“金雄”挖掘機艙防凍保溫系統(tǒng)

【摘 要】本文介紹了根據(jù)船舶在北方過冬的實際需要，“金雄”加裝了挖掘機艙防凍保溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電加熱暖風(fēng)裝置和熱水循環(huán)防凍保溫系統(tǒng)。分析了加裝系統(tǒng)的必要性，著重介紹了系統(tǒng)的組成和工作原理，以及其取得的實效。

【關(guān)鍵詞】抓斗船；防凍保溫；加熱系統(tǒng)；余熱利用

0.引言

“金雄”是國內(nèi)首創(chuàng)自主設(shè)計制造的第一艘30m3抓斗式挖泥船，2009年5月9日建成出廠，為世界上采用奧米茄液力變矩器驅(qū)動的最大型抓斗船之一。該船的關(guān)鍵設(shè)備——AIC160-400GT型全回轉(zhuǎn)式挖掘機，由日本AI工業(yè)株式會社負責(zé)設(shè)計和建造，挖掘機艙尺寸：長×寬×高=16.4×14.6×3.8（m），艙室底部離主甲板高5.134m。

原設(shè)想“金雄”一般在南方施工，設(shè)計未考慮防凍問題，由于工程需要，該船需到北方工地施工，因此，必須考慮“金雄”挖掘機艙冬天的保溫防凍問題，保溫系統(tǒng)的設(shè)計加裝工作需在出廠前完成。

1.加裝防凍保溫系統(tǒng)的必要性及其具體內(nèi)容和工作原理

挖掘機艙在主甲板之上，空間大，透風(fēng)地方多，密封困難，在北方冬天0℃以下氣溫，為防止主機淡水結(jié)冰和柴油凝結(jié)堵塞濾器，“金雄”挖掘機艙主機高置淡水箱、燃油循環(huán)柜、左、右燃油日用柜和主機淡水系統(tǒng)、艙內(nèi)空間等需進行防凍保暖工作。經(jīng)過綜合分析，確定了防凍保溫系統(tǒng)方案，包括：電加熱暖風(fēng)裝置和由電加熱水循環(huán)系統(tǒng)和主機冷卻水余熱利用系統(tǒng)組成的熱水循環(huán)系統(tǒng)。挖掘機艙的AC380V電纜總線額定功率為150kw，正常施工時用電設(shè)備最大功率為120kw，因此，加裝的電加熱暖風(fēng)裝置總功率確定為30kw。在冬天正常施工時，循環(huán)的熱水來源主要是主機冷卻淡水，電加熱水進行補充；停工時，循環(huán)的熱水來源只有電加熱水。保溫系統(tǒng)的安裝、調(diào)試工作于2009年4月3日順利完成。下面分別具體介紹：

1.1電加熱暖風(fēng)裝置

裝置由3臺3相、380V、10kW的CNF（D）-10船用電加熱暖風(fēng)機及其控制箱組成，暖風(fēng)機分別安裝在挖掘機艙的左、右、后3個區(qū)域，保證了艙內(nèi)溫度的基本均勻。在天氣寒冷的停工狀態(tài)時，為保證艙內(nèi)空間的密封性，需將艙頂6臺軸流風(fēng)機風(fēng)口關(guān)閉，鋼絲出口用保暖材料封堵。如3臺暖風(fēng)機都在運轉(zhuǎn)，艙內(nèi)氣溫仍在0℃以下，則應(yīng)打開放殘旋塞，將無法用電加熱水循環(huán)系統(tǒng)保暖的主機機油、液壓油等冷卻器內(nèi)殘存的海水和控制空氣中的水分等泄放干凈，以防結(jié)冰。

1.2熱水循環(huán)系統(tǒng)

1.2.1熱水循環(huán)系統(tǒng)管路的工作原理

熱水循環(huán)系統(tǒng)管路如上圖，主要部件包括：1個1m3電加熱水箱、1#、2#、3#板式換熱器、2臺6M3/h齒輪油泵、1臺3m3/h齒輪油泵、1臺20m3/h熱水循環(huán)泵、管路、閥件等。停工時，循環(huán)熱水對主機系統(tǒng)淡水、燃油循環(huán)柜燃油和左、右燃油日用柜燃油等進行加熱，為了節(jié)省能源，提高經(jīng)濟性，系統(tǒng)裝有轉(zhuǎn)換閥，主機運轉(zhuǎn)時，通過閥轉(zhuǎn)換，可利用主機系統(tǒng)淡水循環(huán)加熱燃油循環(huán)柜和左、右燃油日用柜燃油。當(dāng)系統(tǒng)停用時，F(xiàn)1～F6截止閥保持關(guān)閉。

