船舶真空排污系統(tǒng)分類及自主設(shè)計(jì)

于 健， 吳曉睿， 董克用，2， 李啟玉， 金渝博，2

（1.上海齊耀動(dòng)力技術(shù)有限公司，上海 201203；2.七一一研究所，上海 201108）

引言

目前大多數(shù)艦船還是采用重力式收集系統(tǒng)，主要由終端潔具、管路、污水收集裝置等幾部分組成。因?yàn)槲鬯且揽恐亓ε欧诺模枰欢ǖ南蛳聝A斜坡度，管徑較大，安裝費(fèi)用高［1］。目前國(guó)內(nèi)艦船的排污系統(tǒng)主要采用豎直管道，衛(wèi)生間的位置布置受到了很大限制，甚至有些離收集箱比較遠(yuǎn)的衛(wèi)生間不得不取消。另外沖刷水量大，造成船舶所需的污水收集箱容積比較大，占用艦船的空間大，特別是需在限制海區(qū)內(nèi)長(zhǎng)期航行或停泊的艦船，必然造成有效裝載容積的減小［2－3］。

與傳統(tǒng)重力管道相比，真空排污系統(tǒng)不但能節(jié)約用水，保護(hù)環(huán)境，而且具有管徑相對(duì)較小、管網(wǎng)安裝方便、不易堵塞、經(jīng)濟(jì)性能好等優(yōu)點(diǎn)，目前已在飛機(jī)、船舶、火車等交通領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［4－6］。對(duì)于空間十分寶貴的艦船，真空排污技術(shù)優(yōu)勢(shì)尤其明顯。所配套的真空設(shè)備及附件技術(shù)日趨成熟，只需在日常生活中注意防異物堵塞并進(jìn)行簡(jiǎn)單維護(hù)，真空排污系統(tǒng)便可可靠運(yùn)行。隨著人們對(duì)生活舒適度的要求提高以及節(jié)約水資源考慮，真空排污系統(tǒng)將逐漸取代重力排污成為船舶排污系統(tǒng)。

我國(guó)船舶大多采用的真空排污系統(tǒng)多依賴于國(guó)外進(jìn)口。船用真空排污系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化一方面可以實(shí)現(xiàn)真空排污系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化，解決船用重力排污系統(tǒng)臭味大、耗水多等問題，另一方面還可以擺脫船用真空排污系統(tǒng)對(duì)國(guó)外技術(shù)的依賴，同時(shí)大大提高船用真空排污系統(tǒng)的清潔度以及可靠性。

1 真空排污系統(tǒng)分類

通過對(duì)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀介紹，真空排污系統(tǒng)分如下幾類：

1）真空泵式真空排污系統(tǒng)。真空泵式真空排污系統(tǒng)是最早型式的真空排污系統(tǒng)，主要依靠真空泵維持排污箱中的真空度，通過排污泵將排泄物排至污水處理器。目前真空泵式排污系統(tǒng)已被廣泛推廣應(yīng)用，主要代表公司如美國(guó)AIRVAC公司，德國(guó)RoeVAC公司。這種真空排污系統(tǒng)主要缺點(diǎn)是需要真空罐，占用空間大，不適合船用；由于占用空間大，安裝復(fù)雜、維修困難、價(jià)格昂貴。

2）文丘里噴射器式真空排污系統(tǒng)。文丘里噴射器式真空排污系統(tǒng)主要是通過文丘里噴嘴噴出液體，在噴嘴處產(chǎn)生真空，運(yùn)用這種方式產(chǎn)生真空的公司主要為Hamworthy公司、EVAC公司，但文丘里噴射器式真空排污系統(tǒng)的缺點(diǎn)是效率低；不斷的循環(huán)產(chǎn)生真空會(huì)使排污箱中產(chǎn)生大量泡沫，在排泄物排至船體外部時(shí)，需要安裝打碎泡沫的裝置，增加了系統(tǒng)成本；污物箱會(huì)由于液體不斷循環(huán)過熱。

3）凸輪泵式真空排污系統(tǒng)。凸輪泵將產(chǎn)生真空與排污集成一體，節(jié)省了空間并提高了設(shè)備利用率，但缺點(diǎn)是真空抽吸效率低；能耗偏高。

