通風(fēng)圍阱內(nèi)部導(dǎo)流措施分析與應(yīng)用

陸雅楠，魏文俊，孫逸文

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

0 引言

船用通風(fēng)圍阱是船舶通風(fēng)系統(tǒng)的重要組成部分[1-3]，可作為船用風(fēng)管用于船舶通風(fēng)系統(tǒng)，特別適用于難以布置常規(guī)風(fēng)管的狹小艙室。在設(shè)計通風(fēng)系統(tǒng)時，通常將位置相近且可被劃歸為同一通風(fēng)系統(tǒng)的艙室并入同一通風(fēng)系統(tǒng)。因此，對于采用通風(fēng)圍阱作為排風(fēng)主管段的通風(fēng)系統(tǒng)，通常將附近各艙室的排風(fēng)管都并入該圍阱。然而，在開展風(fēng)管生產(chǎn)設(shè)計時，往往因設(shè)計疏忽、空間狹小和美觀性等因素，采用T 型三通的形式合并風(fēng)管的主管和支管，從而導(dǎo)致通風(fēng)效果下降[4-5]。為解決上述問題，本文提出一種用于通風(fēng)圍阱內(nèi)部的導(dǎo)流措施。對通風(fēng)圍阱內(nèi)部的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，并對其在實船的應(yīng)用效果進(jìn)行分析。

1 實船遇到的問題和解決方案

1.1 問題描述

根據(jù)艙室的所在位置和性質(zhì)，本船1 甲板貯藏艙和底艙隔離艙的排風(fēng)管屬于同一通風(fēng)系統(tǒng)。為節(jié)省各艙室空間，排風(fēng)主管采用通風(fēng)圍阱的形式，將2 個艙室的排風(fēng)管合并到該圍阱上（見圖1）。其中，1 甲板貯藏艙的E18 排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為1 200 m3/h，全壓為810 Pa，底艙隔離艙的E44 排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為2 500 m3/h，全壓為1 400 Pa（見表1）。本船經(jīng)系泊試驗發(fā)現(xiàn)：當(dāng)2 臺排風(fēng)機(jī)單獨(dú)開啟時，2 個艙室的排風(fēng)口實測風(fēng)速均能達(dá)到設(shè)計風(fēng)速。而當(dāng)兩臺排風(fēng)機(jī)同時開啟后，只有隔離艙排風(fēng)口的實測風(fēng)速達(dá)到了設(shè)計風(fēng)速，貯藏艙排風(fēng)口的實測風(fēng)速明顯減小，甚至風(fēng)管末端的排風(fēng)口的風(fēng)速基本為零。經(jīng)計算，貯藏艙的實測風(fēng)量和換氣次數(shù)均不滿足設(shè)計要求。

表1 艙室設(shè)計風(fēng)量

圖1 本船的排風(fēng)管連接形式

1.2 原因分析和解決方案

由實船風(fēng)速測試、風(fēng)量計算、通風(fēng)圍井和兩路排風(fēng)管設(shè)計結(jié)果可知，貯藏艙的實測風(fēng)量和換氣次數(shù)均不滿足設(shè)計要求的主要原因為兩路排風(fēng)管與通風(fēng)圍阱采用T 型三通的連接形式，導(dǎo)致2 臺風(fēng)機(jī)同時開啟后，WJ12 圍阱內(nèi)的2 路排風(fēng)相互干擾，通過效果下降[4-5]（見圖2 和圖3）。此外，由于隔離艙E44 抽風(fēng)機(jī)的全壓（1 400 Pa）大于貯藏艙E18 排風(fēng)機(jī)的全壓（810 Pa），在2 臺風(fēng)機(jī)同時開啟后，W12圍阱內(nèi)部為正壓空間，E18 風(fēng)機(jī)除克服自身管道阻力外，還需克服貯藏艙和W12 圍阱的壓差，這導(dǎo)致貯藏艙的抽風(fēng)效果明顯不佳，實測風(fēng)速、風(fēng)量和換氣次數(shù)遠(yuǎn)小于理論設(shè)計參數(shù)。

圖2 排風(fēng)管和通風(fēng)圍阱的連接形式（單位：mm）

圖3 風(fēng)管三通形式的選型

為解決上述問題，主要的改進(jìn)思路是修改排風(fēng)管和WJ12 圍阱的連接形式，使2 個艙室的排風(fēng)在WJ12 圍阱內(nèi)相互隔離，E18 排風(fēng)機(jī)無需再克服貯藏艙和WJ12圍阱的壓差。提出以下2種具體解決方案：

