2 200 t起重船機艙風機選型計算

曹輝　杜恒　周成秀

摘? ? 要：本文基于我司設計建造的2200t起重船實例，通過計算機艙設備燃燒及散熱所需空氣量，分析整個機艙所需空氣量;同時根據機艙風管布置，考慮最遠支管送風情況，分析末端的送風壓力損失和煙囪排風損失，計算風機的壓力損失，從而選型出機艙風機所需風量和靜壓。

關鍵詞：風機;換氣次數;散熱;燃燒;壓力損失

中圖分類號：U662.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Calculation of Engine Room Fan Selection for 2 200 t Crane Ship

CAO Hui， DU Heng， ZHOU Chengxiu

（ China Merchants Heavy Industry （Shenzhen） Co.， Ltd.， Shenzhen 518054 ）

Abstract： Based on the 2 200 t crane ship designed and built in our company， the amount of air needed for the whole engine room is analyzed by calculating the amount of air needed for heat dissipation and combustion in the engine room. At the same time， according to the engine room air duct layout， considering the farthest branch pipe air supply situation， the air supply pressure loss of the end and funnel exhaust loss are analyzed， the fan pressure loss is calculated， so as to select the engine room fan required air volume and static pressure.

Key words： Fan; Air change ratio; Heat dissipation; Combustion; Pressure loss

1? ? ?前言

我司建造的2 200 t非自航起重船，入級CCS。本船建造分兩個階段：一期工程為建造L型臂架起重船，采用鋼質、箱形船體、縱骨架式、單甲板、局部雙層底結構、簡單線型，配備雙L型臂架變幅桁架式起重機一臺，額定起重量為2 200 t，作業區域為中國及東南亞沿海，主要用于澳門澳氹大橋橋梁鋼箱梁及墩身帽的吊裝工程;一期吊裝工程結束后，二期工程為返廠改造成直臂架起重船。

本船3臺主發電機組和2臺停泊發電機組均布置在同一機艙內，為保證機艙內機器設備正常工作及散熱換氣需要，機艙需要設置機械強制通風。鑒于機艙布局情況，擬采用2臺風機機械送風到機艙，通過風道布置送風至機艙各處，同時將渾濁的高溫空氣通過煙囪排向大氣。

2? ? 機艙通風量估算

機艙通風參照《ISO 8861-1998造船柴油機船舶機艙通風設計要求和計算基準》進行估算。鑒于停泊發電機組與主發電機組在同一機艙內且不存在同時工作工況，故停泊發電機組通風量不需列加估算。

2.1? ?機艙相關數據

機艙容積V=25 mx24 mx6 m=3 600 m³;

主發電機組 3臺，每臺柴油機額定功率 1 600 kW;

停泊發電機組2臺，每臺柴油機額定功率 200 kW;

最高室外空氣溫度45 ℃、相對濕度50%，最低室外環境溫度為-10 ℃。

2.2? ?通風量估算

（1）按換氣次數估算：

Q=n*V=108 000 m³/h

式中：n--換氣次數，取n=30;

V--機艙容積，V=3 600 m³。

（2）按設備燃燒及散熱所需總空氣量估算：

Q₂=q_c+q_h=102 876.7 m³/h

式中：q_c–設備燃燒所需空氣總量（m³/h）

q_c=q_dg+q_b

q_dg—主發電柴油機燃燒所需空氣量，q_dg=33711 m³/h

q_b—熱水加熱器燃燒所需空氣量，q_b= 694.7 m³/h

q_h—設備散熱所需空氣總量

q_h= VW/（ρ×c×Δt）-0.4 q_dg-q_b= 68 471 m³/h

W—機艙設備總的散熱量

=W₁+W₂+W₃+W₄+W₅+W₆ = 327.53 kW

W₁—主發電柴油機散熱量，W₁=76 kW;

W₂—單臺主發電機散熱量，W₂=4 kW;

W₃—熱水加熱器散熱量，W₃=2.53 kW;

W₄—排氣管散熱量，W₄=25 kW;

W₅—熱交換器散熱量，W₅ =～20 kW;

W₆—機艙電氣設備散熱量，W₆=～40 kW;

c —氣比熱容，c=1.01 kJ/（kg·K）;

Δt—空氣流經機艙的溫升，Δt =12.5 K。

（3）Q≥1.5qc

2.3? ?機艙總風量要求

（1）按換氣次數計算

Q₁=108 000 m³/h

（2）按設備散熱及燃燒所需的總空氣量計算

Q₂ =q_c+q_h=102 876.7m³/h

（3）Q₃≥1.5q_c=51 608.55 m³/h

比較三者中的較大值，按換氣次數計算所需空氣量較大，因此選取Q=Q₁=108 000 m³/h，設置風機2臺，每臺流量54 000 m³/h。

3? ? ?機艙通風系統布置

本船，機艙棚的通風尺寸為3 000 mmX6000 mm，考慮主機、停泊機及鍋爐等設備的布置情況，其機艙風管的風口多布置在這些設備下方或側方，詳見圖1和圖2。

4? ? ?機艙通風阻力估算

4.1? ?機艙棚阻力△P1

從機艙棚主甲板至D甲板為矩形風管，每層平臺按照平面開孔模型確定局部阻力系數;平臺與平臺之間空間流通截面積假定無變化，僅存在流動沿程阻力損失。

（1）主甲板風道阻力見表1。

（2）A甲板風道阻力見表2。

（3） B甲板風道阻力見表3。

（4） C甲板風道阻力見表4。

（5） 煙囪局部阻力見表5。

因此，從主甲板至煙囪頂百葉窗出口，機艙排風總阻力為：

△P₁= 46.1 Pa

4.2? ?送風風管阻力

根據圖1，選取最遠管路進行阻力計算：

△P₂ =ρx ξ x ω²/2

（1）水平支風管及通風柵阻力（以右舷支管3為例），

△P_2.1= 335.5 Pa

（2） 垂直結構風管阻力

△P_2.2 = 112.4 Pa

因此，機艙通風送風管及機艙棚排風管總阻力△P2 為：

△P₂=△P₁+△P₂=494 Pa

5? ? ?機艙通風設備選型

（1）初步選型

根據上述計算結果：

（1）送排風風道阻力為494 Pa，機艙最遠端保留余壓50 Pa，故機艙風機靜壓至少應為546 Pa;

因此，根據通過對風機廠家設備進行對比，初步確定設備選型為機艙送風機2臺，規格參數如下：

型? ? 式? 立式軸流式

流? ? 量? 54 000 m³/h

壓強? 580 Pa

（2）最終選型

根據船東要求將風機設計為可以進行兩檔風速調節的風機，故設備最終選型為機艙送風機2臺，規格參數如下：

型? ? 式? 立式軸流式

流? ? 量? 54 000 m³/ h / 27 000 m³/ h

壓強? 580 Pa / 310 Pa

6? ? ?結束語

該船已經順利交付，經過現場調試和檢驗，該船的通風系統布置、設備選型能夠滿足業主的使用要求，安全穩定的運行。

參考文獻

[1] ISO 8861-1998造船柴油機船舶機艙通風設計要求和計算基準.

[2]劉啟銘，閆秉政.船舶機械通風設計和建造的相關分析[J].船舶物資與市場，2021，29（08）.

[3]宋宏.船舶艙室通風系統的設計與優化[J].中國水運（下半月）.2020，20（8）.