3800TEU集裝箱船艙底水泵選型分析

于揚春，蔣烈文

(上海船廠船舶有限公司，上海 200082)

0 引言

艙底水系統是船舶的重要組成部分，其功能是將艙底積水排出舷外（機器處所的艙底水經過處理后排出），而且在應急情況下，依靠它來排出由于船體破損而大量進入的海水。公司為德國漢堡公司建造的3800箱集裝箱船是按德國勞氏船級社(以下簡稱“GL”)規范建造，根據輪機工程手冊，艙底水泵的壓頭（揚程）一般為0.2MPa～0.3MPa，大型船舶艙底水泵的壓頭為0.5MPa，而兼著消防泵時其揚程一般為0.5 MPa～0.8MPa（50m～80 m）[1]。本文通過該船實船方案設計階段的分析，對艙底水泵選型進行了計算和分析。

1 技術參數

本船垂線間長Lpp為228m，船寬B為37.30m，至艙壁甲板的型深D為19.60m。

2 艙底水泵選型計算

2.1 艙底水泵數量及流量確定

根據GL船級社規定：

其中，d1為艙底水總管的計算內徑。因此，d1=211.9mm。取艙底水總管φ273×9.5mm。

2.2 艙底水泵的排量

每臺艙底水泵必須能傳送：

其中，Q為最小排量，m3/h；dH=d1為艙底水總管的計算內徑，mm。

根據規范，一般大于2000總噸的貨船選擇兩臺獨立驅動的有自吸能力或帶自吸裝置的艙底泵。故該船選取兩臺獨立動力帶自吸裝置的艙底水泵。

2.3 艙底水泵的壓頭計算

泵是用來提供液體機械能的一種機械，按用途可以分為輸送液體為主的輸送泵和以能量傳遞為主的液壓泵。艙底水泵作為一種輸送泵，其揚程選擇主要是由總流能量方程（伯努利方程）來確定，具體如下：

其中：

位置高度z是給定值；重度γ可根據密度ρ由公式γ=ρg計算得出；流速v可由流量Q和管徑d得出:；沿程水頭損失;局部水頭損失；動能修正系數α在紊流時通常為1，層流時則為2，由于層流的情況比較少，故工程上通常取為1。

因此，泵所產生的揚程主要是用于克服吸、排管路間的壓力差 、高度差 與管路阻力∑h，即：。

3 管路阻力的計算

3.1 液流流態判斷及沿程阻力系數的確定

沿程阻力系數通常與流態、壁面狀況、斷面特性等因素有關。液流流態是通過雷諾數來判斷，雷諾數為：

其中，v為管道中平均流速；d為管道直徑； 為運動粘度。

臨界雷諾數為：

由于臨界流速有兩個，因此臨界雷諾數也有兩個，即上臨界雷諾數和下臨界雷諾數。試驗發現上臨界雷諾數易受外界干擾，數值不穩定，下臨界雷諾數卻是個比較穩定的數值。因此一般以下臨界雷諾數作為判別流態的標準，試驗得到管流的下臨界雷諾數為Rec=2320。

當管中Re小于Rec時，管中液流為層流；當管中Re大于Rec時，管中液流為紊流。圓管的沿程阻力系數λ的確定分以下三個區進行[4]：

1）當Re小于2320時，液流流態為層流，沿程阻力系數λ=64/Re；

2）當2320≤Re≤4000時，流態不穩定，處于臨界狀態，流態由層流開始轉變為紊流，沿程阻力系數由扎依欽科經驗公式求得λ=0.0025Re1/3；

3）當Re不小于4000時，流態為紊流，沿程阻力系數由柯列布魯克公式求得：

其中，△為管材當量粗糙度。

3.2 局部水頭損失計算

各種局部阻力損失的形式雖然不同，但造成損失的物理因素是相同的，都可以用來表示。局部阻力系數很難從理論上得出數據，一般都是通過實驗測得，可以從相關的手冊中直接查到。一般對于船舶來說，艙底水的排出是經由污水井、泥箱、截止止回閥、艙底水泵、截止閥、舷旁截止止回閥等而排出舷外的，而管路中的閥附件、彎頭等是局部阻力造成的重要因素，本船艙底水總管為Φ273×9.5mm（及通徑DN250），由設計手冊中查出泥箱的局部阻力系數ξ1=2.6，截止止回閥ξ2=2.5，截至閥ξ3=2.1。由于管路走向要具體放樣才能確定，粗略估算為兩個彎曲半徑為3倍內徑的90°彎頭和25°左右的折角彎，其局部阻力系數ξ4=1.5[5]，因此：

3.3 管路總阻力

其中，k為富裕系數，取k=1.5，故∑h=1.5×（2.04+4.25）=9.5m。

3.4 泵的揚程估算

4 結束語

本文通過3800TEU艙底水泵選型計算和分析，明確了泵的選型需要注意船檢社的要求以及實船對泵的流量和壓力的要求，對如何選擇最佳設備提供了參考和計算依據。

[1]陳紹綱.輪機工程手冊[M].北京: 人民交通大學出版社, 1992:861-875.

[2]GL.Rules & Guidelines[S].2011:11-37.

[3]鄭士君, 孫永明.船舶輔機[M].大連: 大連海事大學出版社, 2003: 2-5.

[4]郭榮良.流體力學及應用[M].北京: 機械工業出版社, 1996:136-13.

[5]陳可越.輪機設計實用手冊[M].北京: 中國交通出版社, 2007:430-447.