船舶汽輪機(jī)抽氣器參與凝汽器背壓調(diào)節(jié)的可行性研究

韓孝坤++李霏

摘 要：完善船舶汽輪機(jī)抽氣器參與凝汽器背壓調(diào)節(jié)工作，能夠有效提升船舶汽輪機(jī)的安全系數(shù)，對(duì)促進(jìn)船舶制造業(yè)的發(fā)展，具有重要作用。本文在對(duì)船舶汽輪機(jī)的抽氣器參與凝汽器背壓調(diào)節(jié)的特殊性進(jìn)行綜合闡述的基礎(chǔ)上，分析了凝汽器中的空氣含量對(duì)凝結(jié)水過冷度的影響，并提出了船舶汽輪機(jī)抽氣器參與凝汽器背壓調(diào)節(jié)可行性的分析方法，以期為相關(guān)人士提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：建模；背壓調(diào)節(jié)；仿真模型

前言：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和社會(huì)生產(chǎn)力的進(jìn)一步提高，凝汽器被廣泛應(yīng)用于船舶汽輪機(jī)的背壓調(diào)節(jié)過程中，有效提升了船舶汽輪機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。但由于船舶汽輪機(jī)安裝的是自流裝置，一旦循環(huán)水量超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)導(dǎo)致凝汽器背壓過低，影響船舶汽輪機(jī)的運(yùn)行。因此，利用抽氣器參與凝汽器的背壓調(diào)節(jié)工作，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、船舶汽輪機(jī)抽氣器參與凝汽器背壓調(diào)節(jié)的特殊性

我國(guó)船舶的汽輪機(jī)大多配有自流裝置，為船舶汽輪機(jī)的凝汽器提供冷卻循環(huán)水有兩種途徑，第一種是依靠船舶高速行進(jìn)產(chǎn)生的自流循環(huán)水，第二種是利用循環(huán)水泵抽取的非自流冷卻循環(huán)水。當(dāng)汽輪機(jī)對(duì)循環(huán)水的需求較大，而自流循環(huán)水量較小時(shí)，汽輪機(jī)的凝汽器背壓升高，通過向循環(huán)水泵索取冷卻循環(huán)水的方式，調(diào)節(jié)凝汽器的背壓，使其處于平衡狀態(tài)。當(dāng)汽輪機(jī)內(nèi)的凝汽器對(duì)冷卻循環(huán)水的需求量小于自流循環(huán)水量時(shí)，凝汽器的背壓降低，無法進(jìn)行對(duì)凝汽器的背壓調(diào)解工作。圖1為不同航行速度下，凝汽器對(duì)循環(huán)水的需求量與自流循環(huán)水量的關(guān)系圖。

圖1凝汽器對(duì)循環(huán)水的需求量與自流循環(huán)水量關(guān)系圖

從關(guān)系圖中可以直觀的看出，當(dāng)航行速度在20到80之間時(shí)，凝汽器所需的冷卻循環(huán)水量大于自流循環(huán)水量，容易導(dǎo)致凝汽器的背壓過低，對(duì)船舶的汽輪機(jī)運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生不良影響。因此，僅僅依靠自流循環(huán)水對(duì)凝汽器的背壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有一定的局限性。

二、凝汽器中的空氣含量對(duì)凝結(jié)水過冷度的影響分析

（一）空氣對(duì)凝汽器背壓調(diào)節(jié)的影響分析

在船舶汽輪機(jī)的凝汽器中，冷卻循環(huán)水與水蒸汽之間的熱量轉(zhuǎn)換是一個(gè)較為復(fù)雜的過程。通常情況下，人們將反映凝結(jié)器傳熱性能的系數(shù)稱作傳熱系數(shù)，傳熱系數(shù)有利于凝結(jié)器的合理設(shè)計(jì)，同時(shí)在對(duì)凝汽器背壓調(diào)節(jié)能力的監(jiān)測(cè)方面，也發(fā)揮著不可替代的功能。通過研究發(fā)現(xiàn)，空氣是影響凝汽器傳熱性能最重要的因素，又因?yàn)閭鳠嵯禂?shù)是衡量凝汽器背壓調(diào)節(jié)能力的關(guān)鍵，因此，可以通過控制空氣含量的方式達(dá)到控制凝汽器背壓調(diào)節(jié)能力的目的，從而更好地解決船舶汽輪機(jī)自流循環(huán)水量大于凝汽器所需循環(huán)水量導(dǎo)致的背壓調(diào)節(jié)能力過低的問題。

