某三用工作船海水冷却系统管系原理设计

王友韶　曾宇东

摘 要：船舶海水冷却水系统是船舶动力装置的重要组成部分，它通过冷却水的循环带走了主机和辅机运转过程中散发出来没有转化为机械能的热量，从而避免了因大量热量的积累而造成的金属疲劳脆化和润滑油的失效。

关键词：动力装置；冷却水系统；热量

中图分类号：U664.814 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0005-02

1 船舶海水冷却系统的用途

船舶动力装置工作时，有大量机械设备要散发出热量，冷却系统的功用就是对需要散热的设备供以足够的淡水、海水、江水或冷却油，进行冷却，以保证其在正常的温度范围内工作。冷却系统一般包括冷却对象如主、辅机、其它被冷却设备以及海水门、阀件、热交换器、海水泵或淡水泵、膨胀水箱等设备。由此可知，冷却管路或者其它管路的设计都不是孤立进行的，它既要考虑本系统内部的联系，又要考虑本系统跟其它系统的联系，要选取合理的设计参数，使系统布置合理，系统工作效率最高，同时使整个动力装置系统管路最短，材料最省，投资最小，这就对动力装置的设计提出了很高的要求。

2 某三用工作船（以下简称“本船”）海水冷却系统中需冷却的设备船舶简介

2.1 船 型

本船有一层甲板，双层底和边舱，甲板可承受5 t/m2的载荷。居住舱室的甲板室设于艏楼甲板，驾驶室设于艏楼顶层。机舱设于艉部，包括两套独立的推进装置，每套装置含有主机、调解离合器和全回转可调桨。主要用于装运泥浆、盐浆、燃油等多种液货和散装货物。

建造数量：2。

入级：LR（英国船级社）。

挂旗：巴拿马（巴西）。

航速：在不使用轴带发电机和吃水4 m以及蒲氏3级风速的情况下，航速不低于15节。

载重吨：本船在吃水6.45 m、海水比重1.025的情况下载重至少4 000 t。

2.2 主要技术参数及数量

2.2.1 船型参数

总长：84.60 m；

型宽：16.60 m；

两柱间长：74.20 m ；1ST甲板高：7.80 m；

肋距：0.60 m。

2.2.2 主要设备

主机（马克）：2 550 kW×2台；

全回转轴桨×2台。

主发电机：600 kW×2台；

应急发电机：100 kW×2台；

水冷式轴发：1 400 kW×2台；

侧推器600 kW×2台

锅炉174 kW×1台

电液式锚缆机2台、绞缆机4台。

克令吊5 t×1台、1 t×1台

DP自动定位系统、干货、液货系统等。

3 本船海水冷却系统的热平衡计算

3.1 冷却系统的流程图

①根据主机厂家资料上的推荐，主机采用闭式循环冷却，即海水冷却淡水。主机海水泵从海水总管吸入海水，分两路，一路进主机然后先后冷却滑油冷却器、淡水冷却器排出舷外，另一路冷却齿轮箱滑油冷却器后排出舷外。主机海水泵发生故障时，也可由总用消防泵应急替代。

②根据主发电机厂家资料上的推荐，主发电机采用闭式循环冷却，即海水冷却淡水。主发电机海水泵从海水总管吸入海水，进主发电机直接冷却，主发电机淡水冷却器后排出舷外。

③主机淡水冷却系统利用主机自带的淡水冷却泵打循环高温淡水经主机自带的淡水冷却器进行冷却。

根据厂家资料绘制的冷却流程图，如图1所示。

3.2 冷却系统的热平衡计算

经查厂家资料，主机和主机滑油冷却器及主机淡水冷却器的热交换冷却水量均为40.5 m3/h，齿轮箱滑油冷却器的热交换冷却水量为10.2 m3/h。发电机淡水冷却器的热交换水量为12.5 m3/h，发电机自带的海水冷却泵的参数为15 m3/h和0.3 m3/h。

