船舶通風(fēng)系統(tǒng)船上布置相關(guān)問題探討

何 輝, 翟高云, 邸金濤

(中海工業(yè)(江蘇)有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225211)

船舶通風(fēng)系統(tǒng)船上布置相關(guān)問題探討

何 輝, 翟高云, 邸金濤

(中海工業(yè)(江蘇)有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225211)

隨著現(xiàn)代船舶的發(fā)展，對(duì)船舶通風(fēng)系統(tǒng)布置的要求越來越嚴(yán)格。對(duì)當(dāng)前船舶通風(fēng)系統(tǒng)布置方案存在的問題作進(jìn)一步研究。從風(fēng)管、防火風(fēng)閘、布風(fēng)器及通風(fēng)百葉窗等4個(gè)方面對(duì)布置方案展開探討，為相關(guān)設(shè)計(jì)人員提供參考。

船舶; 通風(fēng)系統(tǒng); 風(fēng)管; 噪聲

0 引 言

1 風(fēng)管布置

船舶通風(fēng)系統(tǒng)利用風(fēng)管將各送風(fēng)口與回風(fēng)口連接，從而創(chuàng)設(shè)出空氣流動(dòng)的渠道。風(fēng)管的布置工作要在確定氣流組織和風(fēng)口的位置之后進(jìn)行。在布置風(fēng)管過程中,應(yīng)注意以下問題：

(1) 盡可能地縮短管線，并降低管線的分支程度，以防止局部復(fù)雜構(gòu)件出現(xiàn)，從而在節(jié)省材料的同時(shí)減小系統(tǒng)阻力。

(2) 布置風(fēng)管時(shí)考慮到施工和檢修的方便性，恰當(dāng)處理風(fēng)管布置與空調(diào)水系統(tǒng)及其他管道系統(tǒng)布置之間的矛盾。

(3) 盡量避免噪聲過大，風(fēng)管應(yīng)采用吸聲材料及吸聲結(jié)構(gòu)制成。若不對(duì)風(fēng)管進(jìn)行聲學(xué)處理，很可能會(huì)形成混響，而混響經(jīng)疊加會(huì)使聲音強(qiáng)度大大提高(一般約為10 dB)。若在風(fēng)管內(nèi)壁和通風(fēng)系統(tǒng)中設(shè)置吸聲結(jié)構(gòu)，則當(dāng)聲波投射時(shí)，其可吸收一部分聲能，從而減少反射聲，降低總聲音強(qiáng)度。因此，在風(fēng)管布置中可采取這種吸聲技術(shù)，以降低噪聲。

此外，對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)，其噪聲大部分是空氣噪聲和流體噪聲。以直風(fēng)管為例，在噪聲通過風(fēng)管及其部件進(jìn)行傳播的過程中，由于管壁之間的摩擦，部分聲能會(huì)轉(zhuǎn)換成熱能。同時(shí)，若管道流通面積、管道分支等在界面處沒有實(shí)現(xiàn)匹配阻抗，會(huì)使部分聲能透射，而其他聲能反射到聲源處，這樣就可使噪聲衰減。但是，風(fēng)管的局部構(gòu)件會(huì)增大系統(tǒng)阻力，以致于形成氣流渦旋，很可能會(huì)產(chǎn)生再生噪聲。在風(fēng)速增加的同時(shí)，再生噪聲的影響不斷增大。一般地，當(dāng)風(fēng)速<5 m/s時(shí)，可不計(jì)氣流的再生噪聲;當(dāng)風(fēng)速>8 m/s時(shí)，可不計(jì)管道中噪聲的衰減量。

1) 選擇吸聲材料。通常使用吸聲系數(shù)表示材料的吸聲性能，即聲波入射材料表面時(shí)被吸收聲能與入射聲能的比例，用α表示。多數(shù)材料的吸聲系數(shù)是0.01～1.00。α的值越大，表明材料的吸聲效果越好。一般α>0.2的材料就是吸聲材料。該類型材料既可用來吸聲減噪，也能用于制作隔聲罩及阻性消聲器。通常多孔吸聲材料具有較好的吸聲效果，因而應(yīng)用最為普遍，主要分為纖維型、泡沫型及顆粒型等3種類型。