①停工狀態(tài)，如需啟用熱水系統(tǒng)，打開F1、F2、F4、F5、F6截止閥，保持F3關(guān)閉，起動循環(huán)泵，水泵吸入管經(jīng)F5 、F1閥分別從電熱水箱和主機淡水循環(huán)出水管吸水，加壓后經(jīng)F4排出，分開3路分別流經(jīng)1#、2#、3#板式換熱器淡水腔后匯集至回水總管，回水總管分開兩路，一路經(jīng)F2閥流回主機循環(huán)淡水進水管，一路經(jīng)F6閥回到主機高置水箱，電加熱水箱和主機高置水箱的低位裝有帶碟閥的連通管，高位裝有連通透氣管，高置水箱淡水通過連通管流到電熱水箱，系統(tǒng)循環(huán)產(chǎn)生的空氣從回水總管或電熱水箱進入高置水箱透氣管排出，這樣熱水便在熱水箱、循環(huán)水泵和1#、2#、3#板式換熱器以及高置水箱中形成一閉路循環(huán)。主機淡水循環(huán)出水管、循環(huán)水泵、主機淡水冷卻器、機體和主機淡水循環(huán)進水管也形成另一閉路循環(huán)，其系統(tǒng)補水從高置水箱經(jīng)原有的補水管進入淡水循環(huán)進水管，系統(tǒng)空氣經(jīng)原有的透氣管進入高置水箱透氣管。起動3臺油泵，油泵吸入管分別從3個油柜吸油加壓后從排出管排出經(jīng)1#、2#、3#板式換熱器中的油腔回流至本油柜，形成3個不斷循環(huán)的回路，換熱器中燃油和熱水分別在熱交換板的兩側(cè)流動，熱水通過交換板將熱量傳給燃油，因為換熱器是由多塊很薄的金屬熱交換板組成，換熱面積大，換熱效率高，效果良好。

②當(dāng)主機運轉(zhuǎn)時，停止電加熱系統(tǒng)，利用主機的系統(tǒng)淡水循環(huán)加熱3個油柜燃油。關(guān)閉F5、F4、F6閥，打開F1、F2、F3閥，主機自帶離心淡水泵從吸入管吸水加壓排出，經(jīng)機體水腔冷卻缸套、缸頭和增壓器軸承后分開兩路，一路流經(jīng)淡水冷卻器后再回到吸入管，另一路經(jīng)F1、F3閥后分別流經(jīng)1#、2#、3#板式換熱器后匯集到回水總管經(jīng)F2回到吸入管，依此不斷循環(huán)。起動3臺油泵后，燃油便分別在相應(yīng)的油柜、油泵和換熱器間不斷循環(huán)流動，在換熱器里主機淡水與燃油進行熱交換。正常運轉(zhuǎn)時，主機系統(tǒng)淡水在73℃左右，通過綜合調(diào)節(jié)F1、F2、F3和1#、2#、3#板式換熱器進、出水管閥的閥芯開度，各油柜的燃油能保持在30℃左右的合適油溫。

1.2.2熱水循環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理

控制系統(tǒng)的主要部件包括控制箱、3組380V 20KW加熱器、Pt100探頭、液位控制器、3臺0.75kW油泵電機，1臺3.0kW循環(huán)水泵電機等，基本工作原理如下：

①上合電源總開關(guān)QS和3組加熱器開關(guān)QF1、QF2、QF3及水泵油泵開關(guān)QF4，缺相保護繼電器K1、K2、K3通電，觸頭合上，控制線路接通，電源指示燈HR1量。按起動按鈕，如熱水箱水位正常，液位控制開關(guān)LE1合上，KM4接觸器通電，其觸頭合上，循環(huán)水泵運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)運行指示燈亮，如熱水箱水位低，LE1斷開，HA警鈴聲響，故障指示燈HR2量，需對水箱進行補水。

②合上按鈕，KM5、KM6、KM7接觸器通電，其觸頭閉合分別接通1#、2#、3#油泵運轉(zhuǎn)，相應(yīng)運轉(zhuǎn)指示燈HG5、HG6、HG7亮。在循環(huán)水泵和3臺油泵主線路分別裝有KH1、KH2、KH3、KH4熱繼電器，當(dāng)循環(huán)水泵和3臺油泵出現(xiàn)故障，主線路電流過大超過整定值時，熱繼電器控制觸頭斷開，相應(yīng)泵斷開，報警線路接通，HA警鈴聲響，故障指示燈HR2亮。

③將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至手動位，合上按鈕，KM1、KM2、KM3接觸器通電，其觸頭閉合分別接通1#、2#、3#加熱管，相應(yīng)指示燈HG2、HG3、HG4亮。將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至自動位，手動/自動連鎖繼電器接通，觸頭K5斷開，鎖定手動控制線路處斷開狀態(tài)，防止手動誤操作合閘加熱器。加熱器的通斷電由接受BT1溫控器輸出電壓信號控制的正反序啟動控制器KT1控制，BT1與裝在電熱水柜內(nèi)隨水溫變化而阻值變化的熱電阻Pt100連接，并將熱電阻阻值對應(yīng)的溫度值顯示在面板上，同時輸出相應(yīng)電壓信號到控制器KT1。通過操作BT1上的“SET”和“▲▼”等按鍵，可設(shè)定加熱水溫值和加熱器啟停的水溫差值，溫差值一般設(shè)為5℃。

2.防凍保溫系統(tǒng)的運行使用效果

“金雄”于2009年6月至2010年12月在營口工地施工，系統(tǒng)在2個寒冬的運行情況如下：

（1）挖掘機艙密封良好的情況下，運轉(zhuǎn)3臺380V、10kw電熱暖風(fēng)機可將艙內(nèi)氣溫提高約10℃。

（2）主機運轉(zhuǎn)時，主機冷卻淡水通過3臺換熱器換熱，可將油柜油溫穩(wěn)定保持在28℃以上。

（3）停工時，設(shè)定加熱水箱溫度值為45℃，溫差值5℃，控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，水溫保持在40～45℃范圍，主機系統(tǒng)淡水溫度在37～42℃，3個燃油柜油溫在23～28℃，完全滿足防凍保溫要求。

3.結(jié)語

綜上所述，金雄挖掘機艙防凍保溫系統(tǒng)運行穩(wěn)定，效果良好，保障了挖泥設(shè)備的安全，達到了設(shè)計要求；保證船舶安全地渡過了北方寒冷的冬天，達到了改造的目的。