“金雄”挖掘機艙防凍保溫系統

【摘 要】本文介紹了根據船舶在北方過冬的實際需要，“金雄”加裝了挖掘機艙防凍保溫系統，該系統包括電加熱暖風裝置和熱水循環防凍保溫系統。分析了加裝系統的必要性，著重介紹了系統的組成和工作原理，以及其取得的實效。

【關鍵詞】抓斗船；防凍保溫；加熱系統；余熱利用

0.引言

“金雄”是國內首創自主設計制造的第一艘30m3抓斗式挖泥船，2009年5月9日建成出廠，為世界上采用奧米茄液力變矩器驅動的最大型抓斗船之一。該船的關鍵設備——AIC160-400GT型全回轉式挖掘機，由日本AI工業株式會社負責設計和建造，挖掘機艙尺寸：長×寬×高=16.4×14.6×3.8（m），艙室底部離主甲板高5.134m。

原設想“金雄”一般在南方施工，設計未考慮防凍問題，由于工程需要，該船需到北方工地施工，因此，必須考慮“金雄”挖掘機艙冬天的保溫防凍問題，保溫系統的設計加裝工作需在出廠前完成。

1.加裝防凍保溫系統的必要性及其具體內容和工作原理

挖掘機艙在主甲板之上，空間大，透風地方多，密封困難，在北方冬天0℃以下氣溫，為防止主機淡水結冰和柴油凝結堵塞濾器，“金雄”挖掘機艙主機高置淡水箱、燃油循環柜、左、右燃油日用柜和主機淡水系統、艙內空間等需進行防凍保暖工作。經過綜合分析，確定了防凍保溫系統方案，包括：電加熱暖風裝置和由電加熱水循環系統和主機冷卻水余熱利用系統組成的熱水循環系統。挖掘機艙的AC380V電纜總線額定功率為150kw，正常施工時用電設備最大功率為120kw，因此，加裝的電加熱暖風裝置總功率確定為30kw。在冬天正常施工時，循環的熱水來源主要是主機冷卻淡水，電加熱水進行補充；停工時，循環的熱水來源只有電加熱水。保溫系統的安裝、調試工作于2009年4月3日順利完成。下面分別具體介紹：

1.1電加熱暖風裝置

裝置由3臺3相、380V、10kW的CNF（D）-10船用電加熱暖風機及其控制箱組成，暖風機分別安裝在挖掘機艙的左、右、后3個區域，保證了艙內溫度的基本均勻。在天氣寒冷的停工狀態時，為保證艙內空間的密封性，需將艙頂6臺軸流風機風口關閉，鋼絲出口用保暖材料封堵。如3臺暖風機都在運轉，艙內氣溫仍在0℃以下，則應打開放殘旋塞，將無法用電加熱水循環系統保暖的主機機油、液壓油等冷卻器內殘存的海水和控制空氣中的水分等泄放干凈，以防結冰。

1.2熱水循環系統

1.2.1熱水循環系統管路的工作原理

熱水循環系統管路如上圖，主要部件包括：1個1m3電加熱水箱、1#、2#、3#板式換熱器、2臺6M3/h齒輪油泵、1臺3m3/h齒輪油泵、1臺20m3/h熱水循環泵、管路、閥件等。停工時，循環熱水對主機系統淡水、燃油循環柜燃油和左、右燃油日用柜燃油等進行加熱，為了節省能源，提高經濟性，系統裝有轉換閥，主機運轉時，通過閥轉換，可利用主機系統淡水循環加熱燃油循環柜和左、右燃油日用柜燃油。當系統停用時，F1～F6截止閥保持關閉。

①停工狀態，如需啟用熱水系統，打開F1、F2、F4、F5、F6截止閥，保持F3關閉，起動循環泵，水泵吸入管經F5 、F1閥分別從電熱水箱和主機淡水循環出水管吸水，加壓后經F4排出，分開3路分別流經1#、2#、3#板式換熱器淡水腔后匯集至回水總管，回水總管分開兩路，一路經F2閥流回主機循環淡水進水管，一路經F6閥回到主機高置水箱，電加熱水箱和主機高置水箱的低位裝有帶碟閥的連通管，高位裝有連通透氣管，高置水箱淡水通過連通管流到電熱水箱，系統循環產生的空氣從回水總管或電熱水箱進入高置水箱透氣管排出，這樣熱水便在熱水箱、循環水泵和1#、2#、3#板式換熱器以及高置水箱中形成一閉路循環。主機淡水循環出水管、循環水泵、主機淡水冷卻器、機體和主機淡水循環進水管也形成另一閉路循環，其系統補水從高置水箱經原有的補水管進入淡水循環進水管，系統空氣經原有的透氣管進入高置水箱透氣管。起動3臺油泵，油泵吸入管分別從3個油柜吸油加壓后從排出管排出經1#、2#、3#板式換熱器中的油腔回流至本油柜，形成3個不斷循環的回路，換熱器中燃油和熱水分別在熱交換板的兩側流動，熱水通過交換板將熱量傳給燃油，因為換熱器是由多塊很薄的金屬熱交換板組成，換熱面積大，換熱效率高，效果良好。

