船舶壓縮空氣管系的設(shè)計案例壓縮空氣管系組成壓縮空氣系統(tǒng)和控制空氣系統(tǒng)是壓縮空氣系統(tǒng)的兩個不可或缺的部分，在絕大多數(shù)情況下，它包括空氣壓縮機(jī)、儲氣罐、過濾器和壓縮空氣干燥機(jī)。壓縮空氣管系作用柴油機(jī)動力裝置中，為了確保船舶能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)并有效率的工作，壓縮空氣系統(tǒng)在此過程中的地位不容忽視。它的使用范圍十分寬泛，特別是對自動化程度高的船舶至關(guān)重要。主要用途有：（1）柴油機(jī)的啟動；（2）柴油機(jī)的換向；（3）離合器的操縱；（4）自動化裝置的氣孔裝置；（5）壓力柜的充氣；（6）氣笛、霧笛的吹鳴（7）滅火劑的驅(qū)動噴射；（8）其他。壓縮空氣管系原理一般來說，船舶上使用的壓縮空氣管系工藝包括兩種基本形式：總的來說就是單壓力管系和雙壓力管系。圖3-1為大型散貨船壓縮空氣管系原理圖。它是一種由機(jī)艙中的兩臺電動空氣壓縮器所組成的單壓力管系；壓縮機(jī)組通過壓力繼電器自動啟動或停機(jī)（啟動壓力大概為1.0MPa，停機(jī)壓力大約為3.0MPa）。本系統(tǒng)配有容量為4000L主空氣瓶兩只，供主機(jī)和副機(jī)發(fā)電機(jī)組分別開動用，其工作壓力為3.0MPa。一般通過減壓后可為氣笛和甲板機(jī)械所使用，也可對水下閥箱進(jìn)行沖洗（壓力約為0.4MPa）。圖3-1壓縮空氣原理圖壓縮空氣管系設(shè)計要求(1)船舶主機(jī)采用壓縮空氣起動時，應(yīng)有多于兩套的充氣裝置，其中至少有一套應(yīng)由與主機(jī)不同的能量驅(qū)動。它通常由動力或輔助電動機(jī)提供驅(qū)動，手動操作也可用于小船。

(2)空氣壓縮機(jī)以0.69MPa至2.94MPa的壓力對氣瓶充氣，氣瓶填充時間大約為1h。在大中型船舶上，空氣瓶的填充一般來說使用自動控制。

(3)主機(jī)至少有兩個初始空氣瓶，總的發(fā)動機(jī)容量必須能夠從冷機(jī)起動超過12次，而無需為可逆柴油機(jī)充電，并且不可逆柴油機(jī)可以從冷機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，至少開啟6次以上。(4)可以放置一個輔助發(fā)動機(jī)啟動氣瓶，并且其容量必須能夠連續(xù)使用來自冷發(fā)動機(jī)的最大功率連續(xù)啟動輔助發(fā)動機(jī)超過6次，而無需額外充電。

(5)必須在空氣壓縮機(jī)中安裝空氣-水分離器以使空氣瓶充氣。進(jìn)入空氣瓶的壓縮空氣的溫度不得超過60C，否則必須在空氣壓縮機(jī)的排出口安裝空氣冷卻器。(6)每個空氣壓縮機(jī)的排氣管必須直接連接到每個初始?xì)馄?，并且壓縮空氣管必須裝有旋塞或排氣裝置還必須配備用于自動控制系統(tǒng)的截止閥和控制閥。壓縮空氣管系主要設(shè)備的相關(guān)計算1、空氣瓶容積柴油機(jī)氣缸數(shù)：i=6個柴油機(jī)氣缸直徑：D=46cm柴油機(jī)氣缸行程：S=48cm柴油機(jī)氣缸總?cè)莘e：V=iπD2柴油機(jī)連續(xù)起動次數(shù)：Z=6次空氣消耗量與氣缸容積之比：q1=7,q所需自由空氣量：Vf=[q1+(最大的起動壓力：P1最低的起動壓力：P2壓縮空氣瓶容積：Vy=Vf10?