（二）凝汽器中的空氣含量對(duì)凝結(jié)水過冷度的影響分析

在利用抽氣器參與凝汽器背壓調(diào)節(jié)的過程中，會(huì)在一定程度上對(duì)凝汽器中凝結(jié)水的過冷度形成影響。通過抽氣器調(diào)節(jié)凝汽器的背壓，一旦凝結(jié)水在其作用下，出現(xiàn)過冷度過高的現(xiàn)象，會(huì)對(duì)船舶汽輪機(jī)的穩(wěn)定安全運(yùn)行造成不良影響，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究抽氣器參與凝汽器背壓調(diào)節(jié)的可行性，首先要要分析凝汽器中的空氣含量對(duì)凝結(jié)水過冷度的影響。本次研究在自流循環(huán)誰調(diào)節(jié)背壓的方式下進(jìn)行，選取了四種不同的船速工況，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在自流工況條件下，通過抽氣器參與凝汽器背壓調(diào)節(jié)的方式，促進(jìn)背壓調(diào)節(jié)能力的平衡，對(duì)凝汽器中凝結(jié)水過冷度的影響較小。究其原因，是由于抽氣器空氣含量對(duì)凝汽器的換熱系數(shù)具有一定的作用，使得其對(duì)凝結(jié)水過冷度的作用減弱。

三、船舶汽輪機(jī)抽氣器參與凝汽器背壓調(diào)節(jié)的可行性分析方法

首先，通過將凝汽器內(nèi)的空氣視為理想空氣，并運(yùn)用道爾頓分壓定律和能量守恒定律，建立整體空氣的分壓公式和模型。整體空氣的分壓公式如下：

然后，在整體空氣的分壓公式和模型的基礎(chǔ)上，建立凝汽器的背壓調(diào)節(jié)仿真模型，并對(duì)不同工況下的自流循環(huán)水進(jìn)行研究。在研究的過程中，對(duì)抽氣量和循環(huán)數(shù)量進(jìn)行仿真研究，得到背壓結(jié)果，即抽氣器的背壓調(diào)節(jié)能力優(yōu)于自流循環(huán)水的背壓調(diào)節(jié)能力。第三，對(duì)抽氣器的背壓調(diào)節(jié)能力進(jìn)行驗(yàn)證，分別抽取不同船速工況條件下的循環(huán)水進(jìn)行仿真驗(yàn)證，求取驗(yàn)證結(jié)果。最后，得出驗(yàn)證結(jié)果。驗(yàn)證結(jié)果表明，船舶汽輪機(jī)的抽氣器參與凝汽器背壓調(diào)節(jié)工作具有可行性。

結(jié)論：通過以上研究發(fā)現(xiàn)，在利用抽氣器參與凝汽器背壓調(diào)節(jié)的過程中，通過分析凝汽器中的空氣含量對(duì)凝結(jié)水過冷度的影響，采用抽氣器控制空氣量，能夠有效降低凝汽器中的空氣含量對(duì)凝結(jié)水過冷度的影響。在此基礎(chǔ)上，通過建模仿真的方法，能夠直觀了解到抽氣器參與凝汽器背壓調(diào)節(jié)的效果。因此，在利用抽氣器參與凝汽器背壓調(diào)節(jié)的過程中，可以應(yīng)用上述方法。

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作者簡(jiǎn)介：

韓孝坤（1990.10——）男，漢族，遼寧東港人、本科、助理工程師、研究方向：船舶動(dòng)力endprint