對(duì)于吸聲系數(shù)為α的吸聲材料,噪聲的衰減能力隨α的增大而增強(qiáng)。

在改革開放不斷推進(jìn)的40年中,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類社會(huì)對(duì)資源、環(huán)境、社會(huì)治理認(rèn)識(shí)的提高,一些新的環(huán)境友好、資源節(jié)約、公平發(fā)展的理念正逐步從理論走向?qū)嵺`,指引中國(guó)可持續(xù)城市的建設(shè)和發(fā)展。在這40年中,我國(guó)提出并開展了可持續(xù)城市、生態(tài)城市、生態(tài)園林城市、低碳城市、宜居城市、韌性城市、衛(wèi)生城市、海綿城市、循環(huán)經(jīng)濟(jì)城市等一系列試點(diǎn)示范工作,取得了令人矚目的成就和發(fā)展經(jīng)驗(yàn)。本文將回顧中國(guó)可持續(xù)城市建設(shè)和發(fā)展的總體歷程,分析不同階段的發(fā)展特征,比較不同類型試點(diǎn)示范城市的特點(diǎn),展望可持續(xù)城市的未來發(fā)展前景。

α=L×m/A

(1)

式(1)中:α為吸聲系數(shù);L為吸聲材料襯層長(zhǎng)度;m為管道周長(zhǎng);A為管道通航面積。

2) 選擇吸聲結(jié)構(gòu)。吸聲結(jié)構(gòu)通常分為薄板共振、穿孔板共振及微穿孔板等3種吸聲結(jié)構(gòu)。在布置風(fēng)管時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況來選擇。此外，還可通過隔聲構(gòu)件及隔聲材料來降低噪聲，常見的構(gòu)件有隔聲罩及消聲器等。

因此，對(duì)于風(fēng)管的噪聲控制,應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

1) 以風(fēng)量及允許的氣流速度為根據(jù)來確定各管段(包括出風(fēng)口、支風(fēng)管及主風(fēng)管的斷面),從而控制氣流噪聲;

2) 以計(jì)算系統(tǒng)中需要的各頻率追加消聲量為根據(jù)，選擇并合理配置消聲器;

3) 在風(fēng)管表面采用消聲材料或阻尼涂料敷設(shè),以達(dá)到消聲的目的。

2 防火風(fēng)閘布置

在船舶通風(fēng)系統(tǒng)中，防火風(fēng)閘的通風(fēng)效果較好，在應(yīng)用中其閥門應(yīng)常開，并在具有防火及通風(fēng)要求的通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)管上安裝，當(dāng)溫度達(dá)到70 ℃時(shí)，其閥門會(huì)關(guān)閉，若要復(fù)位開啟,需手動(dòng)進(jìn)行，因此應(yīng)根據(jù)其煙感信號(hào)和手動(dòng)拉繩關(guān)閉閥門、70 ℃時(shí)自動(dòng)關(guān)閉閥門等特點(diǎn)進(jìn)行布置。此外，對(duì)于風(fēng)管上布置的防火風(fēng)閘,要堅(jiān)持方便人員操作和維修。回風(fēng)防火風(fēng)閘的布置形成見圖1。

在布置防火風(fēng)閘時(shí)，還要注意以下問題：

1) 若安裝位置超過2 m，應(yīng)通過繩索引下，其操縱位置通常離地面1.5 m;

2) 若使用鋼絲拉索，則鋼絲拉索總長(zhǎng)度應(yīng)<6 m，其彎曲處少于3處，彎曲半徑應(yīng)>300 mm，繩索應(yīng)使用DN20鋼管當(dāng)護(hù)套;

3) 對(duì)于在危險(xiǎn)區(qū)布置的防火風(fēng)閘，其遙控電磁閥最好同控制箱一樣放在安全區(qū)，而遠(yuǎn)距離控制裝置應(yīng)布置于距離地面1.5 m的高度處;

