船舶汽轮机抽气器参与凝汽器背压调节的可行性研究

韩孝坤++李霏

摘 要：完善船舶汽轮机抽气器参与凝汽器背压调节工作，能够有效提升船舶汽轮机的安全系数，对促进船舶制造业的发展，具有重要作用。本文在对船舶汽轮机的抽气器参与凝汽器背压调节的特殊性进行综合阐述的基础上，分析了凝汽器中的空气含量对凝结水过冷度的影响，并提出了船舶汽轮机抽气器参与凝汽器背压调节可行性的分析方法，以期为相关人士提供借鉴和参考。

关键词：建模；背压调节；仿真模型

前言：随着社会经济的不断发展和社会生产力的进一步提高，凝汽器被广泛应用于船舶汽轮机的背压调节过程中，有效提升了船舶汽轮机的运行稳定性。但由于船舶汽轮机安装的是自流装置，一旦循环水量超过规定标准，就会导致凝汽器背压过低，影响船舶汽轮机的运行。因此，利用抽气器参与凝汽器的背压调节工作，具有十分重要的现实意义。

一、船舶汽轮机抽气器参与凝汽器背压调节的特殊性

我国船舶的汽轮机大多配有自流装置，为船舶汽轮机的凝汽器提供冷却循环水有两种途径，第一种是依靠船舶高速行进产生的自流循环水，第二种是利用循环水泵抽取的非自流冷却循环水。当汽轮机对循环水的需求较大，而自流循环水量较小时，汽轮机的凝汽器背压升高，通过向循环水泵索取冷却循环水的方式，调节凝汽器的背压，使其处于平衡状态。当汽轮机内的凝汽器对冷却循环水的需求量小于自流循环水量时，凝汽器的背压降低，无法进行对凝汽器的背压调解工作。图1为不同航行速度下，凝汽器对循环水的需求量与自流循环水量的关系图。

图1凝汽器對循环水的需求量与自流循环水量关系图

从关系图中可以直观的看出，当航行速度在20到80之间时，凝汽器所需的冷却循环水量大于自流循环水量，容易导致凝汽器的背压过低，对船舶的汽轮机运行会产生不良影响。因此，仅仅依靠自流循环水对凝汽器的背压进行调节，具有一定的局限性。

二、凝汽器中的空气含量对凝结水过冷度的影响分析

（一）空气对凝汽器背压调节的影响分析

在船舶汽轮机的凝汽器中，冷却循环水与水蒸汽之间的热量转换是一个较为复杂的过程。通常情况下，人们将反映凝结器传热性能的系数称作传热系数，传热系数有利于凝结器的合理设计，同时在对凝汽器背压调节能力的监测方面，也发挥着不可替代的功能。通过研究发现，空气是影响凝汽器传热性能最重要的因素，又因为传热系数是衡量凝汽器背压调节能力的关键，因此，可以通过控制空气含量的方式达到控制凝汽器背压调节能力的目的，从而更好地解决船舶汽轮机自流循环水量大于凝汽器所需循环水量导致的背压调节能力过低的问题。

（二）凝汽器中的空气含量对凝结水过冷度的影响分析

在利用抽气器参与凝汽器背压调节的过程中，会在一定程度上对凝汽器中凝结水的过冷度形成影响。通过抽气器调节凝汽器的背压，一旦凝结水在其作用下，出现过冷度过高的现象，会对船舶汽轮机的稳定安全运行造成不良影响，同时会导致重大的经济损失。因此，研究抽气器参与凝汽器背压调节的可行性，首先要要分析凝汽器中的空气含量对凝结水过冷度的影响。本次研究在自流循环谁调节背压的方式下进行，选取了四种不同的船速工况，并对实验数据进行了分析。结果表明，在自流工况条件下，通过抽气器参与凝汽器背压调节的方式，促进背压调节能力的平衡，对凝汽器中凝结水过冷度的影响较小。究其原因，是由于抽气器空气含量对凝汽器的换热系数具有一定的作用，使得其对凝结水过冷度的作用减弱。

三、船舶汽轮机抽气器参与凝汽器背压调节的可行性分析方法

首先，通过将凝汽器内的空气视为理想空气，并运用道尔顿分压定律和能量守恒定律，建立整体空气的分压公式和模型。整体空气的分压公式如下：

然后，在整体空气的分压公式和模型的基础上，建立凝汽器的背压调节仿真模型，并对不同工况下的自流循环水进行研究。在研究的过程中，对抽气量和循环数量进行仿真研究，得到背压结果，即抽气器的背压调节能力优于自流循环水的背压调节能力。第三，对抽气器的背压调节能力进行验证，分别抽取不同船速工况条件下的循环水进行仿真验证，求取验证结果。最后，得出验证结果。验证结果表明，船舶汽轮机的抽气器参与凝汽器背压调节工作具有可行性。

结论：通过以上研究发现，在利用抽气器参与凝汽器背压调节的过程中，通过分析凝汽器中的空气含量对凝结水过冷度的影响，采用抽气器控制空气量，能够有效降低凝汽器中的空气含量对凝结水过冷度的影响。在此基础上，通过建模仿真的方法，能够直观了解到抽气器参与凝汽器背压调节的效果。因此，在利用抽气器参与凝汽器背压调节的过程中，可以应用上述方法。

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作者简介：

韩孝坤（1990.10——）男，汉族，辽宁东港人、本科、助理工程师、研究方向：船舶动力endprint