某民用船舶海水閥箱的優(yōu)化改進(jìn)吳玨斐;帥英梅;黃冰陽【摘要】針對某民用高速船在航行試驗(yàn)中出現(xiàn)的主機(jī)海水泵吸空問題，分析原因并提出解決方案，在現(xiàn)行的海水閥箱設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提出增大進(jìn)水量和降低吸口高度，使用兜水格柵替代平底格柵以解決海水泵吸空問題，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證該方案的有效性。%Thereasonsofairintakefortheseachestofacivilhighspeedwatercraftwereanalyzed.Onthebasisofthecurrentdesignrulesandregulations,theseachestwasoptimizationdesigned.Byincreasingtheflooding,loweringtheheightofsuctionin-letandreplacingtheflat-bottomgrating,theproblemofairintakewasresolved.Themethodproposedwasvalidatedbyactualtest.【期刊名稱】《船海工程》【年(卷)，期】2014(000)003【總頁數(shù)】3頁(P26-27,32)【關(guān)鍵詞】海水閥箱;吸空;改進(jìn)【作者】吳玨斐;帥英梅;黃冰陽【作者單位】中國艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢430064;中國艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢430064;中國艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢430064【正文語種】中文【中圖分類】U664.8現(xiàn)行規(guī)范（如《鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范》《海上高速船入級與建造規(guī)范》等）較少涉及海水閥箱具體的設(shè)計(jì)和布置。海水閥箱設(shè)計(jì)一旦有缺陷，往往在系泊試驗(yàn)階段才會(huì)暴露。為此，以某民用高速客船為研究對象，針對出現(xiàn)的問題，提出增大進(jìn)水量和降低吸口高度兩種解決方案，并總結(jié)出吃水淺的高速客船海水閥箱的一般設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。本文中的民用船舶按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計(jì)，但在航行試驗(yàn)中，當(dāng)主機(jī)到達(dá)2100r/min最高轉(zhuǎn)速時(shí)，主機(jī)冷卻水進(jìn)口的壓力為60kPa，撓性接頭變形，主機(jī)海水泵存在吸空現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)實(shí)測風(fēng)力為5級。在高速轉(zhuǎn)彎時(shí)，夕卜側(cè)主機(jī)也同樣出現(xiàn)吸空現(xiàn)象，淡水溫度在300s內(nèi)升至報(bào)警值。此時(shí)，采取緊急停機(jī)的方法使淡水溫度降至報(bào)警值以下，再正常起動(dòng)主機(jī)。但停機(jī)后海水泵停止工作，淡水無法從海水循環(huán)中進(jìn)行熱交換，溫度下降很慢;另一方面，海水泵吸空，容易造成葉輪損壞［1］。1問題分析本船的海水閥箱對稱分布在機(jī)艙甲板以下，靠機(jī)艙前壁兩舷部分。采用CB/T615中的標(biāo)準(zhǔn)平格柵。海水總管通徑：DN=250，其截面積s為將單個(gè)格柵上所有間隙相加，得到海水閥箱海底門流通面積為：0.13564m2，約為2.8倍海水總管截面積。經(jīng)計(jì)算核實(shí)，海底門格柵開口大小滿足規(guī)范要求。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在機(jī)艙布置圖對應(yīng)剖視圖中模擬船橫搖的情況時(shí)，當(dāng)橫搖超過10°時(shí)船體如圖1所示，船上兩個(gè)海水閥箱進(jìn)水格柵部分開始離開水面。因此，可以預(yù)見，船在風(fēng)浪中航行以及海況良好情況下的高速轉(zhuǎn)彎時(shí)，易出現(xiàn)主機(jī)海水泵吸空現(xiàn)象。圖1橫搖10°情況下的縱剖圖另一方面，本船采用的標(biāo)準(zhǔn)平底格柵沒有兜水作用，由于吃水較淺船高速航行時(shí)格柵吸入口處的負(fù)壓較大，在某些情況下會(huì)導(dǎo)致海水泵前負(fù)壓較大，從而造成海水泵吸空、柴油機(jī)動(dòng)力裝置海水冷卻系統(tǒng)癱瘓［2］。