4) 對(duì)于廚房排風(fēng)管道的防火風(fēng)閘的布置，要同二氧化碳釋放連鎖，其控制箱應(yīng)放置在廚房門口處。

3 布風(fēng)器布置

現(xiàn)代造船為保證船員在船上生活的舒適性，對(duì)船上的噪聲和舒適性都有要求。船上空調(diào)風(fēng)管機(jī)布風(fēng)器的安裝布置及噪聲等級(jí)需滿足《國(guó)際海上人命安全公約》的要求。布風(fēng)器的布置問題及優(yōu)化方案如下：

1) 現(xiàn)代船舶空調(diào)系統(tǒng)多采用單風(fēng)管頂式布風(fēng)器，當(dāng)艙室內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，為不使夏季氣溫過低或冬季氣溫過高，船員只能阻止布風(fēng)器送風(fēng)，新鮮空氣的來源隨之被阻斷，艙室內(nèi)空氣的品質(zhì)就會(huì)越來越差。

2) 布風(fēng)器是空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的重要組成部分,在船舶空調(diào)送風(fēng)管路中起著末端散流的作用。當(dāng)前船舶使用的布風(fēng)器存在靜壓箱體積小、消音棉較薄等缺點(diǎn),致使消音效果不理想。

3) 為保證空氣的流動(dòng)性及最終送風(fēng)溫度適宜，有些送風(fēng)口還采用串聯(lián)或并聯(lián)風(fēng)機(jī)箱,但存在能耗較大、風(fēng)機(jī)效率低、維護(hù)要求高和風(fēng)機(jī)常開等缺點(diǎn)。此外,有的送風(fēng)末端還采用無動(dòng)力誘導(dǎo)器，空氣流動(dòng)性能好(比風(fēng)機(jī)箱更容易變化)，但比直接送冷風(fēng)能耗高，有噪聲要求(小于風(fēng)機(jī)箱)。 船舶空調(diào)末端一般采用布風(fēng)器直接送風(fēng)，其初始投資及能耗均較低，適當(dāng)選擇將獲得較好的空氣擴(kuò)散性能。

布風(fēng)器產(chǎn)生噪聲的主要原因是頂式布風(fēng)器的結(jié)構(gòu)存在很大問題。采用該結(jié)構(gòu)的目的是使布風(fēng)器出口的冷風(fēng)能較均勻地向艙室四周擴(kuò)散，使溫度場(chǎng)比較均勻，避免在艙室內(nèi)有死角。從布風(fēng)器的結(jié)構(gòu)上看，從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入布風(fēng)器的風(fēng)沒有全部進(jìn)入靜壓箱內(nèi)進(jìn)行混合消聲，部分直接進(jìn)入出風(fēng)口，這樣流速?zèng)]有得到減緩，噪聲由此增大。為解決船舶艙室溫度不穩(wěn)定的問題，設(shè)計(jì)人員可選擇采用電加熱布風(fēng)器進(jìn)行末端加熱，從而擴(kuò)大艙室空調(diào)溫度的調(diào)節(jié)范圍。該方式不僅可使船上人員根據(jù)自己的生活習(xí)慣調(diào)節(jié)溫度，還能保證不阻斷布風(fēng)器送風(fēng)，始終向艙內(nèi)輸送新鮮空氣。同時(shí)，為較少噪聲，可增大靜壓箱內(nèi)部消音棉的厚度。

4 通風(fēng)百葉窗

通風(fēng)百葉窗有很多種，船舶上選用最多的是無蓋水密通風(fēng)百葉窗和風(fēng)雨密蓋百葉窗。

1) 無蓋水密通風(fēng)百葉窗的特點(diǎn)是當(dāng)其關(guān)閉時(shí)，下一片百葉頂住上一片百葉內(nèi)側(cè)下部，相鄰2片百葉重迭處設(shè)有橡膠密封條，由連桿機(jī)構(gòu)提供一定壓力來達(dá)到密封要求。在百葉窗啟閉過程中，需將手輪套在軸上;當(dāng)不用時(shí)，應(yīng)將其卸下并掛在窗下。為證明這種通風(fēng)百葉窗的可行性，對(duì)其進(jìn)行水密試驗(yàn)。沖水試驗(yàn)：沖水壓力0.4 MPa，距窗≤1.5 m，用噴嘴直徑≥16 mm的水龍頭噴射，結(jié)果無水進(jìn)入艙室，證明該百葉窗合格。

