船用燃气轮机箱装体装置性能测试项目及程序

钟 毅，陈鹏宇

(海军驻上海地区舰炮系统军事代表室，上海 200135)

燃气轮机箱装体具有隔声、隔热、抗冲击、气密性好、安装维修方便、适于快速换装等显著优点。上世纪五十年代中期，国外就已经开始了燃气轮机箱装体技术的研究。我国在这方面的研究起步比较晚，为缩短我国与欧美发达国家在此项技术上的差距，国内很多学者对燃气轮机箱装体技术进行了研究。盛感瑜等[1]用有限元法对英国SM1A燃气轮机箱装体底架的刚度、固有频率与振型、强迫振动位移响应以及底架工字型截面参数的优化进行了计算分析，讨论了多自由度系统振动的特点。王平团等[2]介绍了一种对船用燃气轮机抗冲击性的数字仿真技术评估方法，通过对在冲击载荷下的船用燃气轮机有限元模型进行仿真计算分析，得出燃气轮机抗冲击能力临界线，对其冲击安全性进行了评估。赵雄飞等[3]针对中小型燃气轮机试验台主设备基架结构设计可行性和螺栓连接结合面钢化模型适用范围等问题，对不带箱装体燃气轮机机组、带箱装体燃气轮机机组以及水力测功器机组载重状态下基架结构动力学特性等方面进行了有限元分析，对机组载重状态以及螺栓连接结合面的处理方法进行了归纳，提出了将质量单元法应用到机组载重状态的模拟中以及将弹簧单元法和钢化模型技术应用到螺栓连接结合面的模拟中的建议。

1 箱装体的功用

箱装体结构的使用可以较大程度的提高船用燃气轮机的战术技术性能，其具体作用体现如下。

1)增强了机组可靠性。由于箱装体是在工厂车间内装配，有较好的工作环境以避免灰尘和异物侵入，保证了其内部的清洁，少数需与外界联接的接头也在工厂内封好。

2)隔声。通过在箱体上采取的隔声、消声措施来隔离和控制燃气轮机工作时的噪声，使箱装体外的噪声达到可以接受的水平。

3)隔热。箱装体采用的壁板结构和通风系统保证了燃气轮机的热量尽可能少地辐射到机舱内，保证机舱有较低的环境温度。

4)气密性。箱装体具有良好的水密、气密性和耐压性，使燃气轮机在机舱进水时仍能运行。在核战争、生物战争和化学战争中，能够有效地防止“有害”空气污染机舱。

5)抗冲击。箱装体是一个承力、减震、抗冲击的综合系统，能承受规定的冲击载荷。

6)灭火。箱装体内设有灭火系统，能自动探测火情并报警，使灭火系统投入工作。

7)加温。箱装体内有电加热器，可防止箱装体内燃气轮机相关部件结冰，并保证箱体内温度适于维护保养。

8)快速换装、便于维护和保养。根据箱装体的功用可知，在箱装体装置性能测试中，应进行冷却空气设施检查、密性考核、减噪能力试验、罩壳外表面温度测量、灭火系统试验等测试项目。

2 齐套性和密性检查

燃气轮机如带有箱装体，其上应设置与主机舱通风无关的、从露天引入冷却空气的设施；箱装体应有足够的气密性，工作时箱装体内应有一定的真空度，具有“三防”密封作用。一般型号研制要求中规定，在机舱淹没至燃气轮机轴线最低点以上某一高度时，燃气轮机箱装体具有水密功能，箱装体内设备可以运行一段时间，由于箱装体在出厂后已经完成装配，该项检查在型号性能试验阶段进行是比较困难的，所以一般采用分析考核。

3 减噪能力试验

舰船设备级别划分为A、B、C、D、E、F级，是指分别安装在舰船A、B、C、D、E、F类区域内的设备。其中F类是指对语言清晰度没有要求，但在不配听力保护设施时，保证舰员听力不被损伤的高噪声舱室或处所，包括主、辅机舱，主锅炉舱，火炮部位，液压站。F级设备空气噪声限值应满足表1的要求。

