某船主機海水冷卻系統故障分析及應對措施

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：本文對某船航行試驗出現的主機海水冷卻系統故障現象，進行分析排查，并提出了有效的應對措施，為其他類似船型設計及建造提供經驗。

關鍵詞：主機海水冷卻系統；流動阻力；故障分析

中圖分類號：U664.85 文獻標識碼：A

1 前言

某型公務船航行試驗時，出現主機海水進口管段真空度超差現象，經過深入分析，確定了產生該故障的主要原因是由于主機海水進口管段的阻力太大造成。流動阻力包括沿程阻力和三通、彎頭、閥門、變徑等產生的局部阻力，根據該管段流阻構成情況，我們提出了針對性的改進措施，順利地排除了故障，保證主機正常工作，可為其他相似船型設計及建造提供借鑒。

2 故障情況

某型公務船進行航行試驗時，出現主機海水進口管段真空度超差現象。主機在最大功率運行時，冷卻海水進口管路的真空壓力達到了-0.06 MPa，超出了該主機的要求（主機允許范圍為+0.05 Mpa～-0.02 Mpa），并且主機海水進口的撓性接頭也出現了被嚴重吸癟的現象（圖1）。

3 故障原因分析及應對措施

3.1 管段流動阻力計算及分析

針對出現的問題，首先從理論上進行分析和判斷。流動阻力產生的原因與影響因素主要有：（1）因流體具有粘性，流動時存在內摩擦是流動阻力產生的根源；（2）固定的管壁或其它形狀固體壁面，促使流動的流體內部發生相對運動，為流動阻力的產生提供了條件。所以流動阻力的大小與流體本身的物理性質、流動狀況、管徑及壁面的形狀等因素有關。

流體在管路中流動時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一定管徑的直管時，由于流體內摩擦而產生的阻力；局部阻力主要是由于流體流經管路中的管件、閥門及管截面的突然擴大或縮小等局部地方所引起的阻力。

流體流經管路、閥門等局部地方所引起的能量損失（或軟阻力損失），采用當量常度法計算，可寫成如下形式：

（1）

式中：le—管件或閥門的當量長度，可從相應的共線圖查得；

u—流體流經管路的流速；

d—管子通徑；

λ—摩擦阻力系數，它是雷諾數與管壁粗糙度的函數。

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

（2）

管路系統中的總阻力損失，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公式進行計算。對于流體流經直徑不變的管路時，如果把局部阻力都按當量長度的概念來表示，則管路的總能量損失為：

（3）

式中：l—管路系統各段直管的總長度；

Σle—管路系統全部管件與閥門等的當量長度之和。

根據以上公式，對修改前和修改后的主機冷卻水管段總阻力計算結果比對如表1所示。

3.2 計算結果分析及故障排除措施

從表1計算結果可以看出，管道內的流動阻力與摩擦系數、管段長度、各種管路附件與閥門的當量長度、管道內徑、流速等因素有關，其中以流速的影響最為顯著。因此，為保證主機能夠吸入足夠的冷卻海水，必須采取辦法盡量降低流動阻力，減少管段內的真空度。

修改前的主機海水冷卻管路示意圖見圖2。

（1）首先，采取辦法盡量減少管程流動阻力、彎頭阻力、閥門流動阻力。為此，減少管道彎頭數量、縮短管路長度、并將流阻較大的截止止回閥改為流阻較小的蝶閥。通過采取以上改進措施后，重新試驗時測得在主機在最大功率時其冷卻海水進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的要求，且冷卻海水進口的撓性接頭局部仍被吸癟，還不能滿足主機使用要求。

修改后的主機海水冷卻管路示意圖見圖3。

（2）加大主機海水冷卻管的直徑，把影響管道流動阻力最大的因素---流速降下來，將主機海水冷卻管的管徑由DN150 mm改為DN200 mm。管徑改為DN200 mm后，管內流速降至1.78 m/s。經過再次動車試驗測得在主機在最大功率時其冷卻海水進口吸入管路的真空度降為-0.017 MPa，達到了主機對于吸入真空度（+0.05 Mpa～-0.02 Mpa）的要求，海水進口的撓性接頭也不再出現被吸癟的現象，主機其它運轉參數正常，主機工作良好。

4 結語

設計主機冷卻海水管系時，流速一般不宜超過2 m/s。可先按流速V=2 m/s進行計算，根據所得數據與常用的管子通徑規格比較就近取值，按較大的通徑選取。

工程實踐過程中，理論計算用于指導分析和排除系統故障可起到較好作用。本船航行試驗出現主機海水進口管段真空度超差現象后，我們根據對管道流動阻力的構成和影響因素進行研究分析，并按照各種因素影響的大小，有針對性地采取改進措施，最終順利排除了系統的故障，可為類似船型設計及建造提供經驗及參考。

參考文獻

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