某艇海水系統進氣故障分析與改進

李 林，張寅虎，程傳港(.9493部隊，遼寧 葫蘆島 5000 ；.4808工廠威海修船廠，山東 威海 6400)

某艇海水系統進氣故障分析與改進

李 林1，張寅虎2，程傳港2
(1.92493部隊，遼寧 葫蘆島 125000 ；2.4808工廠威海修船廠，山東 威海 264200)

文章介紹了某艇海水冷卻系統進氣故障，從故障勘查和原因分析著手，針對淺吃水艇海水系統容易進空氣的特點，以及海底閥箱設計缺陷，提出了合理的改進方案，順利并徹底排除了故障。

淺吃水船舶；海水系統；改進

某艇為鋼制、單底、單甲板、雙機、雙槳、雙舵、柴油機推進的淺吃水雙體船。自2008年建造下水后航行試驗，就出現海水系統進空氣故障，導致主機水溫高而無法工作，為此建造廠在海水系統主機排舷閥前增加了一個節流板，方能驗收出廠。但出廠后該艇在使用中相同故障多次復現。

1 故障現象與特征

航行中，當左右2臺主機同時從進二(1 250 r/min)加速至進三轉速(1 650r/min)時，左主機海水壓力出現波動，波動逐漸劇烈，持續約1 min后，海水壓力從0.4 MPa降到零。主機淡水溫度隨之升高直至報警，造成停機。這時打開海水泵進口管路發現無海水，松開海水濾器上的放氣螺釘有大量空氣排出，放氣約3～5 s后，才有海水流出，再次啟動主機試驗，當加速至進三轉速時海水進氣故障再次出現，然后反復試驗多次，故障依舊。在此期間曾嘗試打開海底閥箱透氣閥放出箱內氣體，故障未見好轉反而加重。進二及以下轉速不發生故障。右主機有時也發生同樣情況，但沒有左主機頻繁和嚴重。

2 海水系統構造及工作原理

經過查閱該艇隨船資料并與實際管系布置比對，梳理出主機海水系統的結構原理，如圖1所示。

圖1 海水系統原理圖

海水從海底閥箱經通海閥、濾器、蝶閥至海水總管，海水總管分4路：一路進入主機海水泵冷卻主機，一路進入輔機海水冷卻泵冷卻輔機，一路進入消防系統，最后一路通過日用海水泵沖廁所。除了主機這一路外其余3路上均安裝有蝶閥或者截止止回閥，主機這一路在冷卻完主機后又分為4個分支：一支進入冷卻主機排氣管，一支進入齒輪箱冷卻滑油，一支進入艉軸密封裝置冷卻密封副，最后一支進入舵機油箱冷卻液壓油，然后各自排出舷外。在主機工作過程中，消防系統的截止止回閥和蝶閥均關閉，輔機供海水管路正常工作，沖廁所海水系統關閉。從主機出來的海水系統管路均處于開啟工作狀態。

3 故障勘查和原因分析

船舶海水系統進氣故障一般有2方面原因：一是由于設計方面的原因，如淺吃水船或淺吃水平底船，因為海底閥箱離海面較近，空氣容易隨海水進入海底門。又如海底閥箱尺寸偏小或結構不合理、海水系統管路閥門通徑偏小或布置不合理，在海水泵抽力作用下系統負壓較大，產生大量飽和蒸汽，即水汽。二是使用維護方面的原因，如海水系統可能有部位漏氣，或某個通大氣的閥門未關閉嚴密，導致空氣進入。按照先易后難的原則進行故障勘查。

3.1故障勘查

故障發生后，立即對系統管閥進行檢查。消防系統、衛生沖廁系統、艙底污水系統這3支分管路的閥門是關閉的，輔機分支處在正常工作狀態；檢查海底閥箱透氣管路和吹除管路，透氣閥和吹除閥也處在正確的關閉狀態。故障時曾嘗試將透氣閥打開，進空氣后情況立現加重。返航后對整個海水系統進行0.2 MPa的壓力密性試驗，無任何泄漏。

