王小偉，裘達(dá)夫

(91872部隊(duì)上海研究室，上海 200083)

0 前言

上世紀(jì)80年代設(shè)計(jì)建造的大多數(shù)船舶還在服役，某型船的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備老舊，銘牌上看到的生產(chǎn)日期基本上都是1978－1979年，有些參數(shù)在銘牌表面無(wú)法看出 (氧化后已無(wú)痕跡)。由于年代較遠(yuǎn)，經(jīng)多次保養(yǎng)修理后，目前只能維持運(yùn)行狀態(tài)，振動(dòng)、噪音偏大。據(jù)修船廠反映，這種機(jī)型的配件，原生產(chǎn)廠家早已停止供應(yīng)。風(fēng)機(jī)的“轉(zhuǎn)子”幾次修整后，原來(lái)的動(dòng)平衡指數(shù)早已不能保留。電機(jī)是“JO”系列的老型號(hào)，國(guó)內(nèi)早已不生產(chǎn)，因此只能任其高振動(dòng)、高噪音運(yùn)行。風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)和噪聲既影響艦員的生活，也影響艦艇戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的發(fā)揮。

針對(duì)這種情況，我們經(jīng)過(guò)5年的技術(shù)攻關(guān)，成功研制了“CLQY”系列新型高效低噪聲通風(fēng)機(jī)，2009年通過(guò)了技術(shù)鑒定，在近10艘船上試用，取得良好的效果。目前已經(jīng)成為一個(gè)能全面適應(yīng)水面艦船離心通風(fēng)機(jī)換裝替代的機(jī)種群體，功率配置從0.12～22 kW18個(gè)機(jī)型、32個(gè)不同規(guī)格的機(jī)種，與同類規(guī)格的老式離心通風(fēng)機(jī)相比，空間體積縮小25%以上，質(zhì)量減少近30%，能耗降15%以上，振動(dòng)小，噪音低，功率3 kW以下的小型無(wú)機(jī)座型式，安裝簡(jiǎn)捷，均可采用金屬件中間接口消除滲漏、風(fēng)阻，提高通風(fēng)效果。

2011年上半年，我們對(duì)某型號(hào)艦船所有24臺(tái)離心通風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改換裝修理，對(duì)通風(fēng)管路接頭進(jìn)行了更換，取得了良好的效果。

1 新型高效低噪聲通風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)介

1.1 新型風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的目標(biāo)是降低噪聲、減小振動(dòng)、提高效率，減輕質(zhì)量、縮小體積。為了有效地縮小通風(fēng)機(jī)的空間體積，結(jié)構(gòu)造型是關(guān)鍵。按GB/T 3235－1999標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，選取以“A”型結(jié)構(gòu)作為研制設(shè)計(jì)的版本。保持“A”型結(jié)構(gòu)中電機(jī)與葉輪直接連接的基本格局，采用將電機(jī)嵌入組裝新穎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出新型的離心通風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)空間體積縮小約25%左右、質(zhì)量平均減少30%以上的目標(biāo)，如圖1所示。

圖1 電機(jī)嵌入風(fēng)機(jī)殼體內(nèi)部的新型風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 新型風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量與力矩平衡設(shè)計(jì)

新型風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)是電機(jī)、殼體、葉輪盤(pán)三位聯(lián)裝，電機(jī)與葉輪的總質(zhì)量軸向分布，以法蘭盤(pán)為中心達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài)下的質(zhì)量平衡 (見(jiàn)圖2)，電機(jī)法蘭盤(pán)再與風(fēng)機(jī)的后蓋安裝組成風(fēng)機(jī)總體 (設(shè)計(jì)中已確定對(duì)應(yīng)位置)。當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，葉輪處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，此時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)力矩與軸向的質(zhì)量平衡達(dá)到理論上的平衡點(diǎn)，振動(dòng)才會(huì)最低，機(jī)械振動(dòng)噪音也隨之相應(yīng)降到最低。在靜止?fàn)顟B(tài)下，電機(jī)保留在風(fēng)機(jī)殼體外部的重量W2，相對(duì)于安裝電機(jī)的固定點(diǎn)O產(chǎn)生的力矩必須與電機(jī)伸入風(fēng)機(jī)殼體的重量W1和葉輪的重量W3相對(duì)于O所產(chǎn)生的力矩相等，才能實(shí)現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài)下平衡。即

但是，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行起來(lái)后，由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)，入口與出口空氣存在壓力差，葉輪產(chǎn)生與軸垂直的升力，從而相對(duì)于安裝點(diǎn)O產(chǎn)生力矩 ，從而打破了公式 (1)的平衡，產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)采用適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)，調(diào)整公式 (1)中的W2和W1的比例關(guān)系，使其達(dá)到力矩平衡臨界點(diǎn)，保證了風(fēng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。

圖2 風(fēng)機(jī)電機(jī)與轉(zhuǎn)子力矩平衡示意圖

1.3 新型風(fēng)機(jī)蝸殼設(shè)計(jì)

