機(jī)艙誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)

柴鎮(zhèn)江

（海軍駐滬東中華造船(集團(tuán))有限公司軍事代表室，上海 200129）

機(jī)艙誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)

柴鎮(zhèn)江

（海軍駐滬東中華造船(集團(tuán))有限公司軍事代表室，上海 200129）

誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)是沒有矩形風(fēng)管的通風(fēng)系統(tǒng)，這降低了能耗，節(jié)省成本，具有極佳的氣流組織，避免短路和消除通風(fēng)死角，提高通風(fēng)效果，符合現(xiàn)代社會(huì)向集約型、環(huán)保型高效性發(fā)展的要求，未來必將有良好的發(fā)展前景。

誘導(dǎo)通風(fēng)；噴嘴；射流；機(jī)艙通風(fēng)

0 引言

誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)主要由射流噴嘴、撓曲軟管、螺旋風(fēng)管及高壓誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)組成，系統(tǒng)簡單，成本低，通風(fēng)效果好，尤其適用于船舶機(jī)艙、貨艙、車庫及大型場館建筑物的送風(fēng)。我國自行設(shè)計(jì)建造的某型護(hù)衛(wèi)艦和某型號破冰船，機(jī)艙就采用了這種先進(jìn)的誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)。

1 工作原理

誘導(dǎo)通風(fēng)是根據(jù)動(dòng)量守恒原理，利用少量高壓空氣通過高速噴嘴向自由空間噴射成束的氣流，由于氣流本身的粘性和湍流橫向脈動(dòng)，不斷誘導(dǎo)和卷吸周圍靜止的空氣，使射流沿軸線方向橫截面不斷擴(kuò)大，帶動(dòng)周圍大量空氣在無風(fēng)管的條件下，沿指定路線流動(dòng)，將空氣輸送到人們所期待的區(qū)域，誘導(dǎo)比可達(dá)1:20。所以，誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)是機(jī)艙、貨艙等空間提高通風(fēng)效率和降低成本的最佳選擇[1]。

艦船機(jī)艙的誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)，通常采用軸流通風(fēng)機(jī)或離心通風(fēng)機(jī)，通過風(fēng)道先向機(jī)艙輸送足夠的新鮮空氣。然后，由設(shè)置在機(jī)艙內(nèi)的誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)，將新鮮空氣直接輸送到機(jī)艙主輔機(jī)需要的燃燒區(qū)域和人員的操作區(qū)域，以消除余熱和排除廢氣的區(qū)域。誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的小型高速離心風(fēng)機(jī)，通過連接在小型螺旋風(fēng)管上的多個(gè)小型噴嘴，向調(diào)定的不同方向噴出高速射流，引導(dǎo)大量空氣沿設(shè)計(jì)的路線流動(dòng)，輸送到指定的任何場所。

圖1為誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)示意圖。由系統(tǒng)的4只噴嘴向不同方向噴出的氣流引導(dǎo)空氣沿著設(shè)定的路線流動(dòng)，從而取代傳統(tǒng)的矩形風(fēng)管。

圖1 無風(fēng)管的誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

2 噴嘴結(jié)構(gòu)

可撓式射流噴嘴組是誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的主要部件，由噴嘴、軟管、調(diào)風(fēng)門組成，按照國外的經(jīng)驗(yàn)，噴嘴材料一般為ABS樹脂，外表面鍍鉻，氣流變截面后，加快流動(dòng)速度，向噴嘴外噴射出成束的氣流。調(diào)風(fēng)門的材質(zhì)為不銹鋼SUS304，用于調(diào)節(jié)空氣流量的大小，使風(fēng)量符合設(shè)計(jì)要求；軟管材質(zhì)也是不銹鋼SUS304，連接調(diào)風(fēng)門與噴嘴，可按照設(shè)計(jì)要求或現(xiàn)場情況進(jìn)行彎曲，改變氣流方向。

噴嘴是誘導(dǎo)通風(fēng)的關(guān)鍵部件，噴嘴可以是圓形或矩形等型式，由于國內(nèi)外對圓形噴嘴試驗(yàn)較多，技術(shù)上較成熟，所以一般都使用圓形噴嘴，其最大特點(diǎn)是紊流系數(shù)小，射程遠(yuǎn)，速度衰減慢。目前我們采用的噴嘴，紊流系數(shù)、射程、速度衰減等指標(biāo)，特別適用于機(jī)艙面積狹小、設(shè)備擁擠、管系復(fù)雜、阻擋物多和發(fā)熱量大的特殊環(huán)境，在艦上使用后取得了良好的效果。