4）真空排污攪碎泵式排污系統(tǒng)。挪威JETS真空排污攪碎泵式排污系統(tǒng)，提出了一種真空排污系統(tǒng)新理念，采用配有攪碎刀具的水環(huán)泵作為產(chǎn)生真空、排污裝置，泵上的攪碎刀具可以在排泄物排出之前將其攪碎，相對(duì)傳統(tǒng)的真空排污系統(tǒng)，節(jié)省了排污泵、排污箱，排泄物可以通過真空排污攪碎泵排至污物處理器或船外，其優(yōu)點(diǎn)為線性安裝，不需要真空罐，節(jié)省船內(nèi)大量空間；無(wú)泡沫產(chǎn)生；真空抽吸效率高，能耗低；可以直接將排泄物排至任何規(guī)格的污水處理器、污水收集箱；管路安裝靈活性；系統(tǒng)可靠性高。

JETS真空排污系統(tǒng)通過真空排污攪碎泵維持管路內(nèi)40%～50%真空度。當(dāng)沖洗廁所時(shí)，60～80L的空氣將會(huì)被吸入到排污管內(nèi)，當(dāng)真空表檢測(cè)到管網(wǎng)內(nèi)壓力超過－40kPa時(shí)，真空排污攪碎泵開啟制造真空，并在管網(wǎng)內(nèi)壓力降至－60kPa時(shí)，泵停止工作，真空閥門關(guān)閉，使真空管路內(nèi)保持一定真空度。廁所閥門關(guān)閉后，排污管路內(nèi)污物停止運(yùn)動(dòng)，污物會(huì)受重力的影響慢慢流至最低點(diǎn)。當(dāng)下次沖洗廁所時(shí)，排污物受到真空作用被輸送至真空排污攪碎泵，最終被送至污物處理器或直接排至船體外部。目前，挪威JETS真空排污攪碎泵有 15MB－D、25MBA、60MBA、65MBA、95MB等多個(gè)型號(hào)，其性能如表1所示。

表1 挪威JETS各型號(hào)真空排污攪碎泵性能

2 自主設(shè)計(jì)某船真空排污系統(tǒng)

參照挪威JETS真空排污系統(tǒng)工作原理，自主設(shè)計(jì)一套應(yīng)用于某船上的真空排污系統(tǒng)。某船船員共70人，船上現(xiàn)有真空便器共4套，其中真空蹲便器2套，小便器2套，灰水收集裝置共2套。船上生活用水采用淡水，真空便器的沖洗用水由船上的淡水壓力柜供應(yīng)。

管路泄露系數(shù)按1.3計(jì)算，系統(tǒng)余量按15%計(jì)算。污物處理器按有效容積為4m3計(jì)算，則真空排污系統(tǒng)性能指標(biāo)如下：便器每次沖水：1.2L；噪音聲效等級(jí)：不大于68dB；管內(nèi)真空壓力：－40～－60kPa；

抽真空能力：不小于5m3／h；使用頻次（50Hz）：不小于70次／h；環(huán)境溫度：3～50℃；

正常電源供應(yīng)：AC380V和AC220V；測(cè)試管路最大可接受泄露時(shí)間：真空度從－55kPa降至－45kPa所用時(shí)間不小于1h；系統(tǒng)最大可接受泄露時(shí)間：真空度從－55kPa降至－45kPa所用時(shí)間不小于20min；

污水處理器向艙外排放污物時(shí)間間隔1次／7d。

該真空排污系統(tǒng)包括2個(gè)蹲便器、2個(gè)小便器、病室內(nèi)灰水以及洗臉盆產(chǎn)生的收集和排放。系統(tǒng)不負(fù)責(zé)船上廚房、配餐間及其他部分產(chǎn)生污水的收集和排放。

按照上述設(shè)計(jì)，此船排污系統(tǒng)可由原先重力排污系統(tǒng)改造成一套以50MBA真空排污攪碎泵組（2×25MBA）為核心設(shè)備的真空排污系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

1）真空排污系統(tǒng)在國(guó)外已經(jīng)是一項(xiàng)成熟技術(shù)，在國(guó)內(nèi)則處于初步發(fā)展階段。目前國(guó)內(nèi)大部分排污系統(tǒng)依然使用重力排污，真空排污系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)具備廣闊的應(yīng)用前景和應(yīng)用空間；

2）挪威JETS公司開發(fā)的真空排污系統(tǒng)技術(shù)處于領(lǐng)先地位，其特點(diǎn)為系統(tǒng)布置緊湊、泄漏量小、能耗低，該技術(shù)在船舶真空排污系統(tǒng)領(lǐng)域最為領(lǐng)先。

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