關于船舶機艙通風系統設計方法對比分析與研究

唐森飛　范洪妹

摘要：文章通過對比目前船舶常用機艙通風系統設計方法，了解機艙通風系統設計的優缺點，以指導船舶機艙通風系統設計，適應現代的船舶造船設計之需要，優化總體資源布局，提高系統性能，使我國的機艙通風系統設計水平再上新臺階，并為我國建造高水平的船舶作出貢獻。

關鍵詞：船舶機艙；通風系統設計；對比分析

1通風形式的比較

1.1全新風系統

全新風系統設計是采用風機將艙內污濁空氣排出至艙外，將艙外的新鮮空氣引至艙內。全新風系統由風機、風管和空氣過濾器等組成。新風系統的空氣過濾器，應具有清除原子、生物、化學污染物的能力。總風量的確定一要滿足排出艙內熱負荷，二要滿足換氣次數的要求。

機艙內進風大于排風的設計為正壓設計。對于有艙內進氣要求的機艙，一般采用正壓設計。無進氣要求時，為防止機艙高熱高濕氣體進到其他住艙等艙室，一般機艙采用負壓設計，即排氣量略大于進氣量的設計。

全新風系統設計由于大量新風進到艙內，在排出機艙內設備發熱量的同時，可以保證艙室的新風量。但由于風量較大，需單獨設置進、排風風機室，獨立的進、排氣圍井通道，占用較多的總體資源。由于風量較高，風機噪聲較高，風管內風速也較高，整個艙室內的通風噪聲相應升高。由于機艙內發熱設備較多，空間布置緊湊，采用風管送、排風時，容易造成機艙內空間布置特別緊張，局部區域風管無法送至，造成局部溫度過高。部分水面船舶設計中，未設置進、排風管，僅設置了進、排風室，風機將外界空氣吸入至機艙頂部某一個部位（首部或尾部），而機艙另一端設置排風風機將艙內熱空氣排出；此種設計很難保證機艙內布風及溫度的均勻性。

1.2循環冷卻加新風系統

由于海水的比熱容比空氣大，利用海水將艙室內發熱量帶走的方式必然可以減少艙室通風量，從而降低艙室風管大小及降低風速，減少噪聲。

某型船上，采用了兩套循環冷卻通風裝置，同時采用風機進行機械通風處理；由于海水的溫度常年在20℃左右，而外界環境溫度則波動較大，一般在外界達到35℃左右時，海水還能保持在25℃左右，因此這種方式可大大降低機艙內的溫度。采用這種方式，外界新風雖然較全新風設計有所減少，但換氣次數仍應保證15次/h左右，以滿足人員對新鮮空氣的需求的同時，仍可保持艙內的污濁物濃度控制在一定的范圍內。

由于有閉式循環冷卻，在外界新風切斷的情況下，仍可保持艙內溫度最高溫度不超過50℃左右。此種形式的設計有利于在需要保持密閉的情況時進行對外關閉。

1.3射流通風

空氣射流通風技術是一種高效率的通風技術，其技術原理是通過系統管路上設置的空氣噴嘴噴射出高速氣流，誘導和驅動其周圍的空氣向前運動，引導熱量隨著空氣推向排風部位，從而達到通風換氣的目的。

空氣射流通風技術的理論來自動量守恒定律和流體力學中射流的擾動特性，它以高速噴出的少量氣體有效地誘導及攪拌周圍靜止的大量空氣，并帶動這些空氣至特定的目標方向。空氣射流通風系統的空氣噴流屬于等溫自由紊流圓射流形式。

空氣射流通風系統主要由螺旋風管系統、空氣射流噴嘴和高壓離心風機等組成。螺旋風管系統由小口徑圓形高速螺旋風管及相應的聯接附件組成。空氣射流噴嘴為圓錐形，可以裝配在固定位置，也可靈活地布置于金屬管段上，通過噴嘴自身帶有的撓性管段和調風門，可以自由靈活地根據系統設計要求在現場調整噴嘴射流的方向及流量大小，組織空氣流場，避免出現氣流組織不均勻、通風死角的產生。高壓離心風機則為整個空氣射流通風系統提供足夠的壓力，以保證空氣射流從噴嘴高速射出。

