某三用工作船海水冷卻系統管系原理設計

王友韶　曾宇東

摘 要：船舶海水冷卻水系統是船舶動力裝置的重要組成部分，它通過冷卻水的循環帶走了主機和輔機運轉過程中散發出來沒有轉化為機械能的熱量，從而避免了因大量熱量的積累而造成的金屬疲勞脆化和潤滑油的失效。

關鍵詞：動力裝置；冷卻水系統；熱量

中圖分類號：U664.814 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）27-0005-02

1 船舶海水冷卻系統的用途

船舶動力裝置工作時，有大量機械設備要散發出熱量，冷卻系統的功用就是對需要散熱的設備供以足夠的淡水、海水、江水或冷卻油，進行冷卻，以保證其在正常的溫度范圍內工作。冷卻系統一般包括冷卻對象如主、輔機、其它被冷卻設備以及海水門、閥件、熱交換器、海水泵或淡水泵、膨脹水箱等設備。由此可知，冷卻管路或者其它管路的設計都不是孤立進行的，它既要考慮本系統內部的聯系，又要考慮本系統跟其它系統的聯系，要選取合理的設計參數，使系統布置合理，系統工作效率最高，同時使整個動力裝置系統管路最短，材料最省，投資最小，這就對動力裝置的設計提出了很高的要求。

2 某三用工作船（以下簡稱“本船”）海水冷卻系統中需冷卻的設備船舶簡介

2.1 船 型

本船有一層甲板，雙層底和邊艙，甲板可承受5 t/m2的載荷。居住艙室的甲板室設于艏樓甲板，駕駛室設于艏樓頂層。機艙設于艉部，包括兩套獨立的推進裝置，每套裝置含有主機、調解離合器和全回轉可調槳。主要用于裝運泥漿、鹽漿、燃油等多種液貨和散裝貨物。

建造數量：2。

入級：LR（英國船級社）。

掛旗：巴拿馬（巴西）。

航速：在不使用軸帶發電機和吃水4 m以及蒲氏3級風速的情況下，航速不低于15節。

載重噸：本船在吃水6.45 m、海水比重1.025的情況下載重至少4 000 t。

2.2 主要技術參數及數量

2.2.1 船型參數

總長：84.60 m；

型寬：16.60 m；

兩柱間長：74.20 m ；1ST甲板高：7.80 m；

肋距：0.60 m。

2.2.2 主要設備

主機（馬克）：2 550 kW×2臺；

全回轉軸槳×2臺。

主發電機：600 kW×2臺；

應急發電機：100 kW×2臺；

水冷式軸發：1 400 kW×2臺；

側推器600 kW×2臺

鍋爐174 kW×1臺

電液式錨纜機2臺、絞纜機4臺。

克令吊5 t×1臺、1 t×1臺

DP自動定位系統、干貨、液貨系統等。

3 本船海水冷卻系統的熱平衡計算

3.1 冷卻系統的流程圖

①根據主機廠家資料上的推薦，主機采用閉式循環冷卻，即海水冷卻淡水。主機海水泵從海水總管吸入海水，分兩路，一路進主機然后先后冷卻滑油冷卻器、淡水冷卻器排出舷外，另一路冷卻齒輪箱滑油冷卻器后排出舷外。主機海水泵發生故障時，也可由總用消防泵應急替代。

②根據主發電機廠家資料上的推薦，主發電機采用閉式循環冷卻，即海水冷卻淡水。主發電機海水泵從海水總管吸入海水，進主發電機直接冷卻，主發電機淡水冷卻器后排出舷外。

③主機淡水冷卻系統利用主機自帶的淡水冷卻泵打循環高溫淡水經主機自帶的淡水冷卻器進行冷卻。

根據廠家資料繪制的冷卻流程圖，如圖1所示。

3.2 冷卻系統的熱平衡計算

經查廠家資料，主機和主機滑油冷卻器及主機淡水冷卻器的熱交換冷卻水量均為40.5 m3/h，齒輪箱滑油冷卻器的熱交換冷卻水量為10.2 m3/h。發電機淡水冷卻器的熱交換水量為12.5 m3/h，發電機自帶的海水冷卻泵的參數為15 m3/h和0.3 m3/h。

