關(guān)于船舶機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對(duì)比分析與研究

唐森飛　范洪妹

摘要：文章通過(guò)對(duì)比目前船舶常用機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，了解機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，以指導(dǎo)船舶機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，適應(yīng)現(xiàn)代的船舶造船設(shè)計(jì)之需要，優(yōu)化總體資源布局，提高系統(tǒng)性能，使我國(guó)的機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平再上新臺(tái)階，并為我國(guó)建造高水平的船舶作出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：船舶機(jī)艙；通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；對(duì)比分析

1通風(fēng)形式的比較

1.1全新風(fēng)系統(tǒng)

全新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是采用風(fēng)機(jī)將艙內(nèi)污濁空氣排出至艙外，將艙外的新鮮空氣引至艙內(nèi)。全新風(fēng)系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、風(fēng)管和空氣過(guò)濾器等組成。新風(fēng)系統(tǒng)的空氣過(guò)濾器，應(yīng)具有清除原子、生物、化學(xué)污染物的能力。總風(fēng)量的確定一要滿足排出艙內(nèi)熱負(fù)荷，二要滿足換氣次數(shù)的要求。

機(jī)艙內(nèi)進(jìn)風(fēng)大于排風(fēng)的設(shè)計(jì)為正壓設(shè)計(jì)。對(duì)于有艙內(nèi)進(jìn)氣要求的機(jī)艙，一般采用正壓設(shè)計(jì)。無(wú)進(jìn)氣要求時(shí)，為防止機(jī)艙高熱高濕氣體進(jìn)到其他住艙等艙室，一般機(jī)艙采用負(fù)壓設(shè)計(jì)，即排氣量略大于進(jìn)氣量的設(shè)計(jì)。

全新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于大量新風(fēng)進(jìn)到艙內(nèi)，在排出機(jī)艙內(nèi)設(shè)備發(fā)熱量的同時(shí)，可以保證艙室的新風(fēng)量。但由于風(fēng)量較大，需單獨(dú)設(shè)置進(jìn)、排風(fēng)風(fēng)機(jī)室，獨(dú)立的進(jìn)、排氣圍井通道，占用較多的總體資源。由于風(fēng)量較高，風(fēng)機(jī)噪聲較高，風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速也較高，整個(gè)艙室內(nèi)的通風(fēng)噪聲相應(yīng)升高。由于機(jī)艙內(nèi)發(fā)熱設(shè)備較多，空間布置緊湊，采用風(fēng)管送、排風(fēng)時(shí)，容易造成機(jī)艙內(nèi)空間布置特別緊張，局部區(qū)域風(fēng)管無(wú)法送至，造成局部溫度過(guò)高。部分水面船舶設(shè)計(jì)中，未設(shè)置進(jìn)、排風(fēng)管，僅設(shè)置了進(jìn)、排風(fēng)室，風(fēng)機(jī)將外界空氣吸入至機(jī)艙頂部某一個(gè)部位（首部或尾部），而機(jī)艙另一端設(shè)置排風(fēng)風(fēng)機(jī)將艙內(nèi)熱空氣排出；此種設(shè)計(jì)很難保證機(jī)艙內(nèi)布風(fēng)及溫度的均勻性。

1.2循環(huán)冷卻加新風(fēng)系統(tǒng)

由于海水的比熱容比空氣大，利用海水將艙室內(nèi)發(fā)熱量帶走的方式必然可以減少艙室通風(fēng)量，從而降低艙室風(fēng)管大小及降低風(fēng)速，減少噪聲。

某型船上，采用了兩套循環(huán)冷卻通風(fēng)裝置，同時(shí)采用風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)處理；由于海水的溫度常年在20℃左右，而外界環(huán)境溫度則波動(dòng)較大，一般在外界達(dá)到35℃左右時(shí)，海水還能保持在25℃左右，因此這種方式可大大降低機(jī)艙內(nèi)的溫度。采用這種方式，外界新風(fēng)雖然較全新風(fēng)設(shè)計(jì)有所減少，但換氣次數(shù)仍應(yīng)保證15次/h左右，以滿足人員對(duì)新鮮空氣的需求的同時(shí)，仍可保持艙內(nèi)的污濁物濃度控制在一定的范圍內(nèi)。

