某船主輔機(jī)海水冷卻系統(tǒng)進(jìn)氣故障分析與排除

趙久峰

(大連遼南船廠，遼寧 旅順 116041)

某船主輔機(jī)海水冷卻系統(tǒng)進(jìn)氣故障分析與排除

趙久峰

(大連遼南船廠，遼寧 旅順 116041)

文章闡述了某船主輔機(jī)海水冷卻系統(tǒng)進(jìn)氣造成主輔機(jī)冷卻海水壓力低，影響了主輔機(jī)淡水、滑油溫度，并進(jìn)行了故障勘察和原因分析，制定出合理的解決方案，順利排除了故障。

主輔機(jī)海水冷卻系統(tǒng)；進(jìn)氣；故障分析

Abstract:In this paper,air inlet is expounded in sea water cooling system of ship main engine and auxiliary frame,which influences fresh water and lubricating-oil temperature.Fault is surveyed，cause is analyzed,solving plan is made and fault is removed smoothly and thoroughly.

Keywords：sea water cooling system in ship main engine and auxiliary frame;air inlet;fault analysis

某船為訓(xùn)練艦船，長(zhǎng)艏樓、多層上層建筑甲板、斜首柱、球首、方尾、雙舵、雙可調(diào)槳、雙柴油機(jī)推進(jìn)，設(shè)有艏側(cè)推裝置和可收放式減搖鰭1對(duì)。主機(jī)配置為16PC2-6柴油機(jī)2臺(tái)，輔機(jī)配置為1FJ5632-8TA9柴油發(fā)電機(jī)組4臺(tái)。主輔機(jī)海水冷卻系統(tǒng)均采用常規(guī)的冷卻方式，主機(jī)采用中央冷卻系統(tǒng)，輔機(jī)采用開(kāi)式冷卻系統(tǒng)。主輔機(jī)艙分別設(shè)置高位海底門(mén)和低位海底門(mén)，高低位海底門(mén)艙內(nèi)分別經(jīng)主海底閥、主海水自清濾器、濾器后閥門(mén)及海水管路與船體結(jié)構(gòu)設(shè)置的海水槽連通。主輔機(jī)艙海水槽上分別設(shè)置主輔機(jī)海水吸入閥、海水濾器，海水濾器經(jīng)海水冷卻管路連接到主輔機(jī)機(jī)帶海水泵進(jìn)口。另外海底門(mén)上設(shè)有格柵，海水槽設(shè)有透氣閥和透氣管路(見(jiàn)圖1)。本船建造后在航行試驗(yàn)時(shí)，主輔機(jī)海水冷卻系統(tǒng)進(jìn)氣，嚴(yán)重影響主輔機(jī)的正常工作。

1-高、低位海底門(mén)；2-主海底閥；3-主海水自清濾器；4-濾器后閥門(mén)；5-海底門(mén)與海水槽連通管；6-海水槽透氣管；7-海水槽透氣閥；8-輔機(jī)海水泵吸入閥；9-主機(jī)海水泵吸入閥；10-主機(jī)海水泵吸入濾器；11-海水槽；12-海底格柵。圖1 主輔機(jī)艙海底門(mén)、海水槽及其海水冷卻管路布置圖

1 主輔機(jī)海水冷卻系統(tǒng)進(jìn)氣故障現(xiàn)象

該船在第2次航行試驗(yàn)時(shí)，主機(jī)冷卻系統(tǒng)海水壓力出現(xiàn)波動(dòng)采取放氣后(只做了1次放氣)，全程試驗(yàn)海水壓力比較正常。第3次航行試驗(yàn)時(shí)，主輔機(jī)海水冷卻水系統(tǒng)先后出現(xiàn)海水壓力低故障。由于冷卻海水壓力低造成了主輔機(jī)淡水溫度和滑油溫度升高，使主輔機(jī)均無(wú)法正常工作。航行試驗(yàn)時(shí)左主機(jī)冷卻海水壓力降至0.04 MPa(主機(jī)冷卻海水壓力最大為0.3 MPa)，主機(jī)淡水溫度和滑油溫度急劇升高迫使人為停車(chē)。主機(jī)要求淡水出口溫度為75～85 ℃，淡水高溫報(bào)警設(shè)定為90 ℃，淡水溫度設(shè)定95 ℃停車(chē)；主機(jī)滑油出口溫度為50～55 ℃，滑油低溫設(shè)定報(bào)警為40 ℃，滑油高溫報(bào)警設(shè)定為60 ℃。

2 故障原因勘察與分析

1)主輔機(jī)海水冷卻水壓力低，對(duì)于管路系統(tǒng)一般有以下4種原因造成：①海水泵吸入閥門(mén)開(kāi)啟不到位； ②海水泵吸入過(guò)濾器阻塞，冷卻水循環(huán)不暢，冷卻水流量減少；③海水泵吸入管路泄漏進(jìn)氣；④機(jī)帶海水泵工作不正常。