噴嘴的射程是指沿著噴口的中心軸線，從噴口到氣流風(fēng)速等于0.2m/s左右截面的水平距離，設(shè)計(jì)時(shí)按要求射程來確定送風(fēng)風(fēng)速和噴嘴直徑。射流的形狀，主要取決于噴嘴的位置、噴口的直徑、噴口的風(fēng)速、噴口的角度及送風(fēng)溫差，也與機(jī)艙內(nèi)設(shè)備的布置情況、回風(fēng)口位置等密切相關(guān)。噴嘴的長度一般為噴口直徑的1.6倍左右，側(cè)角不大于15°。噴嘴形狀的形狀如圖2所示。

可撓式射流噴嘴組安裝簡易快捷，將噴嘴組調(diào)風(fēng)門帶橡膠密封圈的端口插入風(fēng)管，用3只φ3mm不銹鋼鉚釘均布固定，接縫外包扎密封膠帶或?qū)Ｓ貌讳P鋼抱箍，確保不會(huì)漏風(fēng)。風(fēng)管接口處還需設(shè)置固定支架，支承整個(gè)射流噴嘴組的質(zhì)量，使之在調(diào)整射流方向時(shí)反復(fù)撓曲后，仍能牢固可靠，不發(fā)生震動(dòng)。當(dāng)安裝其他設(shè)備需要焊接或切割操時(shí)，應(yīng)采用防火材料覆蓋好噴嘴組，避免損壞指示牌。

圖2 噴嘴形狀

3 噴嘴的主要特點(diǎn)

1)噴嘴的射流帶動(dòng)氣流，在噴嘴的接力傳遞下，通過調(diào)整噴口噴射角度，控制這些沒有風(fēng)管的氣流沿著設(shè)計(jì)的方向流動(dòng)與分布，稀釋并吹走任何角落的污濁空氣和有害氣體，消除機(jī)器散發(fā)出的余熱，改善氣流短路現(xiàn)象，保持環(huán)境的清潔，得出最終優(yōu)化方案，提高通風(fēng)效率。

2)系統(tǒng)中有較多噴嘴同時(shí)工作，可取代主機(jī)艙、輔機(jī)艙及分油機(jī)間、修理間、倉庫等的主風(fēng)管。當(dāng)機(jī)艙主風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，誘導(dǎo)系統(tǒng)仍可保持空氣流通。

3)采用誘導(dǎo)系統(tǒng)時(shí)，可取消很多傳統(tǒng)的風(fēng)管，剩下的風(fēng)管變得短而直，阻力損失小，意味著主風(fēng)機(jī)降低功率消耗，節(jié)省運(yùn)營成本。

4)現(xiàn)代先進(jìn)的艦船，機(jī)艙面積所占比例越來越小，

設(shè)計(jì)師千方百計(jì)嘗試縮減機(jī)艙輔助設(shè)施，與此同時(shí),越來越大的主機(jī)用于滿足更高速度的需求，而粗大笨重的風(fēng)管縱橫交錯(cuò)，密密麻麻，擁擠不堪，占了很大的空間。一旦取消這些占用空間最多和安裝最麻煩的風(fēng)管，留出空間，有利于機(jī)艙設(shè)備的合理布置，有利于其他管系及電纜的安裝。誘導(dǎo)風(fēng)管管徑很小，也可在其他管系安裝完畢后的施工后期安裝，有利于縮短艦船的建造周期。

5)誘導(dǎo)系統(tǒng)空氣通過冷卻器或加熱器，還可用于調(diào)節(jié)艙室的溫度。

6)誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)降低風(fēng)機(jī)的電力消耗，取消了絕大部分粗大笨重的風(fēng)管，節(jié)省建造成本，改善通風(fēng)效果，提高環(huán)境舒適度，符合現(xiàn)代社會(huì)向集約型、環(huán)保型、高效性發(fā)展的要求。

目前，國內(nèi)建筑物的地下車庫大多采用誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)，取消了風(fēng)管，降低了層高，節(jié)約了土建費(fèi)用，提高了通風(fēng)效果。一些艦船的機(jī)艙也開始采用誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)。

