某船主機海水冷卻系統設計失效的技術改造

摘要：本文簡要介紹了某巡邏船主要動力設備配置情況，重點介紹該船在系泊及航行試驗時，因部分動力設備存在缺陷，造成整個系統無法正常運行，通過修改相關系統或重新設計，消除了設備缺陷帶來的系統問題，經試驗驗證，所用方法合理，系統運轉良好。

關鍵詞：巡邏船；主機；冷卻系統；齒輪箱

中圖分類號：U664.8 文獻標識碼：A

How to Reclaim the Mian Engines Seawater Cool

ZHANGZhenyu

（Guangzhou SouthChina Shipyard,Guangzhou 510715）

Abstract: The?paper?briefly describes?patrol vessels dynamical equipments, and mainly introduces some system problems because of equipment defects discovering in mooring and sea trialing, by designing the system or modification can remove. It is viable via trialing.

Key words: patrol vessel; main engine; cooling system; gear box

1 前言

船舶建造是一項復雜的系統工程，所涉及設備數量、種類繁多，制造復雜，各種設備的生產制造難免會出現與需求不匹配現象，如果因為設備某一項功能不滿足要求而對該設備進行更換，不僅大大提高成本，同時也拖延了整船建造進度。通過對系統合理設計或對設備局部設計修改消除設備的缺陷，不僅節約成本，還能保證建造進度。

2主要動力設備及系統簡介

2.1 主要動力設備配置

本船采用單體船型，配四機、四槳、雙舵，正常排水量約200 t，最高航速不低于26 kn，是我廠建造噸位最大的高速船。

本船配置4臺額定功率約為1 000 kW的高速柴油機作為主機，每臺主機通過可逆轉減速齒輪箱和軸系驅動一個定距槳。4臺主機位于前后兩個機艙，前機艙齒輪箱為水平偏心型，后機艙齒輪箱為垂直偏心型，監控室位于兩個機艙之間。4臺主機同時以最大功率運行時，最高航速不低于26 kn，兩臺主機同時運行，本船保持約16 kn 的巡航速度。推進器采用固定螺距螺旋槳。

2.2 主要系統配置

本船采用的是高速機，這決定了系統的一些基本配置，現只對缺陷設備所影響的系統做簡單介紹。

（1）冷卻水系統：本船采用閉式淡水冷卻系統。主機冷卻海水接自主機海底門，經主機海水泵冷卻主機、齒輪箱滑油冷卻器后，一路冷卻潤滑軸系各軸承后排出舷外，另一路經主機排煙管冷卻水套后排出舷外。主機的應急冷卻海水由消防總用泵提供，經減壓后接至主機的海水泵出口處。

（2）排氣系統：主、輔機采用絕緣和冷卻水套結合的隔熱方式。主、輔機的排氣經各自的膨脹接頭，沿排氣管從舷側排放至大氣，主、輔機排氣管均設置排氣擋板閥防止停機時海水倒灌，其中輔機設置排氣消音器。排氣管最低處設有放水旋塞；主、輔機排氣擋板閥設開閉顯示報警裝置，并設排氣擋板閥不開啟主機不能起動聯鎖。

3 設備缺陷的分析與排除

該船的檢驗驗收參考國內海上高速船及其它相關規定。個別動力設備因性能未能達到相關要求而導致系統無法正常運轉，現列舉如下：

（1）主機海水泵無自吸功能，導致冷卻水系統無法正常運轉。

該船在系泊試驗時發現冷卻水系統無法正常運轉，船廠相關技術人員對主機海水冷卻系統管路進行檢查，經拆管及附件后得知海水總管管路暢通，通海閥、海水濾器及相關閥件均狀態良好，確認管路系統設計無問題，管路施工無故障。設計人員及主機廠技術人員到現場分析故障原因，經分析討論后找到出現此故障原因為主機海水泵無自吸功能。

主機廠家提供兩個解決方案：一是在主機海水泵吸入管前增加一套海水注入泵、相應管路附件及控制系統；二是增加一套高位置海水柜、管路附件及控制系統。經綜合考慮到本巡邏船機艙設備及管路布置密集（受布置空間限制）及對建造成本、周期的影響，最后決定采取在海水總管增加一個板式止回閥，并從本船獨立的日用海水系統中分出一路海水引至主機海水泵注入口處，以解決主機起動前海水泵無法吸海水的故障（見圖1、圖2）。經航行試驗驗證，主機冷卻效果良好，此方案解決了該問題。

