通風圍阱內部導流措施分析與應用

陸雅楠，魏文俊，孫逸文

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

0 引言

船用通風圍阱是船舶通風系統的重要組成部分[1-3]，可作為船用風管用于船舶通風系統，特別適用于難以布置常規風管的狹小艙室。在設計通風系統時，通常將位置相近且可被劃歸為同一通風系統的艙室并入同一通風系統。因此，對于采用通風圍阱作為排風主管段的通風系統，通常將附近各艙室的排風管都并入該圍阱。然而，在開展風管生產設計時，往往因設計疏忽、空間狹小和美觀性等因素，采用T 型三通的形式合并風管的主管和支管，從而導致通風效果下降[4-5]。為解決上述問題，本文提出一種用于通風圍阱內部的導流措施。對通風圍阱內部的導流結構進行介紹，并對其在實船的應用效果進行分析。

1 實船遇到的問題和解決方案

1.1 問題描述

根據艙室的所在位置和性質，本船1 甲板貯藏艙和底艙隔離艙的排風管屬于同一通風系統。為節省各艙室空間，排風主管采用通風圍阱的形式，將2 個艙室的排風管合并到該圍阱上（見圖1）。其中，1 甲板貯藏艙的E18 排風機的風量為1 200 m3/h，全壓為810 Pa，底艙隔離艙的E44 排風機的風量為2 500 m3/h，全壓為1 400 Pa（見表1）。本船經系泊試驗發現：當2 臺排風機單獨開啟時，2 個艙室的排風口實測風速均能達到設計風速。而當兩臺排風機同時開啟后，只有隔離艙排風口的實測風速達到了設計風速，貯藏艙排風口的實測風速明顯減小，甚至風管末端的排風口的風速基本為零。經計算，貯藏艙的實測風量和換氣次數均不滿足設計要求。

表1 艙室設計風量

圖1 本船的排風管連接形式

1.2 原因分析和解決方案

由實船風速測試、風量計算、通風圍井和兩路排風管設計結果可知，貯藏艙的實測風量和換氣次數均不滿足設計要求的主要原因為兩路排風管與通風圍阱采用T 型三通的連接形式，導致2 臺風機同時開啟后，WJ12 圍阱內的2 路排風相互干擾，通過效果下降[4-5]（見圖2 和圖3）。此外，由于隔離艙E44 抽風機的全壓（1 400 Pa）大于貯藏艙E18 排風機的全壓（810 Pa），在2 臺風機同時開啟后，W12圍阱內部為正壓空間，E18 風機除克服自身管道阻力外，還需克服貯藏艙和W12 圍阱的壓差，這導致貯藏艙的抽風效果明顯不佳，實測風速、風量和換氣次數遠小于理論設計參數。

圖2 排風管和通風圍阱的連接形式（單位：mm）

圖3 風管三通形式的選型

為解決上述問題，主要的改進思路是修改排風管和WJ12 圍阱的連接形式，使2 個艙室的排風在WJ12 圍阱內相互隔離，E18 排風機無需再克服貯藏艙和WJ12圍阱的壓差。提出以下2種具體解決方案：

1）方案1

方案1 在通風圍阱內部增加導流板（見圖4）。通風圍阱內部的導流板能將2 個艙室的抽風相互隔離，避免交匯時產生相互干擾的情況。此時，排風管和通風圍阱的連接形式與帶彎頭的Y型三通相似[4-5]。WJ12 圍阱中的兩路排風互相獨立，當2 臺排風機同時開啟時，E44 排風機對E18 排風機的影響將相應減小，貯藏室的排風量可達到設計要求。

圖4 方案1 示意圖

2）方案2

方案2 將排風管通艙件做成彎頭形式，并裝焊到通風圍阱內部（見圖5）。方案2 也能將2 個艙室的排風相互隔離，降低2 臺排風機之間的影響。方案2 與方案1 的隔離和導流原理相同，都是在通風圍阱內部增加導流措施將2 個艙室的排風隔離，使其排風量可達到設計要求。

圖5 方案2 示意圖

上述2個解決方案均參考了Y型三通的形式[4-5]，并根據其導流原理加以修改和運用。理論上，2 種方案均能達到隔離2 個艙室排風的目的，并對貯藏艙的排風增加一定的導流作用。方案1 和方案2 的區別僅在于三通交匯處產生的局部阻力不同。與原設計相比，2 種方案對貯藏艙的排風效果均有明顯提升。

