淺談船舶機(jī)艙通風(fēng)設(shè)計(jì)的改進(jìn)

王永光

摘要：隨著船舶加工與制造技術(shù)要求不斷提高，船舶機(jī)艙通風(fēng)成為人們關(guān)注的重要問題，其影響著船舶制造質(zhì)量。本文分析船舶機(jī)艙通風(fēng)，針對(duì)船舶機(jī)械式通風(fēng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和制造過程中暴露出來的問題，提出了具體的原因分析和改進(jìn)措施，旨在提供設(shè)計(jì)參考和運(yùn)用，以改善船舶機(jī)艙通風(fēng)設(shè)計(jì)狀況。

關(guān)鍵詞：船舶；機(jī)械式通風(fēng)；設(shè)計(jì)制造；改進(jìn)對(duì)策

機(jī)艙通風(fēng)設(shè)計(jì)和計(jì)算是船舶設(shè)計(jì)中比較重要的一環(huán)，風(fēng)量計(jì)算是風(fēng)機(jī)選型和各區(qū)域風(fēng)量分配的基礎(chǔ)，計(jì)算應(yīng)確保總風(fēng)量充足以滿足所有設(shè)備散熱和燃燒的需求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)各附件選型合理，滿足船級(jí)社和國(guó)際公約的要求，管路及附件采用合理的風(fēng)速使系統(tǒng)管路阻力與風(fēng)機(jī)能力相匹配，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行阻力計(jì)算。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)保證達(dá)到設(shè)計(jì)風(fēng)量并能通過現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)量測(cè)試，通過調(diào)節(jié)裝置使各區(qū)域的風(fēng)量達(dá)到設(shè)計(jì)值。筆者根據(jù)多年來船舶機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)修改的經(jīng)驗(yàn)，提出了在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段改進(jìn)的問題。

一、船舶機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)概述

船舶正在朝著超大噸位、超強(qiáng)動(dòng)力性能和多功能模塊化的方向發(fā)展，以噸位為例，當(dāng)前的遠(yuǎn)洋油輪已經(jīng)達(dá)到了十萬(wàn)噸甚至是數(shù)十萬(wàn)噸的級(jí)別，這對(duì)于造船技術(shù)和管理技術(shù)是一個(gè)巨大的考驗(yàn)；在動(dòng)力性能上，超大噸位的船舶仍然可以保持幾十節(jié)的航行速度，在保障其他功能區(qū)的空間的同時(shí)，提升動(dòng)力效率是其中的關(guān)鍵；功能模塊上隨著LNG船、油輪等等功能性明顯的特型船舶的出現(xiàn)，以及對(duì)于超長(zhǎng)時(shí)間航行對(duì)后勤保障的要求等等，這一切都離不開一個(gè)有效的通風(fēng)系統(tǒng)的保障，首先是要保障在高溫、極寒等極端天氣下，船員的生活需要，保障他們的空氣流動(dòng)和艙體保溫；對(duì)于動(dòng)力系統(tǒng)來說，合適的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠及時(shí)為動(dòng)力系統(tǒng)散熱、降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；其三是船舶運(yùn)輸中的許多產(chǎn)品對(duì)于船艙溫度尤其敏感，這時(shí)候就需要一個(gè)能夠進(jìn)行自動(dòng)化控制的通風(fēng)系統(tǒng)來保障每一個(gè)區(qū)域的通風(fēng)換氣。

二、 船舶機(jī)械式通風(fēng)系統(tǒng)的問題研究及改進(jìn)對(duì)策

當(dāng)前在船舶中通風(fēng)系統(tǒng)大多采用機(jī)械式的設(shè)計(jì)方案，一方面是由于高自動(dòng)化程度的通風(fēng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)難度和運(yùn)行穩(wěn)定性上還需要進(jìn)一步的發(fā)展，與此同時(shí)也是基于在實(shí)際制造過程中，機(jī)械式的通風(fēng)系統(tǒng)成本更低、且能夠在系統(tǒng)維護(hù)管理和性能升級(jí)上發(fā)揮更大的作用。