由于有閉式循環(huán)冷卻，在外界新風(fēng)切斷的情況下，仍可保持艙內(nèi)溫度最高溫度不超過(guò)50℃左右。此種形式的設(shè)計(jì)有利于在需要保持密閉的情況時(shí)進(jìn)行對(duì)外關(guān)閉。

1.3射流通風(fēng)

空氣射流通風(fēng)技術(shù)是一種高效率的通風(fēng)技術(shù)，其技術(shù)原理是通過(guò)系統(tǒng)管路上設(shè)置的空氣噴嘴噴射出高速氣流，誘導(dǎo)和驅(qū)動(dòng)其周圍的空氣向前運(yùn)動(dòng)，引導(dǎo)熱量隨著空氣推向排風(fēng)部位，從而達(dá)到通風(fēng)換氣的目的。

空氣射流通風(fēng)技術(shù)的理論來(lái)自動(dòng)量守恒定律和流體力學(xué)中射流的擾動(dòng)特性，它以高速噴出的少量氣體有效地誘導(dǎo)及攪拌周圍靜止的大量空氣，并帶動(dòng)這些空氣至特定的目標(biāo)方向。空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)的空氣噴流屬于等溫自由紊流圓射流形式。

空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)主要由螺旋風(fēng)管系統(tǒng)、空氣射流噴嘴和高壓離心風(fēng)機(jī)等組成。螺旋風(fēng)管系統(tǒng)由小口徑圓形高速螺旋風(fēng)管及相應(yīng)的聯(lián)接附件組成。空氣射流噴嘴為圓錐形，可以裝配在固定位置，也可靈活地布置于金屬管段上，通過(guò)噴嘴自身帶有的撓性管段和調(diào)風(fēng)門，可以自由靈活地根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整噴嘴射流的方向及流量大小，組織空氣流場(chǎng)，避免出現(xiàn)氣流組織不均勻、通風(fēng)死角的產(chǎn)生。高壓離心風(fēng)機(jī)則為整個(gè)空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)提供足夠的壓力，以保證空氣射流從噴嘴高速射出。

空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)是一種利用空氣本身來(lái)控制空氣分布的系統(tǒng)，通過(guò)與主送風(fēng)系統(tǒng)的配合使用，達(dá)到艙室通風(fēng)換氣的目的。因此，采用空氣射流通風(fēng)技術(shù)后的機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)將由兩部分組成，即機(jī)艙主送風(fēng)系統(tǒng)和空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的使用功能，雖然空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)不可完全取代機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)，但它可取代常規(guī)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)中龐大而復(fù)雜的矩形風(fēng)管，充分利用其系統(tǒng)空間尺寸小、構(gòu)成簡(jiǎn)單、布置靈活和通風(fēng)效率高的特點(diǎn)，在為動(dòng)力等其他管路及主干電纜的布置讓出機(jī)艙內(nèi)寶貴的上部空間的同時(shí)，達(dá)到機(jī)艙良好通風(fēng)的效果。射流通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要在于布風(fēng)形式上，其原理是通過(guò)射流噴咀本身的特性，射出高速氣流，誘導(dǎo)和驅(qū)動(dòng)其周圍的空氣向前運(yùn)動(dòng)；并通過(guò)噴咀的布置及方向，對(duì)艙內(nèi)氣流進(jìn)行組織，從而確保機(jī)艙內(nèi)的溫度分布均勻及良好的通風(fēng)效果。

射流噴嘴出口流速可高達(dá)40m/s。理論上，1倍的空氣可誘導(dǎo)帶動(dòng)10倍以上的空氣流動(dòng)，因此射流通風(fēng)可大大減少艙內(nèi)的風(fēng)管大小。同時(shí)，由于系統(tǒng)末端的射流風(fēng)管較小，噴嘴可調(diào)，因而大大增加了布置的靈活性，使得艙室內(nèi)很少出現(xiàn)通風(fēng)死角。

采用空氣射流通風(fēng)技術(shù)的機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)與常規(guī)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)相比，具有如下主要優(yōu)點(diǎn)：

（1）在占用空間盡量少的情況下，將空氣輸送到常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)很難送到的處所；

（2）標(biāo)準(zhǔn)化螺旋風(fēng)管及連接附件的大量采用，使整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)更易于安裝；

