水面船舶機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文
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一、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析
目前船舶動(dòng)力艙通風(fēng)采用常規(guī)機(jī)械通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)結(jié)合循環(huán)冷卻裝置通風(fēng)、射流通風(fēng)三種方式。三種通風(fēng)方式各有特點(diǎn)，不同的船舶根據(jù)需求采用不同的方式。國(guó)際上將空氣射流通風(fēng)技術(shù)的設(shè)計(jì)思想普遍應(yīng)用于船舶通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中已有幾十年的歷史，歐美公司，如ABB公司、約克公司、荷蘭H&H公司，均在其設(shè)計(jì)的船舶機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)中采用了此類(lèi)通風(fēng)技術(shù)。其中瑞典ABB公司在空氣射流通風(fēng)技術(shù)原理上開(kāi)發(fā)出的Dirivent系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用于船舶貨艙、機(jī)械艙室和機(jī)艙的空調(diào)通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)中。目前國(guó)內(nèi)水面船舶機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有三種形式：全新風(fēng)系統(tǒng)、循環(huán)冷卻加新風(fēng)系統(tǒng)及射流通風(fēng)三種設(shè)計(jì)方法。無(wú)論哪種形式，通風(fēng)的目的均在于一是排除艙室的熱空氣，使溫度滿足設(shè)計(jì)要求；二是滿足機(jī)器和工作人員對(duì)新鮮空氣的需求。
二、機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1．艙室通風(fēng)量的計(jì)算
一般考慮主機(jī)、發(fā)電機(jī)、排氣管輻射熱及其它設(shè)備的散熱量之和Q，船型較大時(shí)，還考慮艙壁傳導(dǎo)熱。帶走此部分熱量所需的通風(fēng)量。
2．通風(fēng)形式的比較
（1）全新風(fēng)系統(tǒng)全新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)顧名思義，利用風(fēng)機(jī)將艙內(nèi)污濁空氣排出至艙外，將艙外的新鮮空氣引至艙內(nèi)。總風(fēng)量的確定一要滿足排出艙內(nèi)熱負(fù)荷，二要滿足換氣次數(shù)的要求。也就是3.1中兩種計(jì)算方法中的較大者。機(jī)艙內(nèi)進(jìn)風(fēng)大于排風(fēng)的設(shè)計(jì)，為正壓設(shè)計(jì)。對(duì)于有艙內(nèi)進(jìn)氣要求的機(jī)艙，一般采用正壓設(shè)計(jì)。無(wú)進(jìn)氣要求時(shí)，為防止機(jī)艙高熱高濕氣體進(jìn)到其它住艙等艙室，一般機(jī)艙采用負(fù)壓設(shè)計(jì)，即排氣量略大于進(jìn)氣量的設(shè)計(jì)。全新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于大量新風(fēng)進(jìn)到艙內(nèi)，在排出機(jī)艙內(nèi)設(shè)備發(fā)熱量的同時(shí)，可以保證艙室的新風(fēng)量。但由于風(fēng)量較大，需單獨(dú)設(shè)置進(jìn)排風(fēng)風(fēng)機(jī)室，獨(dú)立的進(jìn)排氣圍井通道，占用較多的總體資源。由于風(fēng)量較高，風(fēng)機(jī)噪聲較高，風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速也較高，整個(gè)艙室內(nèi)的通風(fēng)噪聲相應(yīng)升高。由于機(jī)艙內(nèi)發(fā)熱設(shè)備較多，空間布置緊湊，采用風(fēng)管送排風(fēng)時(shí)，容易造成機(jī)艙內(nèi)空間布置特別緊張，局部區(qū)域風(fēng)管無(wú)法送至，造成局部溫度過(guò)高。部分水面船舶設(shè)計(jì)中，未設(shè)置進(jìn)排風(fēng)管，僅設(shè)置了進(jìn)排風(fēng)室，風(fēng)機(jī)將外界空氣吸入至機(jī)艙頂部某一個(gè)部位（首部或尾部），另一端設(shè)置排風(fēng)風(fēng)機(jī)將艙內(nèi)熱空氣排出。此種設(shè)計(jì)更難保證機(jī)艙內(nèi)布風(fēng)及溫度的均勻性。