1. 機(jī)械式通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其問題研究

通風(fēng)系統(tǒng)遍布在船舶船體中的各個(gè)區(qū)域，涉及到了船舶推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)、生活服務(wù)區(qū)、倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)和特殊功能區(qū)等等，從設(shè)計(jì)流程上來講，通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該是和船舶設(shè)計(jì)同步的，根據(jù)現(xiàn)有的船舶整體構(gòu)造，在船艙內(nèi)部進(jìn)行通風(fēng)管道的預(yù)留和型號(hào)設(shè)計(jì)、通風(fēng)柵欄截面設(shè)計(jì)、通風(fēng)口高度設(shè)計(jì)和鼓風(fēng)機(jī)布置等。

設(shè)計(jì)的核心問題是要確定在各個(gè)區(qū)域內(nèi)的通風(fēng)量需求和通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際送風(fēng)量。對(duì)于推進(jìn)動(dòng)力區(qū)域的通風(fēng)量設(shè)計(jì)主要是根據(jù)船舶配置的動(dòng)力總成的總功率和工作特性，計(jì)算出在不同運(yùn)行轉(zhuǎn)速和動(dòng)力負(fù)荷下，動(dòng)力系統(tǒng)的總吸氣量，同時(shí)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)等散熱裝置在單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)熱量，基于傳熱學(xué)和空氣熱傳播等專業(yè)知識(shí)，計(jì)算出要保障動(dòng)力區(qū)內(nèi)溫度平衡所需要的進(jìn)風(fēng)量和進(jìn)風(fēng)速度。總吸氣量包括以下幾個(gè)方面：主發(fā)動(dòng)機(jī)在額定工況下消耗的標(biāo)準(zhǔn)空氣量、柴油機(jī)等附屬動(dòng)力系統(tǒng)的空氣消耗量、鍋爐燃燒所需的空氣量等，再根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)在流通過程中的實(shí)際損耗值，乘以一個(gè)保險(xiǎn)系數(shù)就是動(dòng)力系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)量；生活區(qū)和功能區(qū)的通風(fēng)保障，要充分考慮氣候環(huán)境的變化、突發(fā)狀況的緊急處理等，做到一定的通風(fēng)富余。整個(gè)通風(fēng)量計(jì)算方法如上，在根據(jù)具體的船艙結(jié)構(gòu)進(jìn)行通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)的鋪排。

在當(dāng)前的機(jī)械式通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要存在的問題就是通風(fēng)系統(tǒng)難以面對(duì)復(fù)雜多變的極端情況，往往導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)極大的浪費(fèi)或者在關(guān)鍵時(shí)刻造成損失。船舶運(yùn)行中往往會(huì)出現(xiàn)極端的氣候狀況、運(yùn)行故障、設(shè)備故障甚至是安全事故，通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要充分考慮這些極端情況的出現(xiàn)，要避免在船舶出現(xiàn)上述情況而導(dǎo)致局部通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，整個(gè)船艙的通風(fēng)系統(tǒng)難以正常運(yùn)行的現(xiàn)象出現(xiàn)，這需要在實(shí)際設(shè)計(jì)中加入一定的自動(dòng)化控制模塊，在危急情況出現(xiàn)時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入預(yù)案設(shè)計(jì)的通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)造，保障通風(fēng)系統(tǒng)在極端情況下的正常運(yùn)行。

