某船主機(jī)海水冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)失效的技術(shù)改造

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了某巡邏船主要?jiǎng)恿υO(shè)備配置情況，重點(diǎn)介紹該船在系泊及航行試驗(yàn)時(shí)，因部分動(dòng)力設(shè)備存在缺陷，造成整個(gè)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，通過修改相關(guān)系統(tǒng)或重新設(shè)計(jì)，消除了設(shè)備缺陷帶來的系統(tǒng)問題，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，所用方法合理，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

關(guān)鍵詞：巡邏船；主機(jī)；冷卻系統(tǒng)；齒輪箱

中圖分類號(hào)：U664.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

How to Reclaim the Mian Engines Seawater Cool

ZHANGZhenyu

（Guangzhou SouthChina Shipyard,Guangzhou 510715）

Abstract: The?paper?briefly describes?patrol vessels dynamical equipments, and mainly introduces some system problems because of equipment defects discovering in mooring and sea trialing, by designing the system or modification can remove. It is viable via trialing.

Key words: patrol vessel; main engine; cooling system; gear box

1 前言

船舶建造是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，所涉及設(shè)備數(shù)量、種類繁多，制造復(fù)雜，各種設(shè)備的生產(chǎn)制造難免會(huì)出現(xiàn)與需求不匹配現(xiàn)象，如果因?yàn)樵O(shè)備某一項(xiàng)功能不滿足要求而對(duì)該設(shè)備進(jìn)行更換，不僅大大提高成本，同時(shí)也拖延了整船建造進(jìn)度。通過對(duì)系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)或?qū)υO(shè)備局部設(shè)計(jì)修改消除設(shè)備的缺陷，不僅節(jié)約成本，還能保證建造進(jìn)度。

2主要?jiǎng)恿υO(shè)備及系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1 主要?jiǎng)恿υO(shè)備配置

本船采用單體船型，配四機(jī)、四槳、雙舵，正常排水量約200 t，最高航速不低于26 kn，是我廠建造噸位最大的高速船。

本船配置4臺(tái)額定功率約為1 000 kW的高速柴油機(jī)作為主機(jī)，每臺(tái)主機(jī)通過可逆轉(zhuǎn)減速齒輪箱和軸系驅(qū)動(dòng)一個(gè)定距槳。4臺(tái)主機(jī)位于前后兩個(gè)機(jī)艙，前機(jī)艙齒輪箱為水平偏心型，后機(jī)艙齒輪箱為垂直偏心型，監(jiān)控室位于兩個(gè)機(jī)艙之間。4臺(tái)主機(jī)同時(shí)以最大功率運(yùn)行時(shí)，最高航速不低于26 kn，兩臺(tái)主機(jī)同時(shí)運(yùn)行，本船保持約16 kn 的巡航速度。推進(jìn)器采用固定螺距螺旋槳。

2.2 主要系統(tǒng)配置

本船采用的是高速機(jī)，這決定了系統(tǒng)的一些基本配置，現(xiàn)只對(duì)缺陷設(shè)備所影響的系統(tǒng)做簡(jiǎn)單介紹。

（1）冷卻水系統(tǒng)：本船采用閉式淡水冷卻系統(tǒng)。主機(jī)冷卻海水接自主機(jī)海底門，經(jīng)主機(jī)海水泵冷卻主機(jī)、齒輪箱滑油冷卻器后，一路冷卻潤滑軸系各軸承后排出舷外，另一路經(jīng)主機(jī)排煙管冷卻水套后排出舷外。主機(jī)的應(yīng)急冷卻海水由消防總用泵提供，經(jīng)減壓后接至主機(jī)的海水泵出口處。

（2）排氣系統(tǒng)：主、輔機(jī)采用絕緣和冷卻水套結(jié)合的隔熱方式。主、輔機(jī)的排氣經(jīng)各自的膨脹接頭，沿排氣管從舷側(cè)排放至大氣，主、輔機(jī)排氣管均設(shè)置排氣擋板閥防止停機(jī)時(shí)海水倒灌，其中輔機(jī)設(shè)置排氣消音器。排氣管最低處設(shè)有放水旋塞；主、輔機(jī)排氣擋板閥設(shè)開閉顯示報(bào)警裝置，并設(shè)排氣擋板閥不開啟主機(jī)不能起動(dòng)聯(lián)鎖。

3 設(shè)備缺陷的分析與排除

該船的檢驗(yàn)驗(yàn)收參考國內(nèi)海上高速船及其它相關(guān)規(guī)定。個(gè)別動(dòng)力設(shè)備因性能未能達(dá)到相關(guān)要求而導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，現(xiàn)列舉如下：

（1）主機(jī)海水泵無自吸功能，導(dǎo)致冷卻水系統(tǒng)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

該船在系泊試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)冷卻水系統(tǒng)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，船廠相關(guān)技術(shù)人員對(duì)主機(jī)海水冷卻系統(tǒng)管路進(jìn)行檢查，經(jīng)拆管及附件后得知海水總管管路暢通，通海閥、海水濾器及相關(guān)閥件均狀態(tài)良好，確認(rèn)管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)無問題，管路施工無故障。設(shè)計(jì)人員及主機(jī)廠技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)分析故障原因，經(jīng)分析討論后找到出現(xiàn)此故障原因?yàn)橹鳈C(jī)海水泵無自吸功能。