2 方案分析和實船運用

2.1 方案分析

在修改本船風管和通風圍阱連接形式時，綜合考慮施工難度、焊接工藝、現場可行性等因素，對2 種方案進行分析，進而為實船運用選擇一個最為合適的方案。

2.1.1 方案1

本方案對通風圍阱內部施焊空間的要求較高。本船WJ12 圍阱的尺寸是500 mm×390 mm，為便于現場施工，只能在分段制造階段對通風圍阱內部的導流板進行裝焊。然而，即使在分段制造階段在通風圍阱內部安裝導流板，也存在著一定的施工困難。如圖6 所示，點劃線部分是需要導流板與通風圍阱內部壁板進行雙面焊的部分，施工人員可從甲板開孔的位置對其上半部分進行焊接及后續的打磨、油漆等工作。而導流板下半部分的焊接等工作需要施工人員進入通風圍阱的內部進行施工，顯然500 mm×390 mm 的內部空間不足以滿足人員進入通風圍阱內部施工的要求。這會導致通風圍阱內部導流板的焊接無法滿足雙面焊的工藝要求。此外，本船的實船狀態已經處在碼頭系泊試驗階段，貯藏艙內的結構已經施工結束，施工人員無法從甲板開孔位置將導流板放入通風圍阱內部進行裝焊。若采用本方案，則需要在通風圍阱上增設工藝孔，現場返工量較大。

圖6 圍井內部導流板示意圖（單位：mm）

經綜合分析，將方案1 的主要特點歸納如下：

1）施工人員無法進入較小的通風圍井進行裝焊工作，本方案不適合通風圍井尺寸較小的情況，只能在較大的通風圍井中使用。

2）本方案適合在分段制造階段進行施工，若在碼頭系泊試驗等階段發現類似問題，需要對通風圍井內部增加導流板時，涉及的返工量較大，需要對通風圍井增設工藝孔等措施進行考核。因此，本方案不適合用于分段制造階段以外的臨時修改。

2.1.2 方案2

本方案的風管安裝形式較簡單。如圖7 所示，點劃線表示風管通艙件與通風圍井的連接部分，雖然本船的WJ12 圍阱尺寸較小，但風管通艙件本身不是影響結構強度的主要因素。因此，風管通艙件和通風圍阱只需在連接處的外部完成單面焊，并確保焊接質量能夠滿足通風圍阱的氣密性即可。

圖7 彎頭通艙件示意圖（單位：mm）

除此之外，方案2 只需將已裝焊的通艙件割除，再將彎頭通艙件重新安裝到通風圍阱上即可，其返工量少于方案1，且不涉及通風圍阱增設工藝孔等問題。根據風管通艙件的安裝位置，在通風圍阱壁上進行定位和開孔，只要圍阱壁上開孔的單邊尺寸比風管通艙件的單邊尺寸大30 mm 就能將風管通艙件的彎頭部分延伸入通風圍阱內。隨后，將已焊有復板的風管通艙件安裝到圍阱上，并在通風圍阱外部對復板進行焊接即可。無論是針對新船出圖，還是針對在建船改圖，方案2 的工作量和返工量都小于方案1。此外，因為焊接工藝的要求不同，方案2 不存在通風圍阱內部難以完成雙面焊的施工問題。

經綜合分析，將方案2 的主要特點歸納如下：

1）本方案不受通徑圍阱尺寸的限制，只要風管通艙件的彎頭部分可以延伸到通風圍阱的內部安裝即可，施工人員的工作量較小。

2）本方案中風管通艙件不是影響結構強度的主要因素，只需確保風管通艙件和通風圍阱焊接后焊縫質量滿足通風圍阱的氣密性即可。

3）本方案不受建造階段的限制，修改量和現場返工量較小。

綜上所述，方案1 適合用于通風圍阱尺寸較大的情況；方案2 不受通風圍阱尺寸和建造階段的限制，適用的范圍更廣。

2.2 實船使用效果

由于本船處于碼頭系泊試驗階段，在通風圍阱內部加裝導流板的返工量較大，且WJ12 圍阱本身的尺寸較小，在內部施工困難較大。因此，本船選擇方案2 來解決貯藏艙遇到的通風問題。實船測試結果表明：當2 臺排風機同時開啟后，1 甲板貯藏艙的排風量明顯得到了改觀（見表2），1 甲板貯藏艙排風口的平均實測風速達到了4.8 m/s，貯藏艙的實測排風量為1 555.2 m3/h，換氣次數為43 次/h，貯藏艙的實際排風效果可滿足設計要求。

表2 2 個艙室的實測風量

3 結論

本文提出了一種用于通風圍阱內部的導流措施。對通風圍阱內部的導流結構進行了介紹，并對其在實船的應用效果進行了分析。結果表明：在通風圍阱內部設置導流結構可有效增強通風效果。研究成果可為通風圍阱內部導流措施設計提供一定參考。