舷側排氣系統在某船的應用

楊亞男，郭 建，方雄偉

（1.滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129；2.中國船舶及海洋工程設計研究院，上海 200011）

舷側排氣系統在某船的應用

楊亞男1，郭 建2，方雄偉2

（1.滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129；2.中國船舶及海洋工程設計研究院，上海 200011）

舷側排氣是一項較新穎的機艙排氣方式，該技術對加強船舶的紅外隱身能力和優化露天甲板設備的布置都有積極的意義，在國內傳統產品設計中尚未推廣應用。本文介紹了舷側排氣系統的組成和功能，并從電氣控制的角度闡述了舷側排氣控制和監測裝置的設計和功能特點，通過實船說明舷側排氣系統的配置和應用。

艦船設計；舷側排氣系統

0 引言

隨著雷達、水聲、紅外等探測技術的發展，以及精確制導武器性能的提高，艦船的隱身性能越來越為各國海軍所重視。良好的隱身性能不僅能在現代海戰中有效地保護自己，更重要的是可以做到先敵發現和先敵攻擊。艦船煙道表面和排氣煙流的紅外輻射信號占全船輻射信號的 99%，所以紅外隱身具有特別重要的意義。作為艦船紅外隱身的主要措施之一，舷側排氣是一項較新穎的機艙排氣方法，去掉煙囪，采用橫向輸送管系統來代替傳統煙道用于排放熱廢氣，將海水注入排氣導管之內來冷卻廢氣，且排氣管口的位置位于舷側水線之間或以下，因此排出的廢氣幾乎被海波所掩蓋，大大提高了艦船的紅外隱身能力，同時也節省了露天甲板空間。

1 舷側排氣系統的組成和功能

1.1 主要組件

以主機的舷側排氣系統為例，單臺主機舷側排氣系統見圖1，對應系統中主要組件的名稱見表1。

圖1 主機舷側排氣系統

表1 主機舷側排氣系統主要組件

舷側排氣系統在設計和布置均已考慮保證船體橫傾45度以內時，海水不會倒灌進主機中。實船中因為后主機艙柴油發電機組的布置位置相對主機更遠離船舯，因此將舷側排氣管路設計成如圖2的鵝頸管形式，以確保在指定最大船體傾斜角度內海水不會倒灌。

圖2 后主機柴油發電機組舷側排氣系統

1.2 主要組件功能及特點

1.2.1 冷卻海水系統及噴射器

冷卻海水系統及噴射器用于將海水噴射到排氣管內來冷卻主機排放的廢氣，同時減小熱膨脹的廢氣體積，在較短的距離內將溫度超過550度的廢氣降排出。排氣總管和1、2號排氣管采用不銹鋼材質，而從初級噴射器開始到出口管，所有的部件都是用鈦制造，因為廢氣殘渣和海水混合物具有強腐蝕性，鈦可以很好的耐受這種介質的腐蝕，同時鈦對海水噴射系統的高溫有良好的耐受性。圖3為前右主機舷側排氣系統布置圖，可以看出，從海水噴入點開始，排氣系統就呈持續向下傾斜的趨勢，以保證海水能夠靠重力自行排出而不需要配置輔助設備，同時還將排氣管口中線大致布置于舷側水線位置，使排出的廢氣半掩半露在海波中。

主機舷側排氣系統配有專用的冷卻海水泵，柴油發電機組舷側排氣系統的冷卻水來自于柴油發電機組的冷卻海水回路。所有舷側排氣系統的備用冷卻海水均來自于全船消防水管路。

圖3 前右主機舷側排氣系統布置圖

1.2.2 熱絕緣

海水噴射系統上游所有的組成部件和排氣管都包覆有熱絕緣材料，以保證系統表面溫在安全溫度60度以內。

1.2.3 導流帽

為了最大程度減少在航行中海水沖擊舷側排氣管口而導致的柴油機排氣壓力振動，所有的排氣管口都裝配了導流帽，通過與排氣管口一體的投入式法蘭安裝在船體舷側。

1.2.4 排氣閥/海水泄放閥

排氣閥/海水泄放閥都分別設置了氣動執行裝置，可在舷側排氣監測控制系統失效時手動越控操作。在舷側排氣系統不使用的情況下，排氣閥關閉，海水泄放閥打開；在主機起動前，要打開排氣閥，關閉海水泄放閥。

1.2.5 彈性支架

整個舷側排氣系統彈性懸浮安裝，以避免設備可能受到的振動損傷，通過鋼絲繩減震器將舷側排氣系統組件專用支架和船體支架連接在一起，彈性專用支架的設計嚴格按BV045/85抗振要求計算。

1.2.6 舷側排氣監測控制裝置

舷側排氣監測控制裝置主要由機旁控制箱LOP和邏輯控制器PLC組成，安裝在主機/柴油發電機組的機旁位置。以主機為例，主機運行時，舷側排氣監測控制裝置根據主機運行工況遙控調節舷側排氣的冷卻海水噴射量，根據主機實時負荷調節海水流量調節閥開度。該調節閥由舷側排氣監測控制裝置遙控的同時，本地配有手動越控裝置。

