2 200 t起重船機(jī)艙風(fēng)機(jī)選型計(jì)算

曹輝　杜恒　周成秀

摘? ? 要：本文基于我司設(shè)計(jì)建造的2200t起重船實(shí)例，通過計(jì)算機(jī)艙設(shè)備燃燒及散熱所需空氣量，分析整個(gè)機(jī)艙所需空氣量;同時(shí)根據(jù)機(jī)艙風(fēng)管布置，考慮最遠(yuǎn)支管送風(fēng)情況，分析末端的送風(fēng)壓力損失和煙囪排風(fēng)損失，計(jì)算風(fēng)機(jī)的壓力損失，從而選型出機(jī)艙風(fēng)機(jī)所需風(fēng)量和靜壓。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī);換氣次數(shù);散熱;燃燒;壓力損失

中圖分類號(hào)：U662.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Calculation of Engine Room Fan Selection for 2 200 t Crane Ship

CAO Hui， DU Heng， ZHOU Chengxiu

（ China Merchants Heavy Industry （Shenzhen） Co.， Ltd.， Shenzhen 518054 ）

Abstract： Based on the 2 200 t crane ship designed and built in our company， the amount of air needed for the whole engine room is analyzed by calculating the amount of air needed for heat dissipation and combustion in the engine room. At the same time， according to the engine room air duct layout， considering the farthest branch pipe air supply situation， the air supply pressure loss of the end and funnel exhaust loss are analyzed， the fan pressure loss is calculated， so as to select the engine room fan required air volume and static pressure.

Key words： Fan; Air change ratio; Heat dissipation; Combustion; Pressure loss

1? ? ?前言

我司建造的2 200 t非自航起重船，入級(jí)CCS。本船建造分兩個(gè)階段：一期工程為建造L型臂架起重船，采用鋼質(zhì)、箱形船體、縱骨架式、單甲板、局部雙層底結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)單線型，配備雙L型臂架變幅桁架式起重機(jī)一臺(tái)，額定起重量為2 200 t，作業(yè)區(qū)域?yàn)橹袊?guó)及東南亞沿海，主要用于澳門澳氹大橋橋梁鋼箱梁及墩身帽的吊裝工程;一期吊裝工程結(jié)束后，二期工程為返廠改造成直臂架起重船。

本船3臺(tái)主發(fā)電機(jī)組和2臺(tái)停泊發(fā)電機(jī)組均布置在同一機(jī)艙內(nèi)，為保證機(jī)艙內(nèi)機(jī)器設(shè)備正常工作及散熱換氣需要，機(jī)艙需要設(shè)置機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)。鑒于機(jī)艙布局情況，擬采用2臺(tái)風(fēng)機(jī)機(jī)械送風(fēng)到機(jī)艙，通過風(fēng)道布置送風(fēng)至機(jī)艙各處，同時(shí)將渾濁的高溫空氣通過煙囪排向大氣。

2? ? 機(jī)艙通風(fēng)量估算

機(jī)艙通風(fēng)參照《ISO 8861-1998造船柴油機(jī)船舶機(jī)艙通風(fēng)設(shè)計(jì)要求和計(jì)算基準(zhǔn)》進(jìn)行估算。鑒于停泊發(fā)電機(jī)組與主發(fā)電機(jī)組在同一機(jī)艙內(nèi)且不存在同時(shí)工作工況，故停泊發(fā)電機(jī)組通風(fēng)量不需列加估算。

2.1? ?機(jī)艙相關(guān)數(shù)據(jù)

機(jī)艙容積V=25 mx24 mx6 m=3 600 m³;

主發(fā)電機(jī)組 3臺(tái)，每臺(tái)柴油機(jī)額定功率 1 600 kW;

停泊發(fā)電機(jī)組2臺(tái)，每臺(tái)柴油機(jī)額定功率 200 kW;

最高室外空氣溫度45 ℃、相對(duì)濕度50%，最低室外環(huán)境溫度為-10 ℃。

2.2? ?通風(fēng)量估算

（1）按換氣次數(shù)估算：

Q=n*V=108 000 m³/h

式中：n--換氣次數(shù)，取n=30;

V--機(jī)艙容積，V=3 600 m³。

（2）按設(shè)備燃燒及散熱所需總空氣量估算：

Q₂=q_c+q_h=102 876.7 m³/h

式中：q_c–設(shè)備燃燒所需空氣總量（m³/h）

q_c=q_dg+q_b

q_dg—主發(fā)電柴油機(jī)燃燒所需空氣量，q_dg=33711 m³/h

q_b—熱水加熱器燃燒所需空氣量，q_b= 694.7 m³/h

q_h—設(shè)備散熱所需空氣總量

q_h= VW/（ρ×c×Δt）-0.4 q_dg-q_b= 68 471 m³/h

W—機(jī)艙設(shè)備總的散熱量

=W₁+W₂+W₃+W₄+W₅+W₆ = 327.53 kW

W₁—主發(fā)電柴油機(jī)散熱量，W₁=76 kW;