圖3為誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)示意圖。

圖3 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

與陸地上的地下車庫或大型場所建筑物相比，船舶機(jī)艙的面積非常狹小，誘導(dǎo)通風(fēng)的風(fēng)量比較小，噴嘴不需太大，一般φ36、φ42mm就能基本滿足風(fēng)量要求。噴嘴口的射流軸心流速、每個(gè)噴嘴的射流風(fēng)量、射流射程則決定于噴嘴的結(jié)構(gòu)形狀。因此，合適的噴嘴結(jié)構(gòu)是誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)至關(guān)重要的設(shè)備，噴嘴之間的距離應(yīng)經(jīng)過嚴(yán)密的計(jì)算。

噴嘴的噪聲隨流速的增加而增大，當(dāng)流速高達(dá)40m/s時(shí)，實(shí)測噪聲為60dB(A)左右。

噴嘴的阻力損失也隨流速的增加而增大，實(shí)測值在20Pa～80Pa之間。由于高壓風(fēng)機(jī)的靜壓在 1500Pa～2000Pa，噴嘴的阻力損失相對還是非常小的。

4 與國外的比較

圖4為國外某船機(jī)艙誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)布置實(shí)況。中間的藍(lán)色螺旋風(fēng)管上，安裝著多個(gè)向不同角度噴射的噴嘴，引導(dǎo)空氣按照設(shè)計(jì)路線流動(dòng)。螺旋風(fēng)管是誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)不可缺少的組成部分，它連接高壓誘導(dǎo)通風(fēng)機(jī)和噴嘴，為噴嘴提供噴射用的高壓空氣。螺旋風(fēng)管和風(fēng)管附件全部機(jī)械化生產(chǎn)，內(nèi)表面光滑、阻力小、質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、耐腐蝕，連接處密封性好，適用于高壓通風(fēng)系統(tǒng)。與螺旋風(fēng)管配套的定型三通、彎頭、異徑接頭等附件，外形美觀、安裝極其方便。

圖4 國外某船機(jī)艙誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)布置實(shí)況

5 實(shí)測結(jié)論

在誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)中，噴嘴噴出氣流的速度和噪聲，是否會(huì)影響船員的工作與健康，中船重工701研究所的實(shí)測結(jié)論為：1)在不同流量的空氣射流離開噴嘴后，軸心風(fēng)速快速衰竭，隨著射流射程的增大而繼續(xù)減小，距噴嘴口1m～1.5m處的射流軸心風(fēng)速，已衰竭到滿足艙內(nèi)人員的安全工作條件下的風(fēng)速要求；2)在不同流量的空氣射流條件下，單個(gè)噴嘴出口的噪聲值均較低。即使由大量噴嘴組成的空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)，其噪聲迭加值絕不會(huì)超過85dB(A)，完全滿足機(jī)艙噪聲控制的要求。

6 發(fā)展方向

目前，船舶機(jī)艙誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)在我國尚處于起步階段,。由于誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)具有降低風(fēng)機(jī)能耗，節(jié)約建設(shè)成本，提高環(huán)境的舒適度等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合未來社會(huì)的發(fā)展要求，以后必將在船舶上得到應(yīng)用。

當(dāng)前還需要對射流氣流組織的計(jì)算、氣流軸心溫度和軸心速度的分布、多股平行射流的相互影響、管系與阻擋物對射流的影響、射流有效作用范圍的界定和射流通風(fēng)系統(tǒng)的劃分等一系列問題，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的研究，以便使這一適應(yīng)時(shí)代潮流的先進(jìn)技術(shù)，盡快得到廣泛應(yīng)用。

[1] 趙承慶, 姜 毅. 氣體射流動(dòng)力學(xué)[M]. 北京: 北京理工大學(xué)出版社, 1998.

Jet Inducing Ventilation System for Engine Room

CHAI Zhen-jiang
(Navy Representatives Office at Hudong-zhonghua Shipbuilding Co., Ltd., Shanghai 200129, China)

The jet induction ventilation system does not have rectangular duct ventilation system, which can reduce the energy consumption and the cost, and the airflow distribution is excellent. The system can avoid short circuit and eliminate ventilation dead angle and improve the effect of ventilation. The system can also conform to the modern society to intensive, environmental protection,the demands of development of high efficiency, which have good prospects for the development.

jet induced ventilation; nozzle; jet; engine room ventilation

U662

A

柴鎮(zhèn)江（1966-），男，高級工程師。研究方向：艦船輪機(jī)工程。