艇體上排后，又一次對海水系統進行檢查和水壓密性試驗，將海底閥箱進水口封閉，將通往主機、輔機、消防、衛生沖廁、艙底污水的5路閥門全部關閉，然后對海水系統包括海底閥箱內部作水壓密性試驗，檢查結果正常。這進一步證明了海水系統在主機工作時不存在進空氣問題。然而檢查了海底閥箱和其安裝位置，發現如下一些問題。

1)該海底閥箱屬高位海底閥箱，內部未設置引水筒(見圖2)，并且海底閥箱開口尺寸偏小。

2)海底閥箱口圍板突出船底板高度偏高，超過10 mm。

3)海底閥箱吃水深約0.85 m，安裝位置偏后，離推進器距離僅有4 m，且海底閥箱位置恰好處于雙體船單片體尾部上縮部位。

3.2原因分析

通過以上勘查，參考相關文獻介紹，分析認為造成該艇海水系統進氣故障的原因如下。

1)該艇為雙體穿浪淺吃水船型，由于吃水淺，船底板運動時，船底附近的水低于飽和蒸汽壓力，使水流汽化而產生氣泡。另外，當艇航行時所形成的興波也產生氣泡。大量氣泡隨水流進入海底閥箱。

2)由于海底閥箱口圍板突出船底板高度偏高，超過10 mm，且海底閥箱開口尺寸偏小，在艇高速航行時，在海底閥箱進水口的內側靠近圍板處水流加速產生負壓，使海水更容易析出水汽，造成進入海底閥箱的海水量減少、水汽量增多。

3)由于該艇海底閥箱內未設置引水筒，大量空氣(或水汽)在海底閥箱頂部形成氣墊，隨水流進入到系統，并阻止和減少海水進入。如果此時打開海底閥箱透氣管，因為閥箱內的負壓太高，瞬時將更多的空氣從透氣管吸入，情況會更嚴重。因此認為海底閥箱未設置引水筒是海水系統進氣的主要原因。

4)由于海底閥箱位置恰好處于雙體船單片體艉部，距離螺旋槳約4 m，并處在龍骨線上縮部位，容易產生水流加速、負壓升高效應，從而加劇海水汽化。

圖2 海底閥箱結構圖

4 修理改進措施

4.1海底閥箱口改進

將原海底閥箱開口尺寸加大，沿艇首方向的尺寸由210 mm向艏擴大至300 mm，其余3邊不變。將海底閥箱開口圍板前部(海水流入方向)與船體外板割平，其余3邊保持原樣，如圖3所示。該措施一方面可以降低海水流入閥箱的阻力，另一方面剩余3邊的圍板也可以起到一定的兜水作用，增加海底閥箱的進水量。

圖3 海底閥箱開口示意圖

4.2海底閥箱加裝引水管

由于原左右海底閥箱通海閥位置不一致，加裝的引水筒結構形狀左右也不一樣，見圖4。這樣設計的目的是使引水筒切口與海水進入海底閥箱的水流方向相垂直，進水效率最高。引水筒的通徑與通海閥通徑相近，左引水筒采用D133 mm×5 mm無縫鋼管，右引水筒采用D133 mm×5 mm鋼質彎頭，具體位置和切口方向見圖4。

4.3其它未實施的改進措施

此外，從理論上分析還可以采取以下改進措施：一是擴大海底閥箱的容積，這樣進入箱內的海水有充分的穩定時間，使大量水汽還原成海水；二是加大海水吸入管和閥的直徑，或降低主機海水泵吸入口高度，從而降低海底閥箱和海水吸入管內的負壓，從而減少水汽析出。但由于改進范圍大，牽涉面廣，而修理周期短，故本次修理未實施。

圖4 引水管布置圖

5 改進后效果

通過上述修理改進，該艇修后航行試驗，主機至進三轉速(1 650 r/min)工作時，海水壓力穩定，出口壓力為0.4 MPa，淡水系統冷卻效果良好，主機工作正常。主機在更高轉速工況時，工作也正常，海水進氣故障再未發生。

Air-inlet is introduced for some coolant system with fault survey and cause analysis.Aiming at the air-easy-inlet for some shallow-draft vessel and the defect design for some suction box,a reasonable plan is put forward to improve the fault removal.

shallow-draft vessel;sea-water system;improve

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.06.007

李林(1979-)，男，山東榮城人，工程師，大學本科，主要從事艦船裝備修理工作。

2015-05-26