（2、空壓機(jī)排量計算壓縮空氣瓶容積Vy最大起動壓力P1最低起動壓力P2充滿全部主機(jī)需消耗空氣瓶的時間T=1h空氣機(jī)排量Vq=3、壓縮空氣壓力的選定壓縮空氣壓力范圍（單位MPa）用途最高起動壓力最低起動壓力使用壓力船用柴油機(jī)起動壓力2.940.686大型低速柴油機(jī)啟動中速柴油機(jī)啟動高速柴油機(jī)啟動氣笛，霧笛海水，淡水壓力柜海底門吹洗氣動儀表及雜用3.06.015.01.00.40.31.00.72.06.00.80.30.20.60.490.2940.1960.588表3-1壓縮空氣壓力范圍壓縮空氣管系管徑和壁厚的確定1、管徑計算根據(jù)影響管徑因素的分類法，能夠?qū)⑵浞譃閮煞N，一種是根據(jù)管內(nèi)流體的流速方式來計算管徑，另一種是根據(jù)流體流經(jīng)管子的能量損失來計算管徑。絕大多數(shù)流體恒定的情況下，管徑的計算主要與管內(nèi)流體的流速密切相關(guān)。計算公式如下： d=0.0188×qvv式中d——管子內(nèi)徑，（m）qv——體積流量，（mρ——流體密度，(kg/m3v——管內(nèi)流體流速，(m/s)；qm——流體的質(zhì)量流量，（kg/m3注：船上壓縮空氣的耗量難以精確計算，因而壓縮空氣管中的流速不易確定。根據(jù)實踐經(jīng)驗推薦：管徑在15~150mm，則流速為4~15m/s（壓縮空氣壓力2.5~3.0MPa）。若以自由空氣計算，則推薦自由空氣流速為250~300m/s。2、管子的壁厚計算管壁厚度主要考慮強(qiáng)度要求和腐蝕的影響。各管系中流動的流體的性質(zhì)、壓力及溫度不同，對管子的強(qiáng)度要求也不一樣，所以一般情況下為了改善管子的強(qiáng)度適當(dāng)調(diào)整管壁厚度是及有必要的。不同材料和工作介質(zhì)的管道腐蝕程度不同，如表3-2所示。表3-2不同材料管子的腐蝕速度為了使管道在大多數(shù)情況下更可靠地工作，考慮到管壁的腐蝕速度每年不得高于0.1~0.15mm/a，這樣往往能讓管子的利用率最大化。影響管系造價和重量的一大因素大致可以分為管壁厚度和管徑和管子材料。適當(dāng)縮減管壁厚度可以工廠的成本支出，但同時也縮短了管子的使用壽命。通常應(yīng)當(dāng)根據(jù)情況的改變，通過計算來適當(dāng)性調(diào)整管壁厚度。各管系內(nèi)壁所受不等的壓力、流速和溫度的改變?nèi)Q于它們所輸送的不同介質(zhì)，只有在計算中根據(jù)《鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范》的相應(yīng)公式，充分提高了管的強(qiáng)度要求計算，才能達(dá)到管子的利用率最大化。當(dāng)管子受到內(nèi)壓，其最小壁厚計算式為： δ=δ0+式中δ——鋼管最小壁厚，(mm)；δ0δbδc——腐蝕余量，(mm)。對鋼管：查表可得，壓縮空氣管系腐蝕余量δc取1.0對銅管：通常情況下，δc取0.8mm時，適用于銅、鋁黃銅和鎳含量低于10%的銅鎳合金；δc取0.5mm時，適用于鎳含量為10%以上的銅鎳合金；整體而言壁厚δ0的值應(yīng)按下式計算：