2解決方案分析問題的關(guān)鍵在于解決海水閥箱吸管吸進(jìn)空氣的問題，若能增大進(jìn)水量或降低吸口高度，海水閥箱吸進(jìn)空氣的幾率將大大降低?；谝陨纤悸?，考慮對海水閥箱進(jìn)行改進(jìn)。2.1增大進(jìn)水量由于船舶建造已經(jīng)基本結(jié)束，若以增大海水閥箱海底門的開口面積或者改變海水閥箱分布的方法來增大進(jìn)水量需要對船體結(jié)構(gòu)重新切割，不僅工作量大，而且一旦分割加強(qiáng)筋、扶強(qiáng)材將對船體強(qiáng)度造成影響［3］。另一方面，船在高速航行時(shí)船底產(chǎn)生較大負(fù)壓力，在平底格柵沒有兜水作用的情況下，不能通過得到動(dòng)壓頭來降低格柵吸入口處的負(fù)壓力，直接導(dǎo)致海水泵前負(fù)壓升高。因此，若能設(shè)計(jì)一種具有兜水效果的格柵來增大進(jìn)水量，問題便可以得到解決。經(jīng)過分析，將海底門格柵由標(biāo)準(zhǔn)格柵改為兜水型格柵，具體形式見圖2。圖2優(yōu)化后的兜水格柵將海底門格柵，考慮底航速、水的流速小，海底門進(jìn)水流量小的極端情況。估算格柵高度h=160+(170+63)=626mm。兜水板高度為50mm，在水流方向的投影長度l=66mm。在水流速方向的投影面積S=hxl=626x66=41316mm2。假定航速只有10kn，流速v=5m/s兜水流量Q=vxS=5x0.041316=0.20658m3/s=743.688m3/h。本船使用兩臺(tái)MTU主機(jī)：12V4000M93，單臺(tái)主機(jī)冷卻系統(tǒng)海水泵流量為201m3/h。從理論計(jì)算來看，在風(fēng)浪中有1/3的格柵在水面以下，兜水高度50mm的格柵，其兜水量遠(yuǎn)大于一臺(tái)主機(jī)海水泵的最大排量。而且格柵露出水面只是短時(shí)現(xiàn)象，并且在主機(jī)低速時(shí)海水泵的排量也是下降的。經(jīng)過計(jì)算，改型后的格柵可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)海水閥箱的進(jìn)水量達(dá)到兩臺(tái)主機(jī)需求量的目標(biāo)。2.2降低吸口高度為降低吸口高度，避免船在大幅度橫搖及高速轉(zhuǎn)彎的情況下海水總管中進(jìn)入空氣，考慮在閥箱內(nèi)增加一個(gè)向下的進(jìn)水彎管，使彎管的進(jìn)水口距船底板約80mm，使閥箱上部形成一個(gè)較大的集氣空間。這樣，進(jìn)水口至閥箱頂部有約350mm的高度差。見圖3。圖3加裝彎管的海水閥箱3效果檢驗(yàn)實(shí)施以上優(yōu)化方案后，隨即進(jìn)行實(shí)船試驗(yàn)。為模擬大風(fēng)浪海況，試驗(yàn)中采用減搖鰭人為造浪，使船保持16。~20。橫搖。主機(jī)最大轉(zhuǎn)速從1200、1600、1800、2100r/min逐檔加速，每檔轉(zhuǎn)速運(yùn)行5~6min，主機(jī)淡水溫度始終保持在87~90°C,距報(bào)警溫度(97°C)有較大余量，其余參數(shù)也都正常。4結(jié)論通過驗(yàn)證，改進(jìn)后的兜水型格柵相對于標(biāo)準(zhǔn)的平底格柵可在同等面積海底門開口的情況下獲取更大進(jìn)水量。在吃水淺的、航速高的小型民船中使用兜水型格柵比標(biāo)準(zhǔn)格柵更合適，在后續(xù)設(shè)計(jì)中可適當(dāng)考慮使用兜水格柵替代平底格柵。由于兩個(gè)對稱的高位海水閥箱存在在大風(fēng)浪中航行或者高速轉(zhuǎn)彎時(shí)容易出現(xiàn)海水泵吸空的隱患，在船舶設(shè)計(jì)中考慮將兩個(gè)海水閥箱設(shè)計(jì)成一高一低位的布置方式。只要滿足一個(gè)海水閥箱的進(jìn)水量達(dá)到兩臺(tái)主機(jī)需求量的要求，在航行中即使遇到大風(fēng)浪加劇船的橫搖，也可通過選擇關(guān)閉高位海水閥箱，僅使用低位海水閥箱來避免空氣吸入海水總管；在泥沙多的水域航行時(shí)開啟高位海水閥箱，就可有效減少泥沙進(jìn)入。這樣巧妙地選擇性開啟或關(guān)閉海水閥箱可以大幅度提高其性能。以上兩種方式，以形式和布置為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，使其更適合吃水淺的高速船海水冷卻系統(tǒng)。特別是兜水格柵的設(shè)計(jì)，使同樣的海底門面積可獲得更大的進(jìn)水量，這本船改進(jìn)的亮點(diǎn)之一。但是，這種兜水格柵的兜水角度有一定講究。若角度過大，可能出現(xiàn)倒車時(shí)吸入空氣的現(xiàn)象；角度過小則無法滿足進(jìn)水需求。其角度選取