表1 F级设备空气噪声限值

设备空气噪声测量按GJB4058-2000《舰船设备噪声、振动测量方法》进行。

3.1 测量条件

测量场所应尽量选择除地面外无反射条件的场所。测点到设备的距离为1倍和2倍测量距离长度时，其A级设备噪声值(A声压级)的差值应不小于5 dB；若不能满足上述条件，应对测量结果进行环境修正。测量表面上各测点背景噪声的A声压级平均值，应比设备或标准声源工作时的平均值低4 dB以上。如果测倍频带声压级，则每倍频带声压级均应符合此要求。测量时，测点处空气流速应低于5 m/s。当空气流速大于1 m/s时，传声器上应加防风罩。

3.2 测量方法

设备噪声测量方法包括声压法测定声功率级、声强法测定声功率级和声压法测定声压级3种，本文仅介绍声压法测定声功率级。

确定基准体尺寸时，可以不考虑对辐射噪声影响不大的凸出部分。测量表面与基准体各对应面相平行，间距为d。测量距离一般取1 m。测点应均匀分布在测量表面上。根据基准体的大小和噪声辐射的空间均匀性确定测点位置和数量。当设备噪声辐射指向性较强，造成相邻测点上声压级相差5 dB以上或因设备基准体尺寸较大使测量表面上测点间距超过2d时，则应增加测点数量。当设备噪声辐射指向性较均匀时，只要通过初步测定说明减少声功率级的影响不大于1 dB，则可适当减少测点数。所有增加测点和附加测点以及减少测点和代替测点等情况均应在试验记录中说明。增加或附加测点后若测点分布不均匀应按不相等面积计算方法求取测量表面平均声压级。

3.3 数据处理

(1)

(2)

式中:S为等效测量表面积，m2；Si为第i点所占有的测量表面积，m2。

2)声功率级的计算。

声功率级可按式(3)进行计算：

(3)

式中：Lw为声功率级或频带声功率级，dB(基准值为：1pW)；K2为环境修正系数；S0为面积基准值，S0=1 m2。

等效测量表面积按式(4)计算：

S=4(ab+bc+ca)，

(4)

式中：a为1/2的基准体长与测量距离之和，m；b为1/2的基准体宽与测量距离之和，m；c为基准体高与测量距离之和，m。

4 箱装体灭火系统试验

箱装体灭火系统系泊试验项目有畅通性检查、温度探测器功能试验、火焰探测器功能试验和监控箱功能试验。

4.1 畅通性检查

试验前用压缩空气对卤代烷灭火系统管路和喷嘴进行畅通性试验，空气应均匀地从所有的喷嘴内喷出。试验前、后测量电气设备的绝缘电阻。

4.2 温度探测器功能试验

1)火灾报警试验。加热温度探头至规定值以上，监控箱面板上指示“温度探测器报警”,同时输出“温度探测器报警”触点信号，监控箱上的相应指示灯应亮，并在相关部位发出声光报警。转动钥匙键至“复位”位置，上述信号均消失。

2)温度探测器的断路试验。从温度探测器接线端拆掉一根线，监控箱面板上指示“温度探测器故障”,同时输出“集合故障报警”触点信号，并在相关部位发出声光报警。接通刚才的断线，上述故障信号消失。

4.3 火焰探测器功能试验

1)火灾报警试验。将模拟火源移至距火焰探测器规定范围内，并保持一定时间，监控箱面板应指示“火焰探测器报警”，监控箱输出“火焰探测器报警”触点信号，并在相关部位发出声光报警。监控箱“复位”后，上述故障信号应消失。

2)火焰探测器的断路试验。将火焰探测器电缆接头断开模拟断路，监控箱面板应指示“火焰探测器故障”，监控箱输出“集合故障报警”触点信号，并在相关部位发出声光报警。重新连接电缆接头，上述故障信号应消失。

4.4 监控箱功能试验

1)监控箱钥匙键在“运行”位置的试验。监控箱钥匙键在“运行”位置的试验包括卤代烷容器故障试验、施放电路故障的测试(电启动器)、机旁施放模拟试验和遥控施放模拟试验。具体实施流程可参考GJB6850-2009《水面舰船系泊和航行试验规程》。

2)监控箱在“测试”位置的试验。监控箱在“测试”位置的试验包括试灯功能、卤代烷容器故障的试验、机旁施放试验和遥控施放试验。

3)监控箱主副电源转换试验。断开主电源，监控箱应发出主电源故障报警信号，同时副电源(备用电源)应自动接通。

4.5 记录

表2为燃气轮机箱装体灭火系统功能试验记录表，将4.2～4.4的测试结果填入表2。

表2 燃气轮机箱装体灭火系统功能试验记录表