2. 機(jī)械式通風(fēng)系統(tǒng)制造及其問題研究

通風(fēng)系統(tǒng)的制造主要包括兩個(gè)方面，其一是零部件的加工、其二是零部件的裝配，機(jī)械式通風(fēng)系統(tǒng)主要的零部件有通風(fēng)管道、風(fēng)扇系統(tǒng)、泵送系統(tǒng)、閥門系統(tǒng)和鼓風(fēng)機(jī)等，這些零部件構(gòu)成了通風(fēng)系統(tǒng)的流通網(wǎng)絡(luò)和控制節(jié)點(diǎn)，管道是機(jī)械式通風(fēng)系統(tǒng)的主要通道，為了防止通風(fēng)管道出現(xiàn)腐蝕、堵塞和破壞，要選用適合于船舶運(yùn)行環(huán)境的特殊材料進(jìn)行加工，這既需要管道材料生產(chǎn)方進(jìn)行大量的實(shí)地試驗(yàn)，在控制成本的前提下，選擇合適的新型材料和復(fù)合材料，也需要在管道形狀設(shè)計(jì)和管道系統(tǒng)組成上進(jìn)行針對(duì)性的研究；風(fēng)扇系統(tǒng)能夠?qū)艿纼?nèi)的空氣風(fēng)速進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)，通過順時(shí)針和逆時(shí)針的風(fēng)扇作業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)管道進(jìn)風(fēng)速度的調(diào)節(jié)，以滿足不同船艙的通風(fēng)需求；閥門系統(tǒng)是進(jìn)行通風(fēng)開閉和風(fēng)量控制的關(guān)鍵，也是在危急情況下進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)的整體調(diào)節(jié)的關(guān)鍵，也是在當(dāng)前機(jī)械式通風(fēng)系統(tǒng)制造中難度最大的一個(gè)環(huán)節(jié)。在零部件組裝上，由于通風(fēng)系統(tǒng)往往是在船體的角落進(jìn)行安裝，一經(jīng)安裝就很難進(jìn)行大規(guī)模的維修更換，因此對(duì)其安裝質(zhì)量的要求極高，這其中最為重要的就是管道密封性、閥門精度調(diào)節(jié)和泵送系統(tǒng)安置上，要確保每一項(xiàng)參數(shù)準(zhǔn)確無(wú)誤，才能在實(shí)際的工作中準(zhǔn)確的進(jìn)行通風(fēng)操作。

三、結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，船舶運(yùn)輸行業(yè)也會(huì)迎來新的發(fā)展，伴隨著船舶運(yùn)輸領(lǐng)域的不斷廣闊，船舶的危險(xiǎn)性也是在不斷的提高，這些都給船舶的安全設(shè)計(jì)提出了更高的要求。總而言之，當(dāng)前在機(jī)械式通風(fēng)系統(tǒng)制造上主要面臨的困難還是國(guó)產(chǎn)化的問題，由于通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵性作用，對(duì)于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、材料耐受性和關(guān)鍵零部件的穩(wěn)定性要求極高，以管道為例，一旦管道在規(guī)定時(shí)間以內(nèi)發(fā)生損壞，就會(huì)打破船舶的大修周期，給船舶運(yùn)營(yíng)增加了成本，精準(zhǔn)耐用的閥門系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)械式通風(fēng)系統(tǒng)的樞紐，也是核心技術(shù)的關(guān)鍵體現(xiàn)，泵送系統(tǒng)能夠在極端情況下發(fā)揮救命的關(guān)鍵作用，以上這些零部件在大型船舶和特型船舶上大都是國(guó)外產(chǎn)品壟斷的現(xiàn)狀，這一方面反映出我國(guó)在這些基礎(chǔ)領(lǐng)域的研發(fā)力度和投入力度的不夠，在另一方面也提醒我們?cè)谶@些領(lǐng)域我國(guó)的造船業(yè)還大有可為，通過與國(guó)外先進(jìn)水平和先進(jìn)技術(shù)的合作交流，加快我國(guó)船舶通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)鍵零部件技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，積極促進(jìn)科研院校在這一領(lǐng)域的研發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研一體化的進(jìn)行提高，是解決這一問題最佳的方案和長(zhǎng)遠(yuǎn)舉措。

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（作者單位：大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司）