空氣射流通風系統是一種利用空氣本身來控制空氣分布的系統，通過與主送風系統的配合使用，達到艙室通風換氣的目的。因此，采用空氣射流通風技術后的機艙通風系統將由兩部分組成，即機艙主送風系統和空氣射流通風系統。根據系統的使用功能，雖然空氣射流通風系統不可完全取代機艙通風系統，但它可取代常規機艙通風系統中龐大而復雜的矩形風管，充分利用其系統空間尺寸小、構成簡單、布置靈活和通風效率高的特點，在為動力等其他管路及主干電纜的布置讓出機艙內寶貴的上部空間的同時，達到機艙良好通風的效果。射流通風系統的設計主要在于布風形式上，其原理是通過射流噴咀本身的特性，射出高速氣流，誘導和驅動其周圍的空氣向前運動；并通過噴咀的布置及方向，對艙內氣流進行組織，從而確保機艙內的溫度分布均勻及良好的通風效果。

射流噴嘴出口流速可高達40m/s。理論上，1倍的空氣可誘導帶動10倍以上的空氣流動，因此射流通風可大大減少艙內的風管大小。同時，由于系統末端的射流風管較小，噴嘴可調，因而大大增加了布置的靈活性，使得艙室內很少出現通風死角。

采用空氣射流通風技術的機艙通風系統與常規機艙通風系統相比，具有如下主要優點：

（1）在占用空間盡量少的情況下，將空氣輸送到常規通風系統很難送到的處所；

（2）標準化螺旋風管及連接附件的大量采用，使整個通風系統更易于安裝；

（3）管路系統結構簡單，系統泄漏可能性小，查補容易；

（4）能夠比常規通風系統更為有效地均衡溫度和空氣分布上的差異；

（5）當機艙主送、排風機停止運行時，該系統仍可以保證機艙內產生均勻的空氣流動；

（6）由于空氣射流通風系統采用的風機為高靜壓風機，使得機艙通風系統配裝冷卻或加熱盤管成為可能，從而可以達到控制調節機艙環境溫度的目的，有著很強的功能拓展性。

2 射流通風技術在艦船上的應用

采用空氣射流通風技術后的機艙通風系統將由兩部分組成，即機艙主送風系統和空氣射流通風系統。空氣射流通風系統不能夠完全取代機艙通風系統，但它可取代常規機艙通風系統中龐大而復雜的矩形風管，充分利用其系統空間尺寸小、構成簡單、布置靈活和通風效率高的特點，在布置上讓出機艙內寶貴的上部空間的同時，達到機艙良好通風的效果。

在采用空氣射流通風技術后的機艙通風系統中，機艙主送風系統只需要將所送空氣直接送至機艙主機的燃燒空氣吸口附近即可，其中一部分空氣被空氣射流通風系統的高壓離心風機吸入，并且通過其小口徑的高速螺旋風管和射流噴嘴將空氣最優地分布到機艙各處。

從噴嘴高速噴出的空氣射流將分布、引導主送風系統送出來的一次氣流（主氣流），并融入到一次氣流（主氣流）之中，驅使氣流到達通風設計所需的任何地方，并將分布不均的停滯空氣團或渾濁厚重的油性氣體帶走。設置于甲板頂部橫梁間的噴嘴也可以利用自身的特性將較輕的氣體帶走。空氣射流通風系統不僅能將空氣輸送分布到機艙的各處，而且還可將機艙內大量的余熱帶走。常規機艙通風系統一般只在其出風口附近的直接區域有著良好的通風效果，這是由于艙室的布局使空氣在風口剛剛吹出一段距離后就可能出現滯留；因此，對于安裝于機艙里的各種設備，常規的通風系統很難達到良好的空氣循環流動。采用了空氣射流通風技術后的機艙通風系統，可利用其自身獨有的誘導及攪拌周圍靜止空氣的特性，使甲板面的空氣流保持一定的速度，從而避免滯流區和死角的產生，并且將可能產生的渾濁氣體帶走，確保在機艙內達到均勻的溫度分布和良好的通風效果。

由于空氣射流通風系統采用圓形高速螺旋風管輸送空氣，較常規機艙通風系統中采用的龐大的矩形風管系統而言，整個風管系統尺寸大為減小，管路也更為簡潔，原先機艙中及安放有輔助設備的各個機械艙室中的大部分龐大而復雜的矩形風管系統將被其取代，這樣使機艙變得易于設計和規劃。由于整個空氣射流通風系統為簡單的小口徑圓形標準化螺旋風管系統；因此，該通風系統可在機艙的最后施工階段付諸安裝，大大降低了船廠的施工難度。由于空氣射流通風系統中無需大尺寸的矩形風管系統，因而節省了機艙空間，同時也減少了艦船重量和造價。

參考文獻：

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[2]趙遠征，劉亞琴，李鵬.水面船舶三種機艙通風系統設計對比[J].中國水運，2014（12）：17-18.