船用燃氣輪機箱裝體裝置性能測試項目及程序

鐘 毅，陳鵬宇

(海軍駐上海地區艦炮系統軍事代表室，上海 200135)

燃氣輪機箱裝體具有隔聲、隔熱、抗沖擊、氣密性好、安裝維修方便、適于快速換裝等顯著優點。上世紀五十年代中期，國外就已經開始了燃氣輪機箱裝體技術的研究。我國在這方面的研究起步比較晚，為縮短我國與歐美發達國家在此項技術上的差距，國內很多學者對燃氣輪機箱裝體技術進行了研究。盛感瑜等[1]用有限元法對英國SM1A燃氣輪機箱裝體底架的剛度、固有頻率與振型、強迫振動位移響應以及底架工字型截面參數的優化進行了計算分析，討論了多自由度系統振動的特點。王平團等[2]介紹了一種對船用燃氣輪機抗沖擊性的數字仿真技術評估方法，通過對在沖擊載荷下的船用燃氣輪機有限元模型進行仿真計算分析，得出燃氣輪機抗沖擊能力臨界線，對其沖擊安全性進行了評估。趙雄飛等[3]針對中小型燃氣輪機試驗臺主設備基架結構設計可行性和螺栓連接結合面鋼化模型適用范圍等問題，對不帶箱裝體燃氣輪機機組、帶箱裝體燃氣輪機機組以及水力測功器機組載重狀態下基架結構動力學特性等方面進行了有限元分析，對機組載重狀態以及螺栓連接結合面的處理方法進行了歸納，提出了將質量單元法應用到機組載重狀態的模擬中以及將彈簧單元法和鋼化模型技術應用到螺栓連接結合面的模擬中的建議。

1 箱裝體的功用

箱裝體結構的使用可以較大程度的提高船用燃氣輪機的戰術技術性能，其具體作用體現如下。

1)增強了機組可靠性。由于箱裝體是在工廠車間內裝配，有較好的工作環境以避免灰塵和異物侵入，保證了其內部的清潔，少數需與外界聯接的接頭也在工廠內封好。

2)隔聲。通過在箱體上采取的隔聲、消聲措施來隔離和控制燃氣輪機工作時的噪聲，使箱裝體外的噪聲達到可以接受的水平。

3)隔熱。箱裝體采用的壁板結構和通風系統保證了燃氣輪機的熱量盡可能少地輻射到機艙內，保證機艙有較低的環境溫度。

4)氣密性。箱裝體具有良好的水密、氣密性和耐壓性，使燃氣輪機在機艙進水時仍能運行。在核戰爭、生物戰爭和化學戰爭中，能夠有效地防止“有害”空氣污染機艙。

5)抗沖擊。箱裝體是一個承力、減震、抗沖擊的綜合系統，能承受規定的沖擊載荷。

6)滅火。箱裝體內設有滅火系統，能自動探測火情并報警，使滅火系統投入工作。

7)加溫。箱裝體內有電加熱器，可防止箱裝體內燃氣輪機相關部件結冰，并保證箱體內溫度適于維護保養。

8)快速換裝、便于維護和保養。根據箱裝體的功用可知，在箱裝體裝置性能測試中，應進行冷卻空氣設施檢查、密性考核、減噪能力試驗、罩殼外表面溫度測量、滅火系統試驗等測試項目。

2 齊套性和密性檢查

燃氣輪機如帶有箱裝體，其上應設置與主機艙通風無關的、從露天引入冷卻空氣的設施；箱裝體應有足夠的氣密性，工作時箱裝體內應有一定的真空度，具有“三防”密封作用。一般型號研制要求中規定，在機艙淹沒至燃氣輪機軸線最低點以上某一高度時，燃氣輪機箱裝體具有水密功能，箱裝體內設備可以運行一段時間，由于箱裝體在出廠后已經完成裝配，該項檢查在型號性能試驗階段進行是比較困難的，所以一般采用分析考核。

3 減噪能力試驗

艦船設備級別劃分為A、B、C、D、E、F級，是指分別安裝在艦船A、B、C、D、E、F類區域內的設備。其中F類是指對語言清晰度沒有要求，但在不配聽力保護設施時，保證艦員聽力不被損傷的高噪聲艙室或處所，包括主、輔機艙，主鍋爐艙，火炮部位，液壓站。F級設備空氣噪聲限值應滿足表1的要求。

