在航狀態下船用離心通風機的改裝修理

王小偉，裘達夫

(91872部隊上海研究室，上海 200083)

0 前言

上世紀80年代設計建造的大多數船舶還在服役，某型船的通風系統設備老舊，銘牌上看到的生產日期基本上都是1978－1979年，有些參數在銘牌表面無法看出 (氧化后已無痕跡)。由于年代較遠，經多次保養修理后，目前只能維持運行狀態，振動、噪音偏大。據修船廠反映，這種機型的配件，原生產廠家早已停止供應。風機的“轉子”幾次修整后，原來的動平衡指數早已不能保留。電機是“JO”系列的老型號，國內早已不生產，因此只能任其高振動、高噪音運行。風機運行時的振動和噪聲既影響艦員的生活，也影響艦艇戰術技術性能的發揮。

針對這種情況，我們經過5年的技術攻關，成功研制了“CLQY”系列新型高效低噪聲通風機，2009年通過了技術鑒定，在近10艘船上試用，取得良好的效果。目前已經成為一個能全面適應水面艦船離心通風機換裝替代的機種群體，功率配置從0.12～22 kW18個機型、32個不同規格的機種，與同類規格的老式離心通風機相比，空間體積縮小25%以上，質量減少近30%，能耗降15%以上，振動小，噪音低，功率3 kW以下的小型無機座型式，安裝簡捷，均可采用金屬件中間接口消除滲漏、風阻，提高通風效果。

2011年上半年，我們對某型號艦船所有24臺離心通風機進行了改換裝修理，對通風管路接頭進行了更換，取得了良好的效果。

1 新型高效低噪聲通風機簡介

1.1 新型風機結構

整機結構設計方案的目標是降低噪聲、減小振動、提高效率，減輕質量、縮小體積。為了有效地縮小通風機的空間體積，結構造型是關鍵。按GB/T 3235－1999標準中的規定，選取以“A”型結構作為研制設計的版本。保持“A”型結構中電機與葉輪直接連接的基本格局，采用將電機嵌入組裝新穎的結構設計方案，設計出新型的離心通風機，實現空間體積縮小約25%左右、質量平均減少30%以上的目標，如圖1所示。

圖1 電機嵌入風機殼體內部的新型風機結構示意圖

1.2 新型風機轉子質量與力矩平衡設計

新型風機結構是電機、殼體、葉輪盤三位聯裝，電機與葉輪的總質量軸向分布，以法蘭盤為中心達到靜止狀態下的質量平衡 (見圖2)，電機法蘭盤再與風機的后蓋安裝組成風機總體 (設計中已確定對應位置)。當風機啟動后，葉輪處于高速運轉狀態下，此時運轉力矩與軸向的質量平衡達到理論上的平衡點，振動才會最低，機械振動噪音也隨之相應降到最低。在靜止狀態下，電機保留在風機殼體外部的重量W2，相對于安裝電機的固定點O產生的力矩必須與電機伸入風機殼體的重量W1和葉輪的重量W3相對于O所產生的力矩相等，才能實現靜止狀態下平衡。即

但是，當風機運行起來后，由于葉輪高速旋轉，入口與出口空氣存在壓力差，葉輪產生與軸垂直的升力，從而相對于安裝點O產生力矩 ，從而打破了公式 (1)的平衡，產生機械振動。因此我們在設計時采用適當的修正系數，調整公式 (1)中的W2和W1的比例關系，使其達到力矩平衡臨界點，保證了風機的平穩運行。

圖2 風機電機與轉子力矩平衡示意圖

1.3 新型風機蝸殼設計

蝸殼的作用是將離開葉輪的氣體導向蝸殼出口，并將部分動壓轉變為靜壓。蝸殼內的氣流十分復雜。氣體沿著蝸殼流動的同時，不斷有氣體從葉輪進入蝸殼，即氣體邊流動邊混合，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的流動更加復雜。蝸殼型線的設計不僅直接關系到蝸殼內的流動損失，還對前面葉輪的氣動性能有反影響。由于與多葉風機配套的傳統蝸殼曲線造成風機殼體尺寸太大，而且蝸舌與葉片間距不合理，造成氣動噪聲大，因此，研究提出了新的蝸殼曲線，采用修正系數的阿基米德螺旋線，經過反復試驗，修正系數得到了較為理想的蝸殼曲線，有效地降低風機運行的氣動噪聲，并提高風機的效率。

針對艦用通風機振動、噪聲大、效率低等問題，對通風機的結構進行創新設計，研制出了新型高效低噪聲通風機，其運行時噪聲比同等功率機型低5～6 dB(A)，其體積比同等機型縮小30%以上，質量比同等機型輕30%左右，功耗比同等機型降低20%以上。新型風機經過國家權威產品質量監督檢驗機構檢測，各項性能指標符合GB/T 11865－2008《船用離心通風機》的要求。

2 在航狀態下全艦通風機的改換裝

修理的艦船因為任務提前出廠，我們必須在艦船在航狀態下進行改裝修理。在航狀態下通風機的拆裝，必須通過狹窄的艙門，而不能像廠修那樣可以割開艙板，便于大型設備的進出。而且通風系統原設備老舊，通風機體積龐大、笨重，特別是前后空調的4臺17.5 kW的大型離心通風機，必須切割分體后才能從艙門中取出。同樣，新型的通風機雖然體積相對于舊風機縮小30%左右，但還是不能整體進入艙室，特別是前后空調和主機艙的通風機，必須分體后才能進入。

針對艦船現場狀況，在通風機的生產制作過程中，對大功率機型的主要部件 (機殼、電機、機殼座3大組件)以組件方式生產或單元零部件(通用、互換性強)達到運輸及現場安裝的輕便簡捷，容易進入艦船的各部位。所有的進、出口中間過渡接口件、配對預制或散件形式，在現場焊接組裝十分方便 (3 kW以下整機在人力作用下，可任意進入各個工位)。

按調研中的現場狀況一一對號入座，相應換裝，大功率的通風機選型如表1所示。

表1 大功率通風機選型

將配制的對應機種按順序從小到大 (設定編號順序)按下列工藝方式實施:拆除原設備→清理現場工作面→船體風管的進出口清理維護處理→配裝對接接口→風機部件組裝→調試運行。

通過以上的準備階段至實施過程操作，在正常情況下，整船離心通風機的換裝修理工期控制在14個工作日內完成，實現在航艦船、系泊期間同樣能實施換裝施工的目的。

3 結論

新型離心通風機的換裝目的主要是改善艦員生活與工作環境，艦員的身體健康是保證戰斗力的因素之一。通過換裝后達到的基本技術指標與改裝前比較，環境噪音大功率機組平均下降3～5 dB(A)，小功率機組平均下降6～9 dB(A)，實現了降耗15%、總裝機質量減少30%的目標，風機的運行振動現象得到徹底改變 (新型風機的振動值大功率機型最大≤1.8 mm/s，最小僅0.045 mm/s)。

［1］成心德.離心通風機 ［M］.北京:化學工業出版社，2006.

［2］GB/T 11865－2008，船用離心通風機 ［S］.

［3］GB/T 16301－2008，船舶機艙輔機振動烈度的測量和評價 ［S］.

［4］聶能光，等.風機節能與降噪 ［M］.北京:科學出版社，1990.