1）方案1

方案1 在通風(fēng)圍阱內(nèi)部增加導(dǎo)流板（見圖4）。通風(fēng)圍阱內(nèi)部的導(dǎo)流板能將2 個艙室的抽風(fēng)相互隔離，避免交匯時產(chǎn)生相互干擾的情況。此時，排風(fēng)管和通風(fēng)圍阱的連接形式與帶彎頭的Y型三通相似[4-5]。WJ12 圍阱中的兩路排風(fēng)互相獨(dú)立，當(dāng)2 臺排風(fēng)機(jī)同時開啟時，E44 排風(fēng)機(jī)對E18 排風(fēng)機(jī)的影響將相應(yīng)減小，貯藏室的排風(fēng)量可達(dá)到設(shè)計要求。

圖4 方案1 示意圖

2）方案2

方案2 將排風(fēng)管通艙件做成彎頭形式，并裝焊到通風(fēng)圍阱內(nèi)部（見圖5）。方案2 也能將2 個艙室的排風(fēng)相互隔離，降低2 臺排風(fēng)機(jī)之間的影響。方案2 與方案1 的隔離和導(dǎo)流原理相同，都是在通風(fēng)圍阱內(nèi)部增加導(dǎo)流措施將2 個艙室的排風(fēng)隔離，使其排風(fēng)量可達(dá)到設(shè)計要求。

圖5 方案2 示意圖

上述2個解決方案均參考了Y型三通的形式[4-5]，并根據(jù)其導(dǎo)流原理加以修改和運(yùn)用。理論上，2 種方案均能達(dá)到隔離2 個艙室排風(fēng)的目的，并對貯藏艙的排風(fēng)增加一定的導(dǎo)流作用。方案1 和方案2 的區(qū)別僅在于三通交匯處產(chǎn)生的局部阻力不同。與原設(shè)計相比，2 種方案對貯藏艙的排風(fēng)效果均有明顯提升。

2 方案分析和實船運(yùn)用

2.1 方案分析

在修改本船風(fēng)管和通風(fēng)圍阱連接形式時，綜合考慮施工難度、焊接工藝、現(xiàn)場可行性等因素，對2 種方案進(jìn)行分析，進(jìn)而為實船運(yùn)用選擇一個最為合適的方案。

2.1.1 方案1

本方案對通風(fēng)圍阱內(nèi)部施焊空間的要求較高。本船WJ12 圍阱的尺寸是500 mm×390 mm，為便于現(xiàn)場施工，只能在分段制造階段對通風(fēng)圍阱內(nèi)部的導(dǎo)流板進(jìn)行裝焊。然而，即使在分段制造階段在通風(fēng)圍阱內(nèi)部安裝導(dǎo)流板，也存在著一定的施工困難。如圖6 所示，點(diǎn)劃線部分是需要導(dǎo)流板與通風(fēng)圍阱內(nèi)部壁板進(jìn)行雙面焊的部分，施工人員可從甲板開孔的位置對其上半部分進(jìn)行焊接及后續(xù)的打磨、油漆等工作。而導(dǎo)流板下半部分的焊接等工作需要施工人員進(jìn)入通風(fēng)圍阱的內(nèi)部進(jìn)行施工，顯然500 mm×390 mm 的內(nèi)部空間不足以滿足人員進(jìn)入通風(fēng)圍阱內(nèi)部施工的要求。這會導(dǎo)致通風(fēng)圍阱內(nèi)部導(dǎo)流板的焊接無法滿足雙面焊的工藝要求。此外，本船的實船狀態(tài)已經(jīng)處在碼頭系泊試驗階段，貯藏艙內(nèi)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工結(jié)束，施工人員無法從甲板開孔位置將導(dǎo)流板放入通風(fēng)圍阱內(nèi)部進(jìn)行裝焊。若采用本方案，則需要在通風(fēng)圍阱上增設(shè)工藝孔，現(xiàn)場返工量較大。

圖6 圍井內(nèi)部導(dǎo)流板示意圖（單位：mm）

經(jīng)綜合分析，將方案1 的主要特點(diǎn)歸納如下：

1）施工人員無法進(jìn)入較小的通風(fēng)圍井進(jìn)行裝焊工作，本方案不適合通風(fēng)圍井尺寸較小的情況，只能在較大的通風(fēng)圍井中使用。