δ0=式中δ0p——設(shè)計壓力(MPa)；D——鋼管外徑(mm)；[σ]——鋼管許用應(yīng)力(N/mm2)；e——焊接有效系數(shù)，e取1時，適用于無縫鋼管、電阻焊和高頻焊鋼管。鋼管許用應(yīng)力[σ]應(yīng)取下列公式計算值的最小值：[σ]=σb/2.7，N/mm[σ]=σst[σ]=σDt式中σb——常溫材料下的最低抗拉強(qiáng)度，N/mm2；σst——材料在常溫下的最低屈服強(qiáng)度或0.2%的條件屈服強(qiáng)度，N/σDt——材料在設(shè)計溫度下10附加彎曲余量δb δb=0.4RD式中R——平均彎曲半徑，mm，絕大多數(shù)情況下R不得低于4D；D和δ0同理。腐蝕余量δc，按表3-3選取。當(dāng)管路穿過艙柜時，為了精準(zhǔn)計算耐腐蝕性，余量應(yīng)加上一個值大小取決于外部介質(zhì)的附加腐蝕余量。如果對管子結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化改良并且實現(xiàn)了相應(yīng)的保護(hù)，那么減少管子的腐蝕余量的情況理應(yīng)不在話下。若從根本上解決管子原材料問題，例如使用特種鋼管時，腐蝕余量即可大量減少，甚至可以優(yōu)化到零。管子用途δc管子用途δc過熱蒸汽管0.3潤滑油管0.3飽和蒸汽管0.8燃油管1.0貨油艙蒸汽加熱管鍋爐開式給水管鍋爐閉式給水管鍋爐排污管壓縮空氣管液壓油管2.01.50.51.51.00.3貨油管冷冷藏裝置制冷管淡水管海水管冷藏貨艙鹽水管2.00.30.83.02.0表3-3鋼管腐蝕余量δ所以管壁的最小厚度為δ=從上式不難看出，壁厚δ與工作壓力成正比，即工作壓力值與其壁厚呈正相關(guān)，同增同減；許用應(yīng)力[σ]和壁厚呈負(fù)相關(guān)；由于許用應(yīng)力和工作介質(zhì)的溫度也是呈負(fù)相關(guān)的，因而壁厚值δ與工作介質(zhì)的溫度呈正相關(guān)；工作介質(zhì)的腐蝕性大的則c值增加，其相應(yīng)的壁厚δ值也增加，不難說明，往往在選用管子時，壓力、溫度和工作環(huán)境的腐蝕性起著重要的作用。管路附件選擇(1)船舶中連接附件的作用是將管系中的機(jī)械、設(shè)備、儀表附件和管子等重要零部件相互連接起來；船舶常用的連接形式大致可分為法蘭連接、螺紋連接、焊接連接、夾布膠管連接、通艙管件及座板連接和膨脹接頭連。(2)在管道中安裝了多個控制閥部件件，例如：截止閥，止回閥，截止止回閥，閘閥，蝶形閥和閥箱，旋塞，球閥等用以控制管道內(nèi)工作介設(shè)備的流量和方向；a.截止閥是閥門中最常用的部分，其目的是切斷或連接管路中的介質(zhì)；b.止回閥（也叫單向閥），使工作介質(zhì)只能沿一個地方通過，防止其倒流；止回閥的結(jié)構(gòu)主要由提升止回閥、回指止回閥和垂直止回閥組成；c.截止止回閥是具有截止和止回兩種功能的閥件；(3)膨脹接頭的作用是吸收因機(jī)身變形和管子熱脹冷縮引起的內(nèi)應(yīng)力，并防止管路泄漏、彎曲和破裂；使用了四種類型的伸縮接頭：彎管式伸縮接頭、波紋管式伸縮接頭、填料函式伸縮接頭、整體式伸縮接頭；(4)管子支撐的用途是正確布置管道；第二是支承管道