（2）循環(huán)冷卻加新風(fēng)系統(tǒng)由于海水的比熱容比空氣大，利用海水將艙室內(nèi)發(fā)熱量帶走的方式必然可以減少艙室通風(fēng)量，從而降低艙室風(fēng)管大小及降低風(fēng)速，減少噪聲。某型船上，采用了兩套循環(huán)冷卻通風(fēng)裝置，同時(shí)采用風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)處理。由于海水的溫度常年在20℃左右，而外界環(huán)境溫度則波動(dòng)較大，一般在外界達(dá)到35℃左右時(shí)，海水還能保持在25℃左右。因此此種方式，可大大降低機(jī)艙內(nèi)的溫度。外界新風(fēng)雖然較全新風(fēng)設(shè)計(jì)有所減少，但換氣次數(shù)仍可保證15次/h左右，滿足人員對(duì)新鮮空氣的需求的同時(shí)，仍可保持艙內(nèi)的污濁物濃度控制在一定的范圍內(nèi)。由于有閉式循環(huán)冷卻，在外界新風(fēng)切斷的情況下，仍可保持艙內(nèi)溫度最高溫度不超過(guò)50℃左右。此種形式的設(shè)計(jì)有利于在需要保持密閉的情況下進(jìn)行對(duì)外關(guān)閉[2]。
（3）射流通風(fēng)射流通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要在于布風(fēng)形式上，其原理是通過(guò)射流噴咀本身的特性，射出高速氣流，誘導(dǎo)和驅(qū)動(dòng)其周?chē)目諝庀蚯斑\(yùn)動(dòng)；并通過(guò)噴咀的布置及方向，對(duì)艙內(nèi)氣流進(jìn)行組織，從而確保機(jī)艙內(nèi)的溫度分布均勻及良好的通風(fēng)效果。射流噴嘴出口流速可高達(dá)40m/s，理論上1倍的空氣可誘導(dǎo)帶動(dòng)10倍以上空氣流動(dòng)，因此射流通風(fēng)可大大減少艙內(nèi)的風(fēng)管大小。同時(shí)，由于末端射流風(fēng)管較小，噴嘴可調(diào)，大大增加了布置的靈活性，使得艙室內(nèi)很少出現(xiàn)通風(fēng)死角[3]。但是，目前射流通風(fēng)多是全新風(fēng)設(shè)計(jì)，需要較大的圍井，較大的進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)，排風(fēng)風(fēng)機(jī)，較高壓頭的射流風(fēng)機(jī)，較大的進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)室，排風(fēng)風(fēng)機(jī)室，同時(shí)還要考慮消聲降噪。在減少機(jī)艙內(nèi)風(fēng)管布置位置的同時(shí)，增加了風(fēng)機(jī)室、圍井等的總體資源。
三、總結(jié)
機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)的三種形式，無(wú)論是哪一種，均有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，針對(duì)不同的船型，要根據(jù)具體的船型及各自總體規(guī)劃和要求，來(lái)決定具體選用哪一種設(shè)計(jì)形式。
（1）機(jī)艙全新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要充分考慮進(jìn)排氣道設(shè)置，提前規(guī)劃，并充分考慮氣流組織問(wèn)題，避免氣流短路而出現(xiàn)局部高溫。
（2）對(duì)于特殊情況下有密閉要求的水面船舶，可采用循環(huán)冷卻加新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
（3）射流通風(fēng)的優(yōu)勢(shì)在于更好的擾動(dòng)了艙室內(nèi)的氣流，使得溫度場(chǎng)更加均勻。在總體資源允許的情況下，可最經(jīng)濟(jì)、有效的解決空間狹小的機(jī)艙內(nèi)通風(fēng)問(wèn)題。
作者：趙遠(yuǎn)征 劉亞琴 李鵬 單位：海裝艦船辦 中國(guó)艦船研究中心 駐上海江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司軍事代表室