②當主機運轉時，停止電加熱系統，利用主機的系統淡水循環加熱3個油柜燃油。關閉F5、F4、F6閥，打開F1、F2、F3閥，主機自帶離心淡水泵從吸入管吸水加壓排出，經機體水腔冷卻缸套、缸頭和增壓器軸承后分開兩路，一路流經淡水冷卻器后再回到吸入管，另一路經F1、F3閥后分別流經1#、2#、3#板式換熱器后匯集到回水總管經F2回到吸入管，依此不斷循環。起動3臺油泵后，燃油便分別在相應的油柜、油泵和換熱器間不斷循環流動，在換熱器里主機淡水與燃油進行熱交換。正常運轉時，主機系統淡水在73℃左右，通過綜合調節F1、F2、F3和1#、2#、3#板式換熱器進、出水管閥的閥芯開度，各油柜的燃油能保持在30℃左右的合適油溫。

1.2.2熱水循環控制系統的工作原理

控制系統的主要部件包括控制箱、3組380V 20KW加熱器、Pt100探頭、液位控制器、3臺0.75kW油泵電機，1臺3.0kW循環水泵電機等，基本工作原理如下：

①上合電源總開關QS和3組加熱器開關QF1、QF2、QF3及水泵油泵開關QF4，缺相保護繼電器K1、K2、K3通電，觸頭合上，控制線路接通，電源指示燈HR1量。按起動按鈕，如熱水箱水位正常，液位控制開關LE1合上，KM4接觸器通電，其觸頭合上，循環水泵運轉，系統運行指示燈亮，如熱水箱水位低，LE1斷開，HA警鈴聲響，故障指示燈HR2量，需對水箱進行補水。

②合上按鈕，KM5、KM6、KM7接觸器通電，其觸頭閉合分別接通1#、2#、3#油泵運轉，相應運轉指示燈HG5、HG6、HG7亮。在循環水泵和3臺油泵主線路分別裝有KH1、KH2、KH3、KH4熱繼電器，當循環水泵和3臺油泵出現故障，主線路電流過大超過整定值時，熱繼電器控制觸頭斷開，相應泵斷開，報警線路接通，HA警鈴聲響，故障指示燈HR2亮。

③將轉換開關旋至手動位，合上按鈕，KM1、KM2、KM3接觸器通電，其觸頭閉合分別接通1#、2#、3#加熱管，相應指示燈HG2、HG3、HG4亮。將轉換開關旋至自動位，手動/自動連鎖繼電器接通，觸頭K5斷開，鎖定手動控制線路處斷開狀態，防止手動誤操作合閘加熱器。加熱器的通斷電由接受BT1溫控器輸出電壓信號控制的正反序啟動控制器KT1控制，BT1與裝在電熱水柜內隨水溫變化而阻值變化的熱電阻Pt100連接，并將熱電阻阻值對應的溫度值顯示在面板上，同時輸出相應電壓信號到控制器KT1。通過操作BT1上的“SET”和“▲▼”等按鍵，可設定加熱水溫值和加熱器啟停的水溫差值，溫差值一般設為5℃。

2.防凍保溫系統的運行使用效果

“金雄”于2009年6月至2010年12月在營口工地施工，系統在2個寒冬的運行情況如下：

（1）挖掘機艙密封良好的情況下，運轉3臺380V、10kw電熱暖風機可將艙內氣溫提高約10℃。

（2）主機運轉時，主機冷卻淡水通過3臺換熱器換熱，可將油柜油溫穩定保持在28℃以上。

（3）停工時，設定加熱水箱溫度值為45℃，溫差值5℃，控制系統工作穩定，水溫保持在40～45℃范圍，主機系統淡水溫度在37～42℃，3個燃油柜油溫在23～28℃，完全滿足防凍保溫要求。

3.結語

綜上所述，金雄挖掘機艙防凍保溫系統運行穩定，效果良好，保障了挖泥設備的安全，達到了設計要求；保證船舶安全地渡過了北方寒冷的冬天，達到了改造的目的。