舷側排氣系統的排氣背壓、排氣溫度、冷卻海水壓力等傳感器安裝在舷側排氣的相應位置，監測控制裝置實時采集傳感器信息用于舷側排氣的控制和系統參數的越限報警。電氣相關部件具體位置見圖4。圖中主要傳感器的名稱如下：

圖4 舷側排氣系統傳感器布置圖

2 舷側排氣系統的使用

2.1 控制和安全

2.1.1 舷側排氣系統的操作模式

1）正常模式：按設定運算程序控制調節閥；

MECMAR公司通過測量主機不同功率下冷卻海水流量與排氣溫度等相關的參數數據，計算出不同主機功率下保證舷側排氣系統表面溫度不超過60度所需的冷卻海水流量，最終得出主機功率-冷卻海水流量理論曲線如圖5左圖，并將該曲線設為舷側排氣監測控制裝置的初步運算參考曲線。

在實船使用中，通過調試和系泊航行試驗的驗證，如排氣溫度有偏差，可以根據實際運行情況，通過手動調整海水調節閥來使排氣溫度到達要求值，從而參照海水調節閥的開度修改檢測控制裝置中預設的參數來調整完善該曲線，調整后的曲線大致會如圖5右圖。

2）應急模式：手動越控操作調節閥來控制海水流量。

圖5 主機功率-海水流量理論曲線和實際調整后曲線

2.1.2 舷側排氣系統起動、停止程序

舷側排氣系統的起動程序用流程圖表示較清晰，見圖6；停止程序較簡單，在設定的延時后關閉排氣閥、海水調節閥，打開海水泄放閥，停止電動海水泵。

當舷側排氣系統的排氣閥未打開和海水泄放閥未關閉，且海水調節閥進口壓力小于設定值，主機無法起動，因此需舷側排氣監測控制裝置采集這三個信號，經監測控制裝置PLC處理判斷滿足要求后，輸出一路“Ready to Start允許起動”信號到主機機旁控制系統。

舷側排氣系統的排氣背壓指的是柴油機排氣管后的壓力，可以理解為排氣氣流的阻力，當排氣閥未打開時，會導致排氣阻力增加排氣背壓升高，排氣效率降低，嚴重時會影響柴油機的正常工作，排氣背壓過高時需輸出安全停車信號給主機。主機運行時如果排氣閥打開信號消失，舷側排氣監控裝置也會輸出安全停車信號給主機。

排氣閥和海水泄放閥的開關狀態經監測控制裝置PLC處理后送至主機監測控制系統，當監測控制裝置故障時，排氣閥和海水泄放閥處于非工作狀態，即排氣閥關閉，海水泄放閥打開，主機無法起動。在后續階段 MECMAR改進了設計，在排氣閥和海水泄放閥處各增加一路開閉狀態開關量信號輸出至主機監測控制系統，同時兩個閥都配置了手動越控裝置，在監測控制裝置故障情況下，可以手動通過氣動執行機構調整兩個閥的開閉狀態，實現主機的應急起動。

另外冷卻海水調節閥也可以手動越控調整閥的開度，進而控制排氣溫度，保證了系統的正常工作。即使在應急狀態下，海水調節閥未打開，主機仍可以在低工況下運行。

2.2 監測和報警

在監測控制裝置運行時，表2中的各項參數都實時監測顯示在LOP的人機界面上，同時設有重要參數的越限報警，每套舷側排氣系統監測控制裝置LOP界面上的系統外形圖像頁面各不相同，均參照實船各舷側排氣系統LOP操作部位的視角設計，更加直觀和形象，在IPMS操作站電腦頁面里將各LOP人機界面集成為相應的舷側排氣MIMIC圖，以主機為例，見圖7。

圖6 舷側排氣系統起動程序流程圖

表2 舷側排氣系統主要監測報警點

圖7 IPMS-MIMIC舷側排氣電腦頁面圖

3 結束語

舷側排氣系統在首制船上已調試應用，并實現了監測控制功能，船東、船檢對此功能的設計相當滿意。總結舷側排氣系統在實船的應用和監測控制功能實現，可以為掌握國外先進設備的設計方法和提升國內裝備水平打下理論基礎，希望也能為今后舷側排氣系統的推廣應用中提供借鑒。

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Application of Side Exhaust Gas Systems on One Ship

Yang Ya-nan1，GUO jian2，FANG Xiong-wei2
(1.Hudong-zhonghua shipbuilding (Group) Co.,Ltd.,Shanghai 200129,China; 2.Marine Design & Research Institute of China,Shanghai 200011,China)

Side exhaust gas system is a new type of exhaust method.It has obvious advantages in promoting the ability of infrared-stealth and optimizing the arrangement of the open deck equipments.However,it has not been applied widely in the conventional marine design project.In this paper,the composition and function of the side exhaust gas system is introduced.From the electrical point of view,the design rules and the characters of the control and monitoring device of the system is introduced.The arrangement and application of side exhaust gas system is described via a real marine ship example.

ship design,side exhaust gas system

U664

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.04.012

楊亞男（1984-），女，工程師。研究方向：電氣原理設計。