主機(jī)廠家提供兩個(gè)解決方案：一是在主機(jī)海水泵吸入管前增加一套海水注入泵、相應(yīng)管路附件及控制系統(tǒng)；二是增加一套高位置海水柜、管路附件及控制系統(tǒng)。經(jīng)綜合考慮到本巡邏船機(jī)艙設(shè)備及管路布置密集（受布置空間限制）及對(duì)建造成本、周期的影響，最后決定采取在海水總管增加一個(gè)板式止回閥，并從本船獨(dú)立的日用海水系統(tǒng)中分出一路海水引至主機(jī)海水泵注入口處，以解決主機(jī)起動(dòng)前海水泵無法吸海水的故障（見圖1、圖2）。經(jīng)航行試驗(yàn)驗(yàn)證，主機(jī)冷卻效果良好，此方案解決了該問題。

圖1主機(jī)冷卻水系統(tǒng)修改后設(shè)計(jì)

圖2主機(jī)冷卻水系統(tǒng)原設(shè)計(jì)

（2）主機(jī)海水進(jìn)出齒輪箱壓力差過低，無法冷卻齒輪箱，導(dǎo)致油溫偏高。

船廠相關(guān)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)對(duì)管路拆卸檢查，確認(rèn)管路無異常。系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員測(cè)量主機(jī)供冷卻海水至齒輪箱管路（見圖3）和齒輪箱海水回到主機(jī)管路的管表面溫度，兩者基本一致（正常現(xiàn)象應(yīng)為后者高于前者），而齒輪箱表面溫度與齒輪箱海水回到主機(jī)管路的管表面溫度有明顯溫差，根據(jù)此現(xiàn)象可以斷定為冷卻海水在齒輪箱內(nèi)并無流動(dòng)，無法帶走齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的熱量。齒輪箱內(nèi)冷卻海水無流動(dòng)原因?yàn)橹鳈C(jī)端冷卻海水輸水口H120與回水口H121（見圖3）之間壓力差過低形成的，由于主機(jī)廠家無法調(diào)整主機(jī)此兩個(gè)接口的壓力參數(shù)，因此只能通過調(diào)整管路布置去排除此故障。后機(jī)艙齒輪箱滑油溫度低于前機(jī)艙齒輪箱滑油溫度的原因，是前機(jī)艙齒輪箱為水平偏心結(jié)構(gòu)。

圖3齒輪箱冷卻水系統(tǒng)原設(shè)計(jì)

若要齒輪箱內(nèi)的冷卻海水流動(dòng)帶走熱量，就必須保齒輪箱冷卻海水進(jìn)出口存在壓力差及指定的冷卻海水流量（5 m3/h），經(jīng)過與主機(jī)廠、設(shè)計(jì)單位和船廠的技術(shù)人員計(jì)算和討論，確定此故障排除方案（見圖4）：取消由主機(jī)廠提供的H120、H121端口帶節(jié)流孔螺紋接頭，H120端口處增加一個(gè)截止閥，用于控制流量（節(jié)流）和系統(tǒng)檢修。海水經(jīng)過齒輪箱后改為直接排舷外，形成齒輪箱海水進(jìn)出口壓力差，同時(shí)在排水管中增加一個(gè)截止止回閥，用于控制流量（節(jié)流）和系統(tǒng)檢修。此排除方案在航行試驗(yàn)中已驗(yàn)證可行，主機(jī)在滿負(fù)荷運(yùn)行（1 800 r/min）時(shí)，前后機(jī)艙四臺(tái)齒輪箱滑油溫度均穩(wěn)定在45 ℃~55 ℃之間。

圖4齒輪箱冷卻水系統(tǒng)修改后設(shè)計(jì)

（3）排氣尾管冷卻水套結(jié)構(gòu)不合理，差導(dǎo)致排氣尾管溫度高。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)主機(jī)排氣尾管冷卻水套的海水管路拆卸檢查，確認(rèn)管路無異常，同時(shí)測(cè)量到冷卻水套溫度也維持在40 ℃左右。經(jīng)過與設(shè)計(jì)單位技術(shù)人員討論分析，確定原因?yàn)楹Ｋ鋮s水套結(jié)構(gòu)不合理，海水在水套內(nèi)作短循環(huán)，無法帶走更多的熱量，對(duì)排氣尾管冷卻效果不佳。

根據(jù)此分析，本船采取以下解決方案：將原海水冷卻水套的海水進(jìn)出口“高進(jìn)低出”改為“低進(jìn)高出”，且冷卻海水通過冷卻水套內(nèi)頂部的開孔（直徑為8 mm，數(shù)量約16個(gè)）進(jìn)入排氣管內(nèi)（見圖5、圖6示意圖），即海水通過水套后進(jìn)入主機(jī)排氣管內(nèi)，并與排氣混合后通過排氣管排舷外。

圖5主機(jī)排氣系統(tǒng)原設(shè)計(jì)

圖6主機(jī)排氣管冷卻管系修改后設(shè)計(jì)

此排除方案在本船航行試驗(yàn)中驗(yàn)證是可行的。主機(jī)在1 000 r/min后，主機(jī)排氣管出口端形成白色水霧向舷外噴出，主機(jī)轉(zhuǎn)速越高噴霧效果越明顯，而排氣尾管表面溫度最高維持在40℃左右。

4 結(jié)束語

本文主要通過修改相關(guān)系統(tǒng)，消除設(shè)備缺陷帶來的問題，為后續(xù)及同類型船的建造驗(yàn)收積累寶貴經(jīng)驗(yàn)，其它類似情況也可參考本方法。本文僅簡(jiǎn)單總結(jié)，希望對(duì)同類型船舶建造、設(shè)計(jì)以及管理提供一定的幫助。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：章振宇（1976-），男，工程師。主要研究方向?yàn)榇敖ㄔ臁?/p>

收稿日期：2014-05-06