2) 風(fēng)雨密蓋百葉窗通常在上建房間自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)的風(fēng)道末端使用。該種百葉窗的百葉為固定式，不可轉(zhuǎn)動(dòng)，選型時(shí)根據(jù)安裝處所的空間大小選定開啟方向；同時(shí),需確定安裝形式是法蘭連接還是焊接；通常主要通過粉筆試驗(yàn)檢驗(yàn)風(fēng)雨密蓋百葉窗的密閉性，在百葉窗的邊框上用粉筆涂擦，鎖緊蓋子，觀察相對(duì)應(yīng)的邊框橡皮上粉筆痕跡是否完整均勻。

通風(fēng)百葉窗的有效通風(fēng)面積根據(jù)每秒的通風(fēng)量和風(fēng)速計(jì)算，將其除以窗的有效通風(fēng)面積率即為百葉面積。自然進(jìn)風(fēng)時(shí)百葉的風(fēng)速范圍為0.2～1.0 m/s。當(dāng)通風(fēng)量為10 000 m3/h時(shí),百葉的最小面積計(jì)算為：百葉風(fēng)口的有效面積=2.78 m2，按百葉的通風(fēng)有效面積為百葉面積的75%計(jì)算，百葉的面積S=3.7 m2。設(shè)計(jì)人員根據(jù)百葉面積選擇合適的百葉窗。

5 結(jié) 語

綜上所述，船舶通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)船舶正常運(yùn)作作用重大，因而通風(fēng)系統(tǒng)的船上布置應(yīng)引起相關(guān)人員的重視，特別是風(fēng)管、防火風(fēng)閘等。相關(guān)人員必須掌握風(fēng)管等部件的布置原則，從而采取合理的布置措施。對(duì)于風(fēng)管的布置,還應(yīng)考慮對(duì)噪聲的控制，從而使船舶通風(fēng)系統(tǒng)更加完善。

[1] 孔丁峰，柳建華，鄭光平，等.船舶貨艙通風(fēng)系統(tǒng)氣流組織的數(shù)值模擬研究[J].中國(guó)航海,2009，32(1)：38-42.

[2] 鮑海閣，吳昊，施紅旗，等.船舶艙室環(huán)境熱舒適性控制新技術(shù)綜述[J].船舶工程,2009，31(2)：69-72.

[3] 于洪浩，李曉東.一個(gè)值得引起高度警惕的起火原因：船舶貨物綁扎作業(yè)隱患多[J].水上消防,2009(4)：25-27.

[4] 張興容.船廠工業(yè)有害物對(duì)人體健康的影響與通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用[J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007，7(4)：225-228.

[5] 王建奎，陸麟，曾憲純.溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)中最小新風(fēng)量計(jì)算方法研究[J].暖通空調(diào),2010，40(1)：29-32.

[6] 崔志永.基于CAN型現(xiàn)場(chǎng)總線通信結(jié)構(gòu)煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2010(1)：93-95.

OnNoiseProblemofShipVentilationSystem

HEHui，ZHAIGaoyun，DIJintao

(China Shipping Industry (Jiangsu) Co., Ltd., Yangzhou 225211, China)

Higher standard of living and working environment is required for modern ships. The effect of running noise of ventilation system on ship environment is something directly influences the health of the crew of the ship. This paper investigates the causes of noises and the measures of reducing vibration and noise at the stage of designing the ventilation system for ships.

ship; ventilation system; duct; noise

U664.8

A

2017-08-02

何 輝(1986—)，男，湖北武漢人，助理工程師，主要從事船舶輪機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作。

1674-5949(2017)03-0029-03