2)針對(duì)主輔機(jī)冷卻系統(tǒng)海水壓力出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)的排查。檢查確認(rèn)海水泵吸入口各閥門(mén)開(kāi)啟均到位；海水泵吸入管路泄漏進(jìn)氣也不可能，因?yàn)閯?dòng)車(chē)前對(duì)海水管路系統(tǒng)進(jìn)行了壓力試驗(yàn)，海水冷卻管路無(wú)泄漏情況，另外本船吃水較深，海水管路和海水泵的安裝位置均在水線下2米多，海水管路泄漏極容易發(fā)現(xiàn)；打開(kāi)機(jī)帶海水泵前的過(guò)濾器進(jìn)行檢查，濾器濾網(wǎng)也無(wú)阻塞現(xiàn)象，僅有個(gè)別小的雜物，根本不足以影響冷卻水的流量。分析主海水濾器阻塞也不可能，因?yàn)橹骱Ｋ疄V器帶自清裝置，打開(kāi)檢查非常清潔。檢查各海水泵，未發(fā)現(xiàn)故障，一切正常。對(duì)主輔機(jī)艙海底槽的透氣管路也進(jìn)行相關(guān)的檢查，透氣閥門(mén)開(kāi)啟到位，管路無(wú)堵塞情況。

3)在排查主機(jī)的冷卻水壓力問(wèn)題時(shí)，輔機(jī)海水冷卻系統(tǒng)也出現(xiàn)了海水壓力低的問(wèn)題，檢查輔機(jī)海水冷卻管路，發(fā)現(xiàn)水泵進(jìn)口管路的溫度明顯高于海水溫度，這說(shuō)明海水管路系統(tǒng)中存在著氣阻現(xiàn)象，造成海水泵吸不動(dòng)海水。針對(duì)這一現(xiàn)象，打開(kāi)主輔機(jī)艙的主海水自清濾器上的放氣閥(通徑15 mm)放氣大約5～7 s，方有水流出，而且主輔機(jī)艙的高低位海底都積蓄著大量的氣體，氣體排出后主輔機(jī)工作馬上恢復(fù)正常，航行中間隔一段時(shí)間，主輔機(jī)艙主海水自清濾器仍能放出氣體。根據(jù)這一情況，可以完全確定氣源是由船外部進(jìn)入海水冷卻系統(tǒng)。

4)航行試驗(yàn)主機(jī)和輔機(jī)冷卻海水壓力出現(xiàn)的問(wèn)題一次比一次嚴(yán)重。分析其原因主要是與主機(jī)的航行速度有關(guān)，在首次航行試驗(yàn)時(shí)主輔機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，是由于主機(jī)航行速度較慢，沒(méi)有高速試驗(yàn)，所以沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。第2次航行試驗(yàn)中，主機(jī)只做了短時(shí)間的進(jìn)五高速航行，進(jìn)入主海水自清濾器頂部的小部分氣體，沒(méi)有形成較大壓力的氣阻，極少進(jìn)入到海底槽的氣體，經(jīng)海底槽上的透氣管能及時(shí)的排放出去，偶爾進(jìn)入到海水泵的氣體使主機(jī)冷卻海水壓力出現(xiàn)了較小的波動(dòng)，排出氣體后主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但是當(dāng)時(shí)并沒(méi)有意識(shí)到潛在的問(wèn)題。第3次航行試驗(yàn)時(shí)，主機(jī)由低速到高速，由高速到低速反復(fù)交替進(jìn)行，高速航行造成了冷卻海水的大量進(jìn)氣。

氣體從主輔機(jī)主海水自清濾器上放泄后，主輔機(jī)工作馬上恢復(fù)正常。進(jìn)入到海水系統(tǒng)的氣體不能從原設(shè)計(jì)海水槽上的透氣管自動(dòng)排除，這主要與主海水自清濾器和海水槽的設(shè)計(jì)有關(guān)。主海水自清濾器通徑為500 mm，主體濾筒直徑為為930 mm，進(jìn)出水管頂端距濾器上蓋有200 mm高度，當(dāng)主機(jī)高速航行時(shí)大量海水和氣泡迅速經(jīng)海底門(mén)進(jìn)入到主海水自清濾器，受到濾器濾網(wǎng)的阻擋氣泡破裂迅速上升，聚集在濾器頂部200 mm高度空間內(nèi)，隨著氣體的不斷增多壓力也隨之不斷的增大，濾器頂部空間內(nèi)由此形成一個(gè)帶壓的氣阻，造成海水進(jìn)水嚴(yán)重受阻，而此時(shí)海水槽上設(shè)計(jì)的透氣管根本不起作用。

5)船舶高速航行時(shí)，舷外氣泡大量地進(jìn)入到海水冷卻管路系統(tǒng)。本船主要是由于船體尺度和艏側(cè)推孔洞等原因，船舶高速航行時(shí)破浪和艏側(cè)推孔洞、減搖鰭孔洞水流產(chǎn)生大量的氣泡，水下水流和氣泡流向穩(wěn)定，此時(shí)氣泡一部分迅速上升到水面，部分上升至主輔機(jī)艙海底門(mén)格柵附近。另外船體前部水下第二組兩側(cè)舭龍骨的安裝為傾斜形式，傾斜的末端剛好到達(dá)主輔艙海底門(mén)格柵位置，舭龍骨阻礙和延緩了部分氣泡的上升，隨著主輔機(jī)大流量的吸入海水，促使部分氣泡經(jīng)過(guò)海底門(mén)進(jìn)入到艙內(nèi)海水冷卻管路系統(tǒng)。