4 本船海、淡水冷卻系統內各設備及管路的參數和規格

4.1 海水冷卻泵

由熱平衡計算中可得出海水泵排量為：

Q1= Q2+ Q3=10.2+40.5=50.7 m3/h

其中，Q2=10.2 m3/h表示齒輪箱熱交換冷卻水量。 Q3=40.5 m3/h表示主機低溫水冷卻水量。

由于管路阻力比較復雜，要根據實際的管系放樣后才能算出。一般情況下，海水泵的揚程都是根據系統估一個經驗值。本船根據設備的壓降差，揚程估為0.35 MPa。根據以上的計算結果，我們可以選定單臺海水泵的技術參數為55 m3/h、0.35 MPa。

4.2 冷卻系統管路的選材

4.2.1 此本船冷卻水系統中所用管系等級的選擇

按照管子的設計壓力和實際溫度，管子可分為3級，見表2。

表2 管子的設計壓力和實際溫度

注：

①當管系的設計壓力和設計溫度，其中一個參數達到表中Ⅰ級規定時，即定為Ⅰ級管系；當設計壓力和設計溫度2個參數均達到表中Ⅱ級或Ⅲ級規定時，即定位Ⅱ級管系或Ⅲ級管系；

②其他介質是指空氣、水、滑油和液壓油；

③不受壓的開式管路，如泄放管、溢流管、透氣管和鍋爐放汽管路也為Ⅲ級管系。

根據規范，本船上冷卻水系統中的所有管子應為Ⅲ級管系。

4.2.2 本船冷卻水系統中所用管系材料的選擇及處理

從原則上來講，各種管子所用管子材料的選擇應根據管路的用途、介質的種類和參數（壓力與溫度）而定。設計時應根據規范的要求，按造船規格書的規定，并以造船成本的核算等方面因素來選用。

各種管路一般均應采用鋼質管（無縫鋼管或焊接鋼管）。

儀表盤應使用無縫銅管。

除鋼管外，如船東要求海水冷卻管改用鍍塑鋼管、銅—鎳管或鋁黃銅管，但應在造船規格書中寫明并由經濟管理部門核成本差價。

而管子的處理則分為鍍鋅、涂塑、磷化、涂覆焦油環氧。

因為本次設計沒有涉及到船東的特別要求，因此管子的選用只需滿足規范即可。考慮到節約造船成本，因此本船的冷卻水管均采用鍍鋅無縫鋼管，壓力表等儀表盤的接管采用無縫銅管。

4.2.3 海水箱容量的計算

海水箱容量參照公式：每750 kw發動機功率配約1 m3的海水箱容量（此發動機功率為主機功率加上船舶營運所必須的輔發動機功率）

本船的海水箱容積：

V=（1 471×2+122×2）/750=4.248 m3

因此選定本船的海水箱容積為4.5 m3/個，共2個，分布在本船的左右舷。

4.2.4 淡水膨脹水箱

本船淡水膨脹水箱的容量參照主機廠家的推薦，設為0.9 m3，同時主機廠家資料上對于淡水膨脹水箱的高度也有安裝要求，要求淡水膨脹水箱的底部要高出主機汽缸蓋2～3 m。

同時參照主機廠家的資料，在淡水膨脹水箱的下端接一路通徑為25的補水管至主機高溫淡水冷卻系統上，用于補充主機高溫淡水冷卻系統中因蒸發而流失的水，補水管規格選用DN25鍍鋅無縫鋼管，尺寸為φ34×2.5 mm。

另外，參照主機廠家的資料，在主機高溫淡水冷卻系統管路的最高點設置一路透氣管接至淡水膨脹水箱，用于整個主機高溫淡水冷卻系統中的透氣，透氣管規格選用φ6×1 mm的鍍鋅無縫鋼管。

根據以上計算結果，結合規范和規格書要求用閥件以及一些管路附件將相關設備等完善到海、淡水冷卻系統的原理圖上，并附以相關技術說明。

5 結 語

由于在設計初期做了比較充分的研究，本船設計合理，分布緊湊，經濟性好，贏得了船東很高的評價。

參考文獻：

[1] 中國船舶工業總公司.船舶設計使用手冊輪機分冊[M].北京：國防工業出版社，1999.

[2] 陳鐵銘.船舶管系[M].北京：人民交通出版社，2007.

[3] 中國標準化工業委員會.管系附件手冊[M].北京：交通科技出版社， 2014.