4 本船海、淡水冷却系统内各设备及管路的参数和规格

4.1 海水冷却泵

由热平衡计算中可得出海水泵排量为：

Q1= Q2+ Q3=10.2+40.5=50.7 m3/h

其中，Q2=10.2 m3/h表示齿轮箱热交换冷却水量。 Q3=40.5 m3/h表示主机低温水冷却水量。

由于管路阻力比较复杂，要根据实际的管系放样后才能算出。一般情况下，海水泵的扬程都是根据系统估一个经验值。本船根据设备的压降差，扬程估为0.35 MPa。根据以上的计算结果，我们可以选定单台海水泵的技术参数为55 m3/h、0.35 MPa。

4.2 冷却系统管路的选材

4.2.1 此本船冷却水系统中所用管系等级的选择

按照管子的设计压力和实际温度，管子可分为3级，见表2。

表2 管子的设计压力和实际温度

注：

①当管系的设计压力和设计温度，其中一个参数达到表中Ⅰ级规定时，即定为Ⅰ级管系；当设计压力和设计温度2个参数均达到表中Ⅱ级或Ⅲ级规定时，即定位Ⅱ级管系或Ⅲ级管系；

②其他介质是指空气、水、滑油和液压油；

③不受压的开式管路，如泄放管、溢流管、透气管和锅炉放汽管路也为Ⅲ级管系。

根据规范，本船上冷却水系统中的所有管子应为Ⅲ级管系。

4.2.2 本船冷却水系统中所用管系材料的选择及处理

从原则上来讲，各种管子所用管子材料的选择应根据管路的用途、介质的种类和参数（压力与温度）而定。设计时应根据规范的要求，按造船规格书的规定，并以造船成本的核算等方面因素来选用。

各种管路一般均应采用钢质管（无缝钢管或焊接钢管）。

仪表盘应使用无缝铜管。

除钢管外，如船东要求海水冷却管改用镀塑钢管、铜—镍管或铝黄铜管，但应在造船规格书中写明并由经济管理部门核成本差价。

而管子的处理则分为镀锌、涂塑、磷化、涂覆焦油环氧。

因为本次设计没有涉及到船东的特别要求，因此管子的选用只需满足规范即可。考虑到节约造船成本，因此本船的冷却水管均采用镀锌无缝钢管，压力表等仪表盘的接管采用无缝铜管。

4.2.3 海水箱容量的计算

海水箱容量参照公式：每750 kw发动机功率配约1 m3的海水箱容量（此发动机功率为主机功率加上船舶营运所必须的辅发动机功率）

本船的海水箱容积：

V=（1 471×2+122×2）/750=4.248 m3

因此选定本船的海水箱容积为4.5 m3/个，共2个，分布在本船的左右舷。

4.2.4 淡水膨胀水箱

本船淡水膨胀水箱的容量参照主机厂家的推荐，设为0.9 m3，同时主机厂家资料上对于淡水膨胀水箱的高度也有安装要求，要求淡水膨胀水箱的底部要高出主机汽缸盖2～3 m。

同时参照主机厂家的资料，在淡水膨胀水箱的下端接一路通径为25的补水管至主机高温淡水冷却系统上，用于补充主机高温淡水冷却系统中因蒸发而流失的水，补水管规格选用DN25镀锌无缝钢管，尺寸为φ34×2.5 mm。

另外，参照主机厂家的资料，在主机高温淡水冷却系统管路的最高点设置一路透气管接至淡水膨胀水箱，用于整个主机高温淡水冷却系统中的透气，透气管规格选用φ6×1 mm的镀锌无缝钢管。

根据以上计算结果，结合规范和规格书要求用阀件以及一些管路附件将相关设备等完善到海、淡水冷却系统的原理图上，并附以相关技术说明。

5 结 语

由于在设计初期做了比较充分的研究，本船设计合理，分布紧凑，经济性好，赢得了船东很高的评价。

参考文献：

[1] 中国船舶工业总公司.船舶设计使用手册轮机分册[M].北京：国防工业出版社，1999.

[2] 陈铁铭.船舶管系[M].北京：人民交通出版社，2007.

[3] 中国标准化工业委员会.管系附件手册[M].北京：交通科技出版社， 2014.