设备运行时散发的大量热量；带走机械设备散发的各种油气等危险气体；给工作人员提供呼吸用的新鲜空气。 因此需从总管上分出各支风管至上述位置，这些支风管大小须按风量风速设计，通过前面的风量计算，各主要设备所需的风量分别是：主机约110 000 m3/h；发电机约60000 m3/h；轴发约18 000 m3/h；其他约7000 m3/h。由于该船机舱比较小，设备较多，机舱分为上下两层结构：机舱上层风管主管中的风速，推荐风速12～20 m/s；然后依次确定其后各段主管和分管中风速。一般风量每次降低10%、风速约降低0.5 m/s，将各支风管内的风速控制在8 m/s左右。由于风量及风管尺寸较大，这些支风管均采用至少3 mm的黑铁皮制作，以满足强度要求，避免风管强度不够产生振动及噪声；机舱下层风管由于结构的限制，直接在上层主风管所到达的机舱下层甲板前后四个角的位置安装4台相当风量的送风机，以保证机舱下层通风，具体布置见图3。

3.3 送风管路上风口设计

该船送风口采用的是不可调节的线网式风栅形式，主要考虑到该型风栅有效通风面积较大，若采用传统的槽式结构通风栅，其有效通风面积小，同样数量的风栅后者出风口风速较大，若为降低风速而增多风栅，则又不经济。通风栅的数量应将机舱内的送风口风速控制在6 m/s以下，达到相关要求。

3.4 机舱进/出风口

机舱风机室上部结构风道主要用于安装送风百叶窗，根据LLC规范：在“位置1”的通风筒，其围板高出甲板以上4 500 mm；在“位置2”的通風筒，其围板高出甲板以上2 300 mm。所谓“位置1” -指在开敞的干舷甲板和后升高甲板上，以及位于从首垂线起船长四分之一以前的开敞上层建筑甲板上；“位置2”- 指在位于从首垂线起船长四分之一以后的上层建筑甲板上。

该船设计共用4个1 500 mm×1 400 mm无门固定百叶窗分别向两个风机供风。根据SOLAS公约，应设有供天窗开启和关闭、在烟囱上正常排气通风开口关闭和通风挡火闸关闭用的控制装置，因此烟囱上的回风百叶窗采用无门但百叶可关闭的形式。综合风速、百叶窗叶片数量等考虑，设计采用2个大小为2000 mm×1550 mm的气动百叶窗，并在驾驶室能控制其开闭。根据本人多年的设计经验，只要百叶窗的面积大约是风机通风面积的1.8～2倍就可满足通风要求。

3.5 风机噪声和震动的消除

由于风机尺寸较大，噪声也比较大，所以造成机舱的噪声及上层建筑的噪声均比较大。为了改善这种状况，在送风机下方加消音器，以减少风机噪声对住舱的影响。同时，为了减少风机的震动，在风机下方安装有减震器，如图4。

另外，在结构风管一些拐角的地方，加了有一定弧度的导流板。

3.6 机舱风机可闭风闸及烟囱百叶窗

按BV规范要求，在机舱释放CO2的情况下，应能迅速切断机舱内的通风系统；另外，由于机舱风机风闸及烟囱百叶窗的尺寸较大，手动操作比较困难，因此本通风系统上的烟囱百叶窗、机舱风机上的风闸均设计成气动形式，气源为压缩空气，来自应急速关阀空气系统，供气时保持开启状态，断气时关闭，并能在驾驶室遥控，驾驶台可显示开关状态并能遥控启/闭。

3.7 风管阻力的计算

风机压力根据风管系统的阻力计算确定。一般风机的静压为400 Pa～500 Pa，这样使风管尺寸及电动机功率都不致过大。进行通风管道计算时，必须确定压力损失，包括局部阻力损失和摩擦阻力损失，由于通风管道短而且曲折多，所以局部阻力损失比较大。

（1）局部阻力损失

△Pi=ξx （V2 xρ） / 2 （9）

式中： △Pi—管件阻力损失，Pa；ξ— 局部阻力系数，可查表求出； ρ—空气密度，取35 ℃时ρ=1.13 kg/m3；V —流速，m/s。

（2）摩擦阻力损失

可根据风管的形状、风量和直径，从标准图谱中查出。

4 结 语

本文通过介绍船舶机舱通风系统的设计流程，阐述了机舱通风系统在详细设计阶段的风量计算、风管的设计、阻力计算以及设计过程中应当注意的问题，对船舶通风系统设计具有一定的参考价值。该系统最终通过了系泊试验，并在航行实验阶段运行良好。但是，由于受空间限制，该船机舱风机的布置围井偏小，如果布置位置允许，应该给风机尽可能大的空间，以利于安装风机和消音器以及改善通风效果。

参考文献

[1] ISO 8861-1998. 机舱通风要求及计算.

[2] 船舶设计实用手册（轮机分册）[M]. 2002.

[3] LLC，国际载重线公约[1966].endprint