3 故障解決方案

1)鑒于在船體不可能進(jìn)行改動(dòng)的情況下，根據(jù)以上故障現(xiàn)象的勘察及原因分析，均衡改進(jìn)方案的可行性，經(jīng)過(guò)綜合考慮，采取以下措施對(duì)本船的主輔機(jī)海水冷卻系統(tǒng)加以優(yōu)化改進(jìn)(見(jiàn)圖2)。

(1)分別在主輔機(jī)艙高低位海底門(mén)的主海水自清濾器上蓋位置加裝通徑為25 mm透氣閥門(mén)和通徑為25 mm透氣管路，透氣管路與海水槽原透氣管路在水線以上匯集在一起,以保證海水中的氣體順利排出。

(2)考慮海水槽各海水吸入閥沒(méi)有設(shè)計(jì)槽內(nèi)吸入管路，如果氣體進(jìn)入海水槽內(nèi)排出不及時(shí)也會(huì)影響主輔機(jī)的正常工作，在海水槽上主輔機(jī)各海水吸入閥海水槽內(nèi)吸入口處增設(shè)300 mm長(zhǎng)的吸入短管，且使吸入海水管路的末端浸沒(méi)在海水槽液面以下，避免海水泵吸入氣體。

2)其它理論上可行，但未實(shí)施的改進(jìn)方案(見(jiàn)圖3)。

(1)本船主輔機(jī)艙高低位海底門(mén)原始設(shè)計(jì)只有2個(gè)直徑50 mm的透氣孔，未設(shè)有海底閥箱獨(dú)立的透氣管路，由于本船的海底門(mén)進(jìn)氣量較大，透氣孔的排氣量明顯達(dá)不到要求。可以采取在海底閥箱的頂部加裝專門(mén)透氣閥門(mén)和透氣管路，將進(jìn)入到海底門(mén)的氣體及時(shí)排放掉。

(2)在海底門(mén)海水吸入口處增加吸入短管，降低海水總管的吸入高度，避免將積蓄在海底閥箱頂部的氣體吸入到主海水濾器、海水槽及海水冷卻管路中。

1-高、低位海底門(mén)；2-主海底閥；3-主海底濾器透氣閥；4-主海底濾器透氣管；5-主海水自清濾器；6-濾器后閥門(mén)；7-海底門(mén)與海水槽連通管；8-海水槽透氣閥；9-海水槽透氣閥；10-輔機(jī)海水泵吸入閥；11-主機(jī)海水泵吸入閥；12-主機(jī)海水泵吸入濾器；13-海水槽；14-主機(jī)海水泵海水閥吸入短管；15-輔機(jī)海水泵海水閥吸入短管；16-海底格柵。圖2 優(yōu)化改進(jìn)后的主輔機(jī)艙海底門(mén)、海水槽及其海水冷卻管路布置圖

1-高、低位海底門(mén)；2-海底門(mén)透氣管；3-海底門(mén)透氣閥；4-主海底閥；5-主海水自清濾器；6-濾器后閥門(mén)；7-海底門(mén)與海水槽連通管；8-海水槽透氣管；9-海水槽透氣閥；10-輔機(jī)海水泵吸入閥；11-主機(jī)海水泵吸入閥；12-主機(jī)海水泵吸入濾器；13-海水槽；14-海底門(mén)吸入短管；15-海底門(mén)隔板；16-海底格柵。圖3 未實(shí)施改進(jìn)的主輔機(jī)艙海底門(mén)、海水槽及其海水冷卻管路布置圖

(3)在海底閥箱中間位置增設(shè)隔板，將進(jìn)入到海底閥箱內(nèi)氣體阻隔在舷側(cè)一邊，以減少聚集在海底門(mén)上部空間的氣體進(jìn)入到主海水濾器、海水槽及海水管路中。

以上改進(jìn)方案需要船舶再次進(jìn)塢，海底門(mén)需重新進(jìn)行密性試驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)采取以上的措施優(yōu)化改進(jìn)以后，該船在后續(xù)航行試驗(yàn)過(guò)程中，主輔機(jī)海水冷卻系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，淡水溫度、滑油溫度等技術(shù)參數(shù)符合規(guī)定，主輔機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，故障得到徹底的解決，提高了系統(tǒng)工作的可靠性，保證了該船的順利交付。此船海水冷卻系統(tǒng)的成功改進(jìn)，對(duì)解決船舶類(lèi)似問(wèn)題具有很好的借鑒作用。

興船報(bào)國(guó)創(chuàng)新超越

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.05.007

趙久峰(1978-)，男，遼寧葫蘆島人，工程師，大學(xué)本科，主要從事船舶管系設(shè)計(jì)工作。

2017-05-22