江賢志+張澤基+譚健

（1.中船桂江造船有限公司，梧州 543004；2.中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 500715）

摘 要：本文對(duì)某船航行試驗(yàn)出現(xiàn)的主機(jī)海水冷卻系統(tǒng)故障現(xiàn)象，進(jìn)行分析排查，并提出了有效的應(yīng)對(duì)措施，為其他類似船型設(shè)計(jì)及建造提供經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：主機(jī)海水冷卻系統(tǒng)；流動(dòng)阻力；故障分析

中圖分類號(hào)：U664.85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 前言

某型公務(wù)船航行試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)主機(jī)海水進(jìn)口管段真空度超差現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)深入分析，確定了產(chǎn)生該故障的主要原因是由于主機(jī)海水進(jìn)口管段的阻力太大造成。流動(dòng)阻力包括沿程阻力和三通、彎頭、閥門(mén)、變徑等產(chǎn)生的局部阻力，根據(jù)該管段流阻構(gòu)成情況，我們提出了針對(duì)性的改進(jìn)措施，順利地排除了故障，保證主機(jī)正常工作，可為其他相似船型設(shè)計(jì)及建造提供借鑒。

2 故障情況

某型公務(wù)船進(jìn)行航行試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)主機(jī)海水進(jìn)口管段真空度超差現(xiàn)象。主機(jī)在最大功率運(yùn)行時(shí)，冷卻海水進(jìn)口管路的真空壓力達(dá)到了-0.06 MPa，超出了該主機(jī)的要求（主機(jī)允許范圍為+0.05 Mpa～-0.02 Mpa），并且主機(jī)海水進(jìn)口的撓性接頭也出現(xiàn)了被嚴(yán)重吸癟的現(xiàn)象（圖1）。

3 故障原因分析及應(yīng)對(duì)措施

3.1 管段流動(dòng)阻力計(jì)算及分析

針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題，首先從理論上進(jìn)行分析和判斷。流動(dòng)阻力產(chǎn)生的原因與影響因素主要有：（1）因流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)存在內(nèi)摩擦是流動(dòng)阻力產(chǎn)生的根源；（2）固定的管壁或其它形狀固體壁面，促使流動(dòng)的流體內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為流動(dòng)阻力的產(chǎn)生提供了條件。所以流動(dòng)阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動(dòng)狀況、管徑及壁面的形狀等因素有關(guān)。

流體在管路中流動(dòng)時(shí)的阻力可分為直管阻力和局部阻力兩種：直管阻力是流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)，由于流體內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力；局部阻力主要是由于流體流經(jīng)管路中的管件、閥門(mén)及管截面的突然擴(kuò)大或縮小等局部地方所引起的阻力。

流體流經(jīng)管路、閥門(mén)等局部地方所引起的能量損失（或軟阻力損失），采用當(dāng)量常度法計(jì)算，可寫(xiě)成如下形式：

（1）

式中：le—管件或閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度，可從相應(yīng)的共線圖查得；

u—流體流經(jīng)管路的流速；

d—管子通徑；

λ—摩擦阻力系數(shù)，它是雷諾數(shù)與管壁粗糙度的函數(shù)。

柏努利方程式中，能量損失Σhf項(xiàng)是指管路系統(tǒng)的總能量損失，它既包括系統(tǒng)中各段直管阻力損失hf，也包括系統(tǒng)中各種局部阻力損失hf，即

（2）

管路系統(tǒng)中的總阻力損失，是管路上全部直管阻力與局部阻力之和.這些阻力可以分別用有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于流體流經(jīng)直徑不變的管路時(shí)，如果把局部阻力都按當(dāng)量長(zhǎng)度的概念來(lái)表示，則管路的總能量損失為：

（3）

式中：l—管路系統(tǒng)各段直管的總長(zhǎng)度；

Σle—管路系統(tǒng)全部管件與閥門(mén)等的當(dāng)量長(zhǎng)度之和。

根據(jù)以上公式，對(duì)修改前和修改后的主機(jī)冷卻水管段總阻力計(jì)算結(jié)果比對(duì)如表1所示。

3.2 計(jì)算結(jié)果分析及故障排除措施

從表1計(jì)算結(jié)果可以看出，管道內(nèi)的流動(dòng)阻力與摩擦系數(shù)、管段長(zhǎng)度、各種管路附件與閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度、管道內(nèi)徑、流速等因素有關(guān)，其中以流速的影響最為顯著。因此，為保證主機(jī)能夠吸入足夠的冷卻海水，必須采取辦法盡量降低流動(dòng)阻力，減少管段內(nèi)的真空度。

修改前的主機(jī)海水冷卻管路示意圖見(jiàn)圖2。

（1）首先，采取辦法盡量減少管程流動(dòng)阻力、彎頭阻力、閥門(mén)流動(dòng)阻力。為此，減少管道彎頭數(shù)量、縮短管路長(zhǎng)度、并將流阻較大的截止止回閥改為流阻較小的蝶閥。通過(guò)采取以上改進(jìn)措施后，重新試驗(yàn)時(shí)測(cè)得在主機(jī)在最大功率時(shí)其冷卻海水進(jìn)口管路的真空度有所降低（從-0.06 Mpa降為-0.04 Mpa），但仍然超出了該主機(jī)的要求，且冷卻海水進(jìn)口的撓性接頭局部仍被吸癟，還不能滿足主機(jī)使用要求。

修改后的主機(jī)海水冷卻管路示意圖見(jiàn)圖3。

（2）加大主機(jī)海水冷卻管的直徑，把影響管道流動(dòng)阻力最大的因素---流速降下來(lái)，將主機(jī)海水冷卻管的管徑由DN150 mm改為DN200 mm。管徑改為DN200 mm后，管內(nèi)流速降至1.78 m/s。經(jīng)過(guò)再次動(dòng)車試驗(yàn)測(cè)得在主機(jī)在最大功率時(shí)其冷卻海水進(jìn)口吸入管路的真空度降為-0.017 MPa，達(dá)到了主機(jī)對(duì)于吸入真空度（+0.05 Mpa～-0.02 Mpa）的要求，海水進(jìn)口的撓性接頭也不再出現(xiàn)被吸癟的現(xiàn)象，主機(jī)其它運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)正常，主機(jī)工作良好。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)主機(jī)冷卻海水管系時(shí)，流速一般不宜超過(guò)2 m/s。可先按流速V=2 m/s進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)所得數(shù)據(jù)與常用的管子通徑規(guī)格比較就近取值，按較大的通徑選取。

工程實(shí)踐過(guò)程中，理論計(jì)算用于指導(dǎo)分析和排除系統(tǒng)故障可起到較好作用。本船航行試驗(yàn)出現(xiàn)主機(jī)海水進(jìn)口管段真空度超差現(xiàn)象后，我們根據(jù)對(duì)管道流動(dòng)阻力的構(gòu)成和影響因素進(jìn)行研究分析，并按照各種因素影響的大小，有針對(duì)性地采取改進(jìn)措施，最終順利排除了系統(tǒng)的故障，可為類似船型設(shè)計(jì)及建造提供經(jīng)驗(yàn)及參考。

參考文獻(xiàn)

[1]錢汝鼎.工程流體力學(xué)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，1982.

[2]中國(guó)船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)-輪機(jī)分冊(cè)[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2002.

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