2）本方案適合在分段制造階段進(jìn)行施工，若在碼頭系泊試驗等階段發(fā)現(xiàn)類似問題，需要對通風(fēng)圍井內(nèi)部增加導(dǎo)流板時，涉及的返工量較大，需要對通風(fēng)圍井增設(shè)工藝孔等措施進(jìn)行考核。因此，本方案不適合用于分段制造階段以外的臨時修改。

2.1.2 方案2

本方案的風(fēng)管安裝形式較簡單。如圖7 所示，點(diǎn)劃線表示風(fēng)管通艙件與通風(fēng)圍井的連接部分，雖然本船的WJ12 圍阱尺寸較小，但風(fēng)管通艙件本身不是影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素。因此，風(fēng)管通艙件和通風(fēng)圍阱只需在連接處的外部完成單面焊，并確保焊接質(zhì)量能夠滿足通風(fēng)圍阱的氣密性即可。

圖7 彎頭通艙件示意圖（單位：mm）

除此之外，方案2 只需將已裝焊的通艙件割除，再將彎頭通艙件重新安裝到通風(fēng)圍阱上即可，其返工量少于方案1，且不涉及通風(fēng)圍阱增設(shè)工藝孔等問題。根據(jù)風(fēng)管通艙件的安裝位置，在通風(fēng)圍阱壁上進(jìn)行定位和開孔，只要圍阱壁上開孔的單邊尺寸比風(fēng)管通艙件的單邊尺寸大30 mm 就能將風(fēng)管通艙件的彎頭部分延伸入通風(fēng)圍阱內(nèi)。隨后，將已焊有復(fù)板的風(fēng)管通艙件安裝到圍阱上，并在通風(fēng)圍阱外部對復(fù)板進(jìn)行焊接即可。無論是針對新船出圖，還是針對在建船改圖，方案2 的工作量和返工量都小于方案1。此外，因為焊接工藝的要求不同，方案2 不存在通風(fēng)圍阱內(nèi)部難以完成雙面焊的施工問題。

經(jīng)綜合分析，將方案2 的主要特點(diǎn)歸納如下：

1）本方案不受通徑圍阱尺寸的限制，只要風(fēng)管通艙件的彎頭部分可以延伸到通風(fēng)圍阱的內(nèi)部安裝即可，施工人員的工作量較小。

2）本方案中風(fēng)管通艙件不是影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素，只需確保風(fēng)管通艙件和通風(fēng)圍阱焊接后焊縫質(zhì)量滿足通風(fēng)圍阱的氣密性即可。

3）本方案不受建造階段的限制，修改量和現(xiàn)場返工量較小。

綜上所述，方案1 適合用于通風(fēng)圍阱尺寸較大的情況；方案2 不受通風(fēng)圍阱尺寸和建造階段的限制，適用的范圍更廣。

2.2 實船使用效果

由于本船處于碼頭系泊試驗階段，在通風(fēng)圍阱內(nèi)部加裝導(dǎo)流板的返工量較大，且WJ12 圍阱本身的尺寸較小，在內(nèi)部施工困難較大。因此，本船選擇方案2 來解決貯藏艙遇到的通風(fēng)問題。實船測試結(jié)果表明：當(dāng)2 臺排風(fēng)機(jī)同時開啟后，1 甲板貯藏艙的排風(fēng)量明顯得到了改觀（見表2），1 甲板貯藏艙排風(fēng)口的平均實測風(fēng)速達(dá)到了4.8 m/s，貯藏艙的實測排風(fēng)量為1 555.2 m3/h，換氣次數(shù)為43 次/h，貯藏艙的實際排風(fēng)效果可滿足設(shè)計要求。

表2 2 個艙室的實測風(fēng)量

3 結(jié)論

本文提出了一種用于通風(fēng)圍阱內(nèi)部的導(dǎo)流措施。對通風(fēng)圍阱內(nèi)部的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，并對其在實船的應(yīng)用效果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：在通風(fēng)圍阱內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流結(jié)構(gòu)可有效增強(qiáng)通風(fēng)效果。研究成果可為通風(fēng)圍阱內(nèi)部導(dǎo)流措施設(shè)計提供一定參考。