圖1主機冷卻水系統修改后設計

圖2主機冷卻水系統原設計

（2）主機海水進出齒輪箱壓力差過低，無法冷卻齒輪箱，導致油溫偏高。

船廠相關技術人員現場對管路拆卸檢查，確認管路無異常。系統在運行時，現場技術人員測量主機供冷卻海水至齒輪箱管路（見圖3）和齒輪箱海水回到主機管路的管表面溫度，兩者基本一致（正常現象應為后者高于前者），而齒輪箱表面溫度與齒輪箱海水回到主機管路的管表面溫度有明顯溫差，根據此現象可以斷定為冷卻海水在齒輪箱內并無流動，無法帶走齒輪箱運轉時產生的熱量。齒輪箱內冷卻海水無流動原因為主機端冷卻海水輸水口H120與回水口H121（見圖3）之間壓力差過低形成的，由于主機廠家無法調整主機此兩個接口的壓力參數，因此只能通過調整管路布置去排除此故障。后機艙齒輪箱滑油溫度低于前機艙齒輪箱滑油溫度的原因，是前機艙齒輪箱為水平偏心結構。

圖3齒輪箱冷卻水系統原設計

若要齒輪箱內的冷卻海水流動帶走熱量，就必須保齒輪箱冷卻海水進出口存在壓力差及指定的冷卻海水流量（5 m3/h），經過與主機廠、設計單位和船廠的技術人員計算和討論，確定此故障排除方案（見圖4）：取消由主機廠提供的H120、H121端口帶節流孔螺紋接頭，H120端口處增加一個截止閥，用于控制流量（節流）和系統檢修。海水經過齒輪箱后改為直接排舷外，形成齒輪箱海水進出口壓力差，同時在排水管中增加一個截止止回閥，用于控制流量（節流）和系統檢修。此排除方案在航行試驗中已驗證可行，主機在滿負荷運行（1 800 r/min）時，前后機艙四臺齒輪箱滑油溫度均穩定在45 ℃~55 ℃之間。

圖4齒輪箱冷卻水系統修改后設計

（3）排氣尾管冷卻水套結構不合理，差導致排氣尾管溫度高。

經現場對主機排氣尾管冷卻水套的海水管路拆卸檢查，確認管路無異常，同時測量到冷卻水套溫度也維持在40 ℃左右。經過與設計單位技術人員討論分析，確定原因為海水冷卻水套結構不合理，海水在水套內作短循環，無法帶走更多的熱量，對排氣尾管冷卻效果不佳。

根據此分析，本船采取以下解決方案：將原海水冷卻水套的海水進出口“高進低出”改為“低進高出”，且冷卻海水通過冷卻水套內頂部的開孔（直徑為8 mm，數量約16個）進入排氣管內（見圖5、圖6示意圖），即海水通過水套后進入主機排氣管內，并與排氣混合后通過排氣管排舷外。

圖5主機排氣系統原設計

圖6主機排氣管冷卻管系修改后設計

此排除方案在本船航行試驗中驗證是可行的。主機在1 000 r/min后，主機排氣管出口端形成白色水霧向舷外噴出，主機轉速越高噴霧效果越明顯，而排氣尾管表面溫度最高維持在40℃左右。

4 結束語

本文主要通過修改相關系統，消除設備缺陷帶來的問題，為后續及同類型船的建造驗收積累寶貴經驗，其它類似情況也可參考本方法。本文僅簡單總結，希望對同類型船舶建造、設計以及管理提供一定的幫助。

參考文獻

[1] 中國船級社（CCS）.海上高速船入級與建造規范(2012) [S]. 北京：人民交通出版社，2012．

[2] 中國海事局.國內航行海船法定檢驗技術規則（2011）[S]. 北京：人民交通出版社，2011.

作者簡介：章振宇（1976-），男，工程師。主要研究方向為船舶建造。

收稿日期：2014-05-06