W₂—單臺(tái)主發(fā)電機(jī)散熱量，W₂=4 kW;

W₃—熱水加熱器散熱量，W₃=2.53 kW;

W₄—排氣管散熱量，W₄=25 kW;

W₅—熱交換器散熱量，W₅ =～20 kW;

W₆—機(jī)艙電氣設(shè)備散熱量，W₆=～40 kW;

c —?dú)獗葻崛荩琧=1.01 kJ/（kg·K）;

Δt—空氣流經(jīng)機(jī)艙的溫升，Δt =12.5 K。

（3）Q≥1.5qc

2.3? ?機(jī)艙總風(fēng)量要求

（1）按換氣次數(shù)計(jì)算

Q₁=108 000 m³/h

（2）按設(shè)備散熱及燃燒所需的總空氣量計(jì)算

Q₂ =q_c+q_h=102 876.7m³/h

（3）Q₃≥1.5q_c=51 608.55 m³/h

比較三者中的較大值，按換氣次數(shù)計(jì)算所需空氣量較大，因此選取Q=Q₁=108 000 m³/h，設(shè)置風(fēng)機(jī)2臺(tái)，每臺(tái)流量54 000 m³/h。

3? ? ?機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)布置

本船，機(jī)艙棚的通風(fēng)尺寸為3 000 mmX6000 mm，考慮主機(jī)、停泊機(jī)及鍋爐等設(shè)備的布置情況，其機(jī)艙風(fēng)管的風(fēng)口多布置在這些設(shè)備下方或側(cè)方，詳見圖1和圖2。

4? ? ?機(jī)艙通風(fēng)阻力估算

4.1? ?機(jī)艙棚阻力△P1

從機(jī)艙棚主甲板至D甲板為矩形風(fēng)管，每層平臺(tái)按照平面開孔模型確定局部阻力系數(shù);平臺(tái)與平臺(tái)之間空間流通截面積假定無變化，僅存在流動(dòng)沿程阻力損失。

（1）主甲板風(fēng)道阻力見表1。

（2）A甲板風(fēng)道阻力見表2。

（3） B甲板風(fēng)道阻力見表3。

（4） C甲板風(fēng)道阻力見表4。

（5） 煙囪局部阻力見表5。

因此，從主甲板至煙囪頂百葉窗出口，機(jī)艙排風(fēng)總阻力為：

△P₁= 46.1 Pa

4.2? ?送風(fēng)風(fēng)管阻力

根據(jù)圖1，選取最遠(yuǎn)管路進(jìn)行阻力計(jì)算：

△P₂ =ρx ξ x ω²/2

（1）水平支風(fēng)管及通風(fēng)柵阻力（以右舷支管3為例），

△P_2.1= 335.5 Pa

（2） 垂直結(jié)構(gòu)風(fēng)管阻力

△P_2.2 = 112.4 Pa

因此，機(jī)艙通風(fēng)送風(fēng)管及機(jī)艙棚排風(fēng)管總阻力△P2 為：

△P₂=△P₁+△P₂=494 Pa

5? ? ?機(jī)艙通風(fēng)設(shè)備選型

（1）初步選型

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果：

（1）送排風(fēng)風(fēng)道阻力為494 Pa，機(jī)艙最遠(yuǎn)端保留余壓50 Pa，故機(jī)艙風(fēng)機(jī)靜壓至少應(yīng)為546 Pa;

因此，根據(jù)通過對(duì)風(fēng)機(jī)廠家設(shè)備進(jìn)行對(duì)比，初步確定設(shè)備選型為機(jī)艙送風(fēng)機(jī)2臺(tái)，規(guī)格參數(shù)如下：

型? ? 式? 立式軸流式

流? ? 量? 54 000 m³/h

壓強(qiáng)? 580 Pa

（2）最終選型

根據(jù)船東要求將風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為可以進(jìn)行兩檔風(fēng)速調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)，故設(shè)備最終選型為機(jī)艙送風(fēng)機(jī)2臺(tái)，規(guī)格參數(shù)如下：

型? ? 式? 立式軸流式

流? ? 量? 54 000 m³/ h / 27 000 m³/ h

壓強(qiáng)? 580 Pa / 310 Pa

6? ? ?結(jié)束語

該船已經(jīng)順利交付，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和檢驗(yàn)，該船的通風(fēng)系統(tǒng)布置、設(shè)備選型能夠滿足業(yè)主的使用要求，安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] ISO 8861-1998造船柴油機(jī)船舶機(jī)艙通風(fēng)設(shè)計(jì)要求和計(jì)算基準(zhǔn).

[2]劉啟銘，閆秉政.船舶機(jī)械通風(fēng)設(shè)計(jì)和建造的相關(guān)分析[J].船舶物資與市場(chǎng)，2021，29（08）.

[3]宋宏.船舶艙室通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月）.2020，20（8）.