船舶汽輪機抽氣器參與凝汽器背壓調節的可行性研究

韓孝坤++李霏

摘 要：完善船舶汽輪機抽氣器參與凝汽器背壓調節工作，能夠有效提升船舶汽輪機的安全系數，對促進船舶制造業的發展，具有重要作用。本文在對船舶汽輪機的抽氣器參與凝汽器背壓調節的特殊性進行綜合闡述的基礎上，分析了凝汽器中的空氣含量對凝結水過冷度的影響，并提出了船舶汽輪機抽氣器參與凝汽器背壓調節可行性的分析方法，以期為相關人士提供借鑒和參考。

關鍵詞：建模；背壓調節；仿真模型

前言：隨著社會經濟的不斷發展和社會生產力的進一步提高，凝汽器被廣泛應用于船舶汽輪機的背壓調節過程中，有效提升了船舶汽輪機的運行穩定性。但由于船舶汽輪機安裝的是自流裝置，一旦循環水量超過規定標準，就會導致凝汽器背壓過低，影響船舶汽輪機的運行。因此，利用抽氣器參與凝汽器的背壓調節工作，具有十分重要的現實意義。

一、船舶汽輪機抽氣器參與凝汽器背壓調節的特殊性

我國船舶的汽輪機大多配有自流裝置，為船舶汽輪機的凝汽器提供冷卻循環水有兩種途徑，第一種是依靠船舶高速行進產生的自流循環水，第二種是利用循環水泵抽取的非自流冷卻循環水。當汽輪機對循環水的需求較大，而自流循環水量較小時，汽輪機的凝汽器背壓升高，通過向循環水泵索取冷卻循環水的方式，調節凝汽器的背壓，使其處于平衡狀態。當汽輪機內的凝汽器對冷卻循環水的需求量小于自流循環水量時，凝汽器的背壓降低，無法進行對凝汽器的背壓調解工作。圖1為不同航行速度下，凝汽器對循環水的需求量與自流循環水量的關系圖。

圖1凝汽器對循環水的需求量與自流循環水量關系圖

從關系圖中可以直觀的看出，當航行速度在20到80之間時，凝汽器所需的冷卻循環水量大于自流循環水量，容易導致凝汽器的背壓過低，對船舶的汽輪機運行會產生不良影響。因此，僅僅依靠自流循環水對凝汽器的背壓進行調節，具有一定的局限性。

二、凝汽器中的空氣含量對凝結水過冷度的影響分析

（一）空氣對凝汽器背壓調節的影響分析

在船舶汽輪機的凝汽器中，冷卻循環水與水蒸汽之間的熱量轉換是一個較為復雜的過程。通常情況下，人們將反映凝結器傳熱性能的系數稱作傳熱系數，傳熱系數有利于凝結器的合理設計，同時在對凝汽器背壓調節能力的監測方面，也發揮著不可替代的功能。通過研究發現，空氣是影響凝汽器傳熱性能最重要的因素，又因為傳熱系數是衡量凝汽器背壓調節能力的關鍵，因此，可以通過控制空氣含量的方式達到控制凝汽器背壓調節能力的目的，從而更好地解決船舶汽輪機自流循環水量大于凝汽器所需循環水量導致的背壓調節能力過低的問題。

（二）凝汽器中的空氣含量對凝結水過冷度的影響分析

在利用抽氣器參與凝汽器背壓調節的過程中，會在一定程度上對凝汽器中凝結水的過冷度形成影響。通過抽氣器調節凝汽器的背壓，一旦凝結水在其作用下，出現過冷度過高的現象，會對船舶汽輪機的穩定安全運行造成不良影響，同時會導致重大的經濟損失。因此，研究抽氣器參與凝汽器背壓調節的可行性，首先要要分析凝汽器中的空氣含量對凝結水過冷度的影響。本次研究在自流循環誰調節背壓的方式下進行，選取了四種不同的船速工況，并對實驗數據進行了分析。結果表明，在自流工況條件下，通過抽氣器參與凝汽器背壓調節的方式，促進背壓調節能力的平衡，對凝汽器中凝結水過冷度的影響較小。究其原因，是由于抽氣器空氣含量對凝汽器的換熱系數具有一定的作用，使得其對凝結水過冷度的作用減弱。

三、船舶汽輪機抽氣器參與凝汽器背壓調節的可行性分析方法

首先，通過將凝汽器內的空氣視為理想空氣，并運用道爾頓分壓定律和能量守恒定律，建立整體空氣的分壓公式和模型。整體空氣的分壓公式如下：

然后，在整體空氣的分壓公式和模型的基礎上，建立凝汽器的背壓調節仿真模型，并對不同工況下的自流循環水進行研究。在研究的過程中，對抽氣量和循環數量進行仿真研究，得到背壓結果，即抽氣器的背壓調節能力優于自流循環水的背壓調節能力。第三，對抽氣器的背壓調節能力進行驗證，分別抽取不同船速工況條件下的循環水進行仿真驗證，求取驗證結果。最后，得出驗證結果。驗證結果表明，船舶汽輪機的抽氣器參與凝汽器背壓調節工作具有可行性。

結論：通過以上研究發現，在利用抽氣器參與凝汽器背壓調節的過程中，通過分析凝汽器中的空氣含量對凝結水過冷度的影響，采用抽氣器控制空氣量，能夠有效降低凝汽器中的空氣含量對凝結水過冷度的影響。在此基礎上，通過建模仿真的方法，能夠直觀了解到抽氣器參與凝汽器背壓調節的效果。因此，在利用抽氣器參與凝汽器背壓調節的過程中，可以應用上述方法。

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作者簡介：

韓孝坤（1990.10——）男，漢族，遼寧東港人、本科、助理工程師、研究方向：船舶動力endprint