（3）管路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)泄漏可能性小，查補(bǔ)容易；

（4）能夠比常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)更為有效地均衡溫度和空氣分布上的差異；

（5）當(dāng)機(jī)艙主送、排風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，該系統(tǒng)仍可以保證機(jī)艙內(nèi)產(chǎn)生均勻的空氣流動(dòng)；

（6）由于空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)采用的風(fēng)機(jī)為高靜壓風(fēng)機(jī)，使得機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)配裝冷卻或加熱盤管成為可能，從而可以達(dá)到控制調(diào)節(jié)機(jī)艙環(huán)境溫度的目的，有著很強(qiáng)的功能拓展性。

2 射流通風(fēng)技術(shù)在艦船上的應(yīng)用

采用空氣射流通風(fēng)技術(shù)后的機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)將由兩部分組成，即機(jī)艙主送風(fēng)系統(tǒng)和空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)。空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)不能夠完全取代機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)，但它可取代常規(guī)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)中龐大而復(fù)雜的矩形風(fēng)管，充分利用其系統(tǒng)空間尺寸小、構(gòu)成簡(jiǎn)單、布置靈活和通風(fēng)效率高的特點(diǎn)，在布置上讓出機(jī)艙內(nèi)寶貴的上部空間的同時(shí)，達(dá)到機(jī)艙良好通風(fēng)的效果。

在采用空氣射流通風(fēng)技術(shù)后的機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)中，機(jī)艙主送風(fēng)系統(tǒng)只需要將所送空氣直接送至機(jī)艙主機(jī)的燃燒空氣吸口附近即可，其中一部分空氣被空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)的高壓離心風(fēng)機(jī)吸入，并且通過(guò)其小口徑的高速螺旋風(fēng)管和射流噴嘴將空氣最優(yōu)地分布到機(jī)艙各處。

從噴嘴高速噴出的空氣射流將分布、引導(dǎo)主送風(fēng)系統(tǒng)送出來(lái)的一次氣流（主氣流），并融入到一次氣流（主氣流）之中，驅(qū)使氣流到達(dá)通風(fēng)設(shè)計(jì)所需的任何地方，并將分布不均的停滯空氣團(tuán)或渾濁厚重的油性氣體帶走。設(shè)置于甲板頂部橫梁間的噴嘴也可以利用自身的特性將較輕的氣體帶走。空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)不僅能將空氣輸送分布到機(jī)艙的各處，而且還可將機(jī)艙內(nèi)大量的余熱帶走。常規(guī)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)一般只在其出風(fēng)口附近的直接區(qū)域有著良好的通風(fēng)效果，這是由于艙室的布局使空氣在風(fēng)口剛剛吹出一段距離后就可能出現(xiàn)滯留；因此，對(duì)于安裝于機(jī)艙里的各種設(shè)備，常規(guī)的通風(fēng)系統(tǒng)很難達(dá)到良好的空氣循環(huán)流動(dòng)。采用了空氣射流通風(fēng)技術(shù)后的機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)，可利用其自身獨(dú)有的誘導(dǎo)及攪拌周圍靜止空氣的特性，使甲板面的空氣流保持一定的速度，從而避免滯流區(qū)和死角的產(chǎn)生，并且將可能產(chǎn)生的渾濁氣體帶走，確保在機(jī)艙內(nèi)達(dá)到均勻的溫度分布和良好的通風(fēng)效果。

由于空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)采用圓形高速螺旋風(fēng)管輸送空氣，較常規(guī)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)中采用的龐大的矩形風(fēng)管系統(tǒng)而言，整個(gè)風(fēng)管系統(tǒng)尺寸大為減小，管路也更為簡(jiǎn)潔，原先機(jī)艙中及安放有輔助設(shè)備的各個(gè)機(jī)械艙室中的大部分龐大而復(fù)雜的矩形風(fēng)管系統(tǒng)將被其取代，這樣使機(jī)艙變得易于設(shè)計(jì)和規(guī)劃。由于整個(gè)空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)為簡(jiǎn)單的小口徑圓形標(biāo)準(zhǔn)化螺旋風(fēng)管系統(tǒng)；因此，該通風(fēng)系統(tǒng)可在機(jī)艙的最后施工階段付諸安裝，大大降低了船廠的施工難度。由于空氣射流通風(fēng)系統(tǒng)中無(wú)需大尺寸的矩形風(fēng)管系統(tǒng)，因而節(jié)省了機(jī)艙空間，同時(shí)也減少了艦船重量和造價(jià)。

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