蝸殼的作用是將離開(kāi)葉輪的氣體導(dǎo)向蝸殼出口，并將部分動(dòng)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓。蝸殼內(nèi)的氣流十分復(fù)雜。氣體沿著蝸殼流動(dòng)的同時(shí)，不斷有氣體從葉輪進(jìn)入蝸殼，即氣體邊流動(dòng)邊混合，此外葉輪出口氣流的不均勻性和氣體黏性的影響使蝸殼內(nèi)的流動(dòng)更加復(fù)雜。蝸殼型線的設(shè)計(jì)不僅直接關(guān)系到蝸殼內(nèi)的流動(dòng)損失，還對(duì)前面葉輪的氣動(dòng)性能有反影響。由于與多葉風(fēng)機(jī)配套的傳統(tǒng)蝸殼曲線造成風(fēng)機(jī)殼體尺寸太大，而且蝸舌與葉片間距不合理，造成氣動(dòng)噪聲大，因此，研究提出了新的蝸殼曲線，采用修正系數(shù)的阿基米德螺旋線，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，修正系數(shù)得到了較為理想的蝸殼曲線，有效地降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行的氣動(dòng)噪聲，并提高風(fēng)機(jī)的效率。

針對(duì)艦用通風(fēng)機(jī)振動(dòng)、噪聲大、效率低等問(wèn)題，對(duì)通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，研制出了新型高效低噪聲通風(fēng)機(jī)，其運(yùn)行時(shí)噪聲比同等功率機(jī)型低5～6 dB(A)，其體積比同等機(jī)型縮小30%以上，質(zhì)量比同等機(jī)型輕30%左右，功耗比同等機(jī)型降低20%以上。新型風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)國(guó)家權(quán)威產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，各項(xiàng)性能指標(biāo)符合GB/T 11865－2008《船用離心通風(fēng)機(jī)》的要求。

2 在航狀態(tài)下全艦通風(fēng)機(jī)的改換裝

修理的艦船因?yàn)槿蝿?wù)提前出廠，我們必須在艦船在航狀態(tài)下進(jìn)行改裝修理。在航狀態(tài)下通風(fēng)機(jī)的拆裝，必須通過(guò)狹窄的艙門(mén)，而不能像廠修那樣可以割開(kāi)艙板，便于大型設(shè)備的進(jìn)出。而且通風(fēng)系統(tǒng)原設(shè)備老舊，通風(fēng)機(jī)體積龐大、笨重，特別是前后空調(diào)的4臺(tái)17.5 kW的大型離心通風(fēng)機(jī)，必須切割分體后才能從艙門(mén)中取出。同樣，新型的通風(fēng)機(jī)雖然體積相對(duì)于舊風(fēng)機(jī)縮小30%左右，但還是不能整體進(jìn)入艙室，特別是前后空調(diào)和主機(jī)艙的通風(fēng)機(jī)，必須分體后才能進(jìn)入。

針對(duì)艦船現(xiàn)場(chǎng)狀況，在通風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)制作過(guò)程中，對(duì)大功率機(jī)型的主要部件 (機(jī)殼、電機(jī)、機(jī)殼座3大組件)以組件方式生產(chǎn)或單元零部件(通用、互換性強(qiáng))達(dá)到運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)安裝的輕便簡(jiǎn)捷，容易進(jìn)入艦船的各部位。所有的進(jìn)、出口中間過(guò)渡接口件、配對(duì)預(yù)制或散件形式，在現(xiàn)場(chǎng)焊接組裝十分方便 (3 kW以下整機(jī)在人力作用下，可任意進(jìn)入各個(gè)工位)。

按調(diào)研中的現(xiàn)場(chǎng)狀況一一對(duì)號(hào)入座，相應(yīng)換裝，大功率的通風(fēng)機(jī)選型如表1所示。

表1 大功率通風(fēng)機(jī)選型

將配制的對(duì)應(yīng)機(jī)種按順序從小到大 (設(shè)定編號(hào)順序)按下列工藝方式實(shí)施:拆除原設(shè)備→清理現(xiàn)場(chǎng)工作面→船體風(fēng)管的進(jìn)出口清理維護(hù)處理→配裝對(duì)接接口→風(fēng)機(jī)部件組裝→調(diào)試運(yùn)行。

通過(guò)以上的準(zhǔn)備階段至實(shí)施過(guò)程操作，在正常情況下，整船離心通風(fēng)機(jī)的換裝修理工期控制在14個(gè)工作日內(nèi)完成，實(shí)現(xiàn)在航艦船、系泊期間同樣能實(shí)施換裝施工的目的。

3 結(jié)論

新型離心通風(fēng)機(jī)的換裝目的主要是改善艦員生活與工作環(huán)境，艦員的身體健康是保證戰(zhàn)斗力的因素之一。通過(guò)換裝后達(dá)到的基本技術(shù)指標(biāo)與改裝前比較，環(huán)境噪音大功率機(jī)組平均下降3～5 dB(A)，小功率機(jī)組平均下降6～9 dB(A)，實(shí)現(xiàn)了降耗15%、總裝機(jī)質(zhì)量減少30%的目標(biāo)，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行振動(dòng)現(xiàn)象得到徹底改變 (新型風(fēng)機(jī)的振動(dòng)值大功率機(jī)型最大≤1.8 mm/s，最小僅0.045 mm/s)。

［1］成心德.離心通風(fēng)機(jī) ［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［2］GB/T 11865－2008，船用離心通風(fēng)機(jī) ［S］.

［3］GB/T 16301－2008，船舶機(jī)艙輔機(jī)振動(dòng)烈度的測(cè)量和評(píng)價(jià) ［S］.

［4］聶能光，等.風(fēng)機(jī)節(jié)能與降噪 ［M］.北京:科學(xué)出版社，1990.