表1 F級設備空氣噪聲限值

設備空氣噪聲測量按GJB4058-2000《艦船設備噪聲、振動測量方法》進行。

3.1 測量條件

測量場所應盡量選擇除地面外無反射條件的場所。測點到設備的距離為1倍和2倍測量距離長度時，其A級設備噪聲值(A聲壓級)的差值應不小于5 dB；若不能滿足上述條件，應對測量結果進行環境修正。測量表面上各測點背景噪聲的A聲壓級平均值，應比設備或標準聲源工作時的平均值低4 dB以上。如果測倍頻帶聲壓級，則每倍頻帶聲壓級均應符合此要求。測量時，測點處空氣流速應低于5 m/s。當空氣流速大于1 m/s時，傳聲器上應加防風罩。

3.2 測量方法

設備噪聲測量方法包括聲壓法測定聲功率級、聲強法測定聲功率級和聲壓法測定聲壓級3種，本文僅介紹聲壓法測定聲功率級。

確定基準體尺寸時，可以不考慮對輻射噪聲影響不大的凸出部分。測量表面與基準體各對應面相平行，間距為d。測量距離一般取1 m。測點應均勻分布在測量表面上。根據基準體的大小和噪聲輻射的空間均勻性確定測點位置和數量。當設備噪聲輻射指向性較強，造成相鄰測點上聲壓級相差5 dB以上或因設備基準體尺寸較大使測量表面上測點間距超過2d時，則應增加測點數量。當設備噪聲輻射指向性較均勻時，只要通過初步測定說明減少聲功率級的影響不大于1 dB，則可適當減少測點數。所有增加測點和附加測點以及減少測點和代替測點等情況均應在試驗記錄中說明。增加或附加測點后若測點分布不均勻應按不相等面積計算方法求取測量表面平均聲壓級。

3.3 數據處理

(1)

(2)

式中:S為等效測量表面積，m2；Si為第i點所占有的測量表面積，m2。

2)聲功率級的計算。

聲功率級可按式(3)進行計算：

(3)

式中：Lw為聲功率級或頻帶聲功率級，dB(基準值為：1pW)；K2為環境修正系數；S0為面積基準值，S0=1 m2。

等效測量表面積按式(4)計算：

S=4(ab+bc+ca)，

(4)

式中：a為1/2的基準體長與測量距離之和，m；b為1/2的基準體寬與測量距離之和，m；c為基準體高與測量距離之和，m。

4 箱裝體滅火系統試驗

箱裝體滅火系統系泊試驗項目有暢通性檢查、溫度探測器功能試驗、火焰探測器功能試驗和監控箱功能試驗。

4.1 暢通性檢查

試驗前用壓縮空氣對鹵代烷滅火系統管路和噴嘴進行暢通性試驗，空氣應均勻地從所有的噴嘴內噴出。試驗前、后測量電氣設備的絕緣電阻。

4.2 溫度探測器功能試驗

1)火災報警試驗。加熱溫度探頭至規定值以上，監控箱面板上指示“溫度探測器報警”,同時輸出“溫度探測器報警”觸點信號，監控箱上的相應指示燈應亮，并在相關部位發出聲光報警。轉動鑰匙鍵至“復位”位置，上述信號均消失。

2)溫度探測器的斷路試驗。從溫度探測器接線端拆掉一根線，監控箱面板上指示“溫度探測器故障”,同時輸出“集合故障報警”觸點信號，并在相關部位發出聲光報警。接通剛才的斷線，上述故障信號消失。

4.3 火焰探測器功能試驗

1)火災報警試驗。將模擬火源移至距火焰探測器規定范圍內，并保持一定時間，監控箱面板應指示“火焰探測器報警”，監控箱輸出“火焰探測器報警”觸點信號，并在相關部位發出聲光報警。監控箱“復位”后，上述故障信號應消失。

2)火焰探測器的斷路試驗。將火焰探測器電纜接頭斷開模擬斷路，監控箱面板應指示“火焰探測器故障”，監控箱輸出“集合故障報警”觸點信號，并在相關部位發出聲光報警。重新連接電纜接頭，上述故障信號應消失。

4.4 監控箱功能試驗

1)監控箱鑰匙鍵在“運行”位置的試驗。監控箱鑰匙鍵在“運行”位置的試驗包括鹵代烷容器故障試驗、施放電路故障的測試(電啟動器)、機旁施放模擬試驗和遙控施放模擬試驗。具體實施流程可參考GJB6850-2009《水面艦船系泊和航行試驗規程》。

2)監控箱在“測試”位置的試驗。監控箱在“測試”位置的試驗包括試燈功能、鹵代烷容器故障的試驗、機旁施放試驗和遙控施放試驗。

3)監控箱主副電源轉換試驗。斷開主電源，監控箱應發出主電源故障報警信號，同時副電源(備用電源)應自動接通。

4.5 記錄

表2為燃氣輪機箱裝體滅火系統功能試驗記錄表，將4.2～4.4的測試結果填入表2。

表2 燃氣輪機箱裝體滅火系統功能試驗記錄表