某船主機(jī)海水冷卻系統(tǒng)故障分析及應(yīng)對措施

江賢志+張澤基+譚健

（1.中船桂江造船有限公司，梧州 543004；2.中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 500715）

摘 要：本文對某船航行試驗出現(xiàn)的主機(jī)海水冷卻系統(tǒng)故障現(xiàn)象，進(jìn)行分析排查，并提出了有效的應(yīng)對措施，為其他類似船型設(shè)計及建造提供經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：主機(jī)海水冷卻系統(tǒng)；流動阻力；故障分析

中圖分類號：U664.85 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 前言

某型公務(wù)船航行試驗時，出現(xiàn)主機(jī)海水進(jìn)口管段真空度超差現(xiàn)象，經(jīng)過深入分析，確定了產(chǎn)生該故障的主要原因是由于主機(jī)海水進(jìn)口管段的阻力太大造成。流動阻力包括沿程阻力和三通、彎頭、閥門、變徑等產(chǎn)生的局部阻力，根據(jù)該管段流阻構(gòu)成情況，我們提出了針對性的改進(jìn)措施，順利地排除了故障，保證主機(jī)正常工作，可為其他相似船型設(shè)計及建造提供借鑒。

2 故障情況

某型公務(wù)船進(jìn)行航行試驗時，出現(xiàn)主機(jī)海水進(jìn)口管段真空度超差現(xiàn)象。主機(jī)在最大功率運行時，冷卻海水進(jìn)口管路的真空壓力達(dá)到了-0.06 MPa，超出了該主機(jī)的要求（主機(jī)允許范圍為+0.05 Mpa～-0.02 Mpa），并且主機(jī)海水進(jìn)口的撓性接頭也出現(xiàn)了被嚴(yán)重吸癟的現(xiàn)象（圖1）。

3 故障原因分析及應(yīng)對措施

3.1 管段流動阻力計算及分析

針對出現(xiàn)的問題，首先從理論上進(jìn)行分析和判斷。流動阻力產(chǎn)生的原因與影響因素主要有：（1）因流體具有粘性，流動時存在內(nèi)摩擦是流動阻力產(chǎn)生的根源；（2）固定的管壁或其它形狀固體壁面，促使流動的流體內(nèi)部發(fā)生相對運動，為流動阻力的產(chǎn)生提供了條件。所以流動阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動狀況、管徑及壁面的形狀等因素有關(guān)。

流體在管路中流動時的阻力可分為直管阻力和局部阻力兩種：直管阻力是流體流經(jīng)一定管徑的直管時，由于流體內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力；局部阻力主要是由于流體流經(jīng)管路中的管件、閥門及管截面的突然擴(kuò)大或縮小等局部地方所引起的阻力。

流體流經(jīng)管路、閥門等局部地方所引起的能量損失（或軟阻力損失），采用當(dāng)量常度法計算，可寫成如下形式：

（1）

式中：le—管件或閥門的當(dāng)量長度，可從相應(yīng)的共線圖查得；

u—流體流經(jīng)管路的流速；

d—管子通徑；

λ—摩擦阻力系數(shù)，它是雷諾數(shù)與管壁粗糙度的函數(shù)。

柏努利方程式中，能量損失Σhf項是指管路系統(tǒng)的總能量損失，它既包括系統(tǒng)中各段直管阻力損失hf，也包括系統(tǒng)中各種局部阻力損失hf，即

（2）

管路系統(tǒng)中的總阻力損失，是管路上全部直管阻力與局部阻力之和.這些阻力可以分別用有關(guān)公式進(jìn)行計算。對于流體流經(jīng)直徑不變的管路時，如果把局部阻力都按當(dāng)量長度的概念來表示，則管路的總能量損失為：

（3）

式中：l—管路系統(tǒng)各段直管的總長度；

Σle—管路系統(tǒng)全部管件與閥門等的當(dāng)量長度之和。

根據(jù)以上公式，對修改前和修改后的主機(jī)冷卻水管段總阻力計算結(jié)果比對如表1所示。

3.2 計算結(jié)果分析及故障排除措施

從表1計算結(jié)果可以看出，管道內(nèi)的流動阻力與摩擦系數(shù)、管段長度、各種管路附件與閥門的當(dāng)量長度、管道內(nèi)徑、流速等因素有關(guān)，其中以流速的影響最為顯著。因此，為保證主機(jī)能夠吸入足夠的冷卻海水，必須采取辦法盡量降低流動阻力，減少管段內(nèi)的真空度。

修改前的主機(jī)海水冷卻管路示意圖見圖2。

（1）首先，采取辦法盡量減少管程流動阻力、彎頭阻力、閥門流動阻力。為此，減少管道彎頭數(shù)量、縮短管路長度、并將流阻較大的截止止回閥改為流阻較小的蝶閥。通過采取以上改進(jìn)措施后，重新試驗時測得在主機(jī)在最大功率時其冷卻海水進(jìn)口管路的真空度有所降低（從-0.06 Mpa降為-0.04 Mpa），但仍然超出了該主機(jī)的要求，且冷卻海水進(jìn)口的撓性接頭局部仍被吸癟，還不能滿足主機(jī)使用要求。

修改后的主機(jī)海水冷卻管路示意圖見圖3。

（2）加大主機(jī)海水冷卻管的直徑，把影響管道流動阻力最大的因素---流速降下來，將主機(jī)海水冷卻管的管徑由DN150 mm改為DN200 mm。管徑改為DN200 mm后，管內(nèi)流速降至1.78 m/s。經(jīng)過再次動車試驗測得在主機(jī)在最大功率時其冷卻海水進(jìn)口吸入管路的真空度降為-0.017 MPa，達(dá)到了主機(jī)對于吸入真空度（+0.05 Mpa～-0.02 Mpa）的要求，海水進(jìn)口的撓性接頭也不再出現(xiàn)被吸癟的現(xiàn)象，主機(jī)其它運轉(zhuǎn)參數(shù)正常，主機(jī)工作良好。

4 結(jié)語

設(shè)計主機(jī)冷卻海水管系時，流速一般不宜超過2 m/s。可先按流速V=2 m/s進(jìn)行計算，根據(jù)所得數(shù)據(jù)與常用的管子通徑規(guī)格比較就近取值，按較大的通徑選取。

工程實踐過程中，理論計算用于指導(dǎo)分析和排除系統(tǒng)故障可起到較好作用。本船航行試驗出現(xiàn)主機(jī)海水進(jìn)口管段真空度超差現(xiàn)象后，我們根據(jù)對管道流動阻力的構(gòu)成和影響因素進(jìn)行研究分析，并按照各種因素影響的大小，有針對性地采取改進(jìn)措施，最終順利排除了系統(tǒng)的故障，可為類似船型設(shè)計及建造提供經(jīng)驗及參考。

參考文獻(xiàn)

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