在航状态下船用离心通风机的改装修理

王小伟，裘达夫

(91872部队上海研究室，上海 200083)

0 前言

上世纪80年代设计建造的大多数船舶还在服役，某型船的通风系统设备老旧，铭牌上看到的生产日期基本上都是1978－1979年，有些参数在铭牌表面无法看出 (氧化后已无痕迹)。由于年代较远，经多次保养修理后，目前只能维持运行状态，振动、噪音偏大。据修船厂反映，这种机型的配件，原生产厂家早已停止供应。风机的“转子”几次修整后，原来的动平衡指数早已不能保留。电机是“JO”系列的老型号，国内早已不生产，因此只能任其高振动、高噪音运行。风机运行时的振动和噪声既影响舰员的生活，也影响舰艇战术技术性能的发挥。

针对这种情况，我们经过5年的技术攻关，成功研制了“CLQY”系列新型高效低噪声通风机，2009年通过了技术鉴定，在近10艘船上试用，取得良好的效果。目前已经成为一个能全面适应水面舰船离心通风机换装替代的机种群体，功率配置从0.12～22 kW18个机型、32个不同规格的机种，与同类规格的老式离心通风机相比，空间体积缩小25%以上，质量减少近30%，能耗降15%以上，振动小，噪音低，功率3 kW以下的小型无机座型式，安装简捷，均可采用金属件中间接口消除渗漏、风阻，提高通风效果。

2011年上半年，我们对某型号舰船所有24台离心通风机进行了改换装修理，对通风管路接头进行了更换，取得了良好的效果。

1 新型高效低噪声通风机简介

1.1 新型风机结构

整机结构设计方案的目标是降低噪声、减小振动、提高效率，减轻质量、缩小体积。为了有效地缩小通风机的空间体积，结构造型是关键。按GB/T 3235－1999标准中的规定，选取以“A”型结构作为研制设计的版本。保持“A”型结构中电机与叶轮直接连接的基本格局，采用将电机嵌入组装新颖的结构设计方案，设计出新型的离心通风机，实现空间体积缩小约25%左右、质量平均减少30%以上的目标，如图1所示。

图1 电机嵌入风机壳体内部的新型风机结构示意图

1.2 新型风机转子质量与力矩平衡设计

新型风机结构是电机、壳体、叶轮盘三位联装，电机与叶轮的总质量轴向分布，以法兰盘为中心达到静止状态下的质量平衡 (见图2)，电机法兰盘再与风机的后盖安装组成风机总体 (设计中已确定对应位置)。当风机启动后，叶轮处于高速运转状态下，此时运转力矩与轴向的质量平衡达到理论上的平衡点，振动才会最低，机械振动噪音也随之相应降到最低。在静止状态下，电机保留在风机壳体外部的重量W2，相对于安装电机的固定点O产生的力矩必须与电机伸入风机壳体的重量W1和叶轮的重量W3相对于O所产生的力矩相等，才能实现静止状态下平衡。即

但是，当风机运行起来后，由于叶轮高速旋转，入口与出口空气存在压力差，叶轮产生与轴垂直的升力，从而相对于安装点O产生力矩 ，从而打破了公式 (1)的平衡，产生机械振动。因此我们在设计时采用适当的修正系数，调整公式 (1)中的W2和W1的比例关系，使其达到力矩平衡临界点，保证了风机的平稳运行。

图2 风机电机与转子力矩平衡示意图

1.3 新型风机蜗壳设计

蜗壳的作用是将离开叶轮的气体导向蜗壳出口，并将部分动压转变为静压。蜗壳内的气流十分复杂。气体沿着蜗壳流动的同时，不断有气体从叶轮进入蜗壳，即气体边流动边混合，此外叶轮出口气流的不均匀性和气体黏性的影响使蜗壳内的流动更加复杂。蜗壳型线的设计不仅直接关系到蜗壳内的流动损失，还对前面叶轮的气动性能有反影响。由于与多叶风机配套的传统蜗壳曲线造成风机壳体尺寸太大，而且蜗舌与叶片间距不合理，造成气动噪声大，因此，研究提出了新的蜗壳曲线，采用修正系数的阿基米德螺旋线，经过反复试验，修正系数得到了较为理想的蜗壳曲线，有效地降低风机运行的气动噪声，并提高风机的效率。

针对舰用通风机振动、噪声大、效率低等问题，对通风机的结构进行创新设计，研制出了新型高效低噪声通风机，其运行时噪声比同等功率机型低5～6 dB(A)，其体积比同等机型缩小30%以上，质量比同等机型轻30%左右，功耗比同等机型降低20%以上。新型风机经过国家权威产品质量监督检验机构检测，各项性能指标符合GB/T 11865－2008《船用离心通风机》的要求。

2 在航状态下全舰通风机的改换装

修理的舰船因为任务提前出厂，我们必须在舰船在航状态下进行改装修理。在航状态下通风机的拆装，必须通过狭窄的舱门，而不能像厂修那样可以割开舱板，便于大型设备的进出。而且通风系统原设备老旧，通风机体积庞大、笨重，特别是前后空调的4台17.5 kW的大型离心通风机，必须切割分体后才能从舱门中取出。同样，新型的通风机虽然体积相对于旧风机缩小30%左右，但还是不能整体进入舱室，特别是前后空调和主机舱的通风机，必须分体后才能进入。

针对舰船现场状况，在通风机的生产制作过程中，对大功率机型的主要部件 (机壳、电机、机壳座3大组件)以组件方式生产或单元零部件(通用、互换性强)达到运输及现场安装的轻便简捷，容易进入舰船的各部位。所有的进、出口中间过渡接口件、配对预制或散件形式，在现场焊接组装十分方便 (3 kW以下整机在人力作用下，可任意进入各个工位)。

按调研中的现场状况一一对号入座，相应换装，大功率的通风机选型如表1所示。

表1 大功率通风机选型

将配制的对应机种按顺序从小到大 (设定编号顺序)按下列工艺方式实施:拆除原设备→清理现场工作面→船体风管的进出口清理维护处理→配装对接接口→风机部件组装→调试运行。

通过以上的准备阶段至实施过程操作，在正常情况下，整船离心通风机的换装修理工期控制在14个工作日内完成，实现在航舰船、系泊期间同样能实施换装施工的目的。

3 结论

新型离心通风机的换装目的主要是改善舰员生活与工作环境，舰员的身体健康是保证战斗力的因素之一。通过换装后达到的基本技术指标与改装前比较，环境噪音大功率机组平均下降3～5 dB(A)，小功率机组平均下降6～9 dB(A)，实现了降耗15%、总装机质量减少30%的目标，风机的运行振动现象得到彻底改变 (新型风机的振动值大功率机型最大≤1.8 mm/s，最小仅0.045 mm/s)。

［1］成心德.离心通风机 ［M］.北京:化学工业出版社，2006.

［2］GB/T 11865－2008，船用离心通风机 ［S］.

［3］GB/T 16301－2008，船舶机舱辅机振动烈度的测量和评价 ［S］.

［4］聂能光，等.风机节能与降噪 ［M］.北京:科学出版社，1990.