舷侧排气系统在某船的应用

杨亚男，郭 建，方雄伟

（1.沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129；2.中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011）

舷侧排气系统在某船的应用

杨亚男1，郭 建2，方雄伟2

（1.沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129；2.中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011）

舷侧排气是一项较新颖的机舱排气方式，该技术对加强船舶的红外隐身能力和优化露天甲板设备的布置都有积极的意义，在国内传统产品设计中尚未推广应用。本文介绍了舷侧排气系统的组成和功能，并从电气控制的角度阐述了舷侧排气控制和监测装置的设计和功能特点，通过实船说明舷侧排气系统的配置和应用。

舰船设计；舷侧排气系统

0 引言

随着雷达、水声、红外等探测技术的发展，以及精确制导武器性能的提高，舰船的隐身性能越来越为各国海军所重视。良好的隐身性能不仅能在现代海战中有效地保护自己，更重要的是可以做到先敌发现和先敌攻击。舰船烟道表面和排气烟流的红外辐射信号占全船辐射信号的 99%，所以红外隐身具有特别重要的意义。作为舰船红外隐身的主要措施之一，舷侧排气是一项较新颖的机舱排气方法，去掉烟囱，采用横向输送管系统来代替传统烟道用于排放热废气，将海水注入排气导管之内来冷却废气，且排气管口的位置位于舷侧水线之间或以下，因此排出的废气几乎被海波所掩盖，大大提高了舰船的红外隐身能力，同时也节省了露天甲板空间。

1 舷侧排气系统的组成和功能

1.1 主要组件

以主机的舷侧排气系统为例，单台主机舷侧排气系统见图1，对应系统中主要组件的名称见表1。

图1 主机舷侧排气系统

表1 主机舷侧排气系统主要组件

舷侧排气系统在设计和布置均已考虑保证船体横倾45度以内时，海水不会倒灌进主机中。实船中因为后主机舱柴油发电机组的布置位置相对主机更远离船舯，因此将舷侧排气管路设计成如图2的鹅颈管形式，以确保在指定最大船体倾斜角度内海水不会倒灌。

图2 后主机柴油发电机组舷侧排气系统

1.2 主要组件功能及特点

1.2.1 冷却海水系统及喷射器

冷却海水系统及喷射器用于将海水喷射到排气管内来冷却主机排放的废气，同时减小热膨胀的废气体积，在较短的距离内将温度超过550度的废气降排出。排气总管和1、2号排气管采用不锈钢材质，而从初级喷射器开始到出口管，所有的部件都是用钛制造，因为废气残渣和海水混合物具有强腐蚀性，钛可以很好的耐受这种介质的腐蚀，同时钛对海水喷射系统的高温有良好的耐受性。图3为前右主机舷侧排气系统布置图，可以看出，从海水喷入点开始，排气系统就呈持续向下倾斜的趋势，以保证海水能够靠重力自行排出而不需要配置辅助设备，同时还将排气管口中线大致布置于舷侧水线位置，使排出的废气半掩半露在海波中。

主机舷侧排气系统配有专用的冷却海水泵，柴油发电机组舷侧排气系统的冷却水来自于柴油发电机组的冷却海水回路。所有舷侧排气系统的备用冷却海水均来自于全船消防水管路。

图3 前右主机舷侧排气系统布置图

1.2.2 热绝缘

海水喷射系统上游所有的组成部件和排气管都包覆有热绝缘材料，以保证系统表面温在安全温度60度以内。

1.2.3 导流帽

为了最大程度减少在航行中海水冲击舷侧排气管口而导致的柴油机排气压力振动，所有的排气管口都装配了导流帽，通过与排气管口一体的投入式法兰安装在船体舷侧。

1.2.4 排气阀/海水泄放阀

排气阀/海水泄放阀都分别设置了气动执行装置，可在舷侧排气监测控制系统失效时手动越控操作。在舷侧排气系统不使用的情况下，排气阀关闭，海水泄放阀打开；在主机起动前，要打开排气阀，关闭海水泄放阀。

1.2.5 弹性支架

整个舷侧排气系统弹性悬浮安装，以避免设备可能受到的振动损伤，通过钢丝绳减震器将舷侧排气系统组件专用支架和船体支架连接在一起，弹性专用支架的设计严格按BV045/85抗振要求计算。

1.2.6 舷侧排气监测控制装置

舷侧排气监测控制装置主要由机旁控制箱LOP和逻辑控制器PLC组成，安装在主机/柴油发电机组的机旁位置。以主机为例，主机运行时，舷侧排气监测控制装置根据主机运行工况遥控调节舷侧排气的冷却海水喷射量，根据主机实时负荷调节海水流量调节阀开度。该调节阀由舷侧排气监测控制装置遥控的同时，本地配有手动越控装置。

舷侧排气系统的排气背压、排气温度、冷却海水压力等传感器安装在舷侧排气的相应位置，监测控制装置实时采集传感器信息用于舷侧排气的控制和系统参数的越限报警。电气相关部件具体位置见图4。图中主要传感器的名称如下：

图4 舷侧排气系统传感器布置图

2 舷侧排气系统的使用

2.1 控制和安全

2.1.1 舷侧排气系统的操作模式

1）正常模式：按设定运算程序控制调节阀；

MECMAR公司通过测量主机不同功率下冷却海水流量与排气温度等相关的参数数据，计算出不同主机功率下保证舷侧排气系统表面温度不超过60度所需的冷却海水流量，最终得出主机功率-冷却海水流量理论曲线如图5左图，并将该曲线设为舷侧排气监测控制装置的初步运算参考曲线。

在实船使用中，通过调试和系泊航行试验的验证，如排气温度有偏差，可以根据实际运行情况，通过手动调整海水调节阀来使排气温度到达要求值，从而参照海水调节阀的开度修改检测控制装置中预设的参数来调整完善该曲线，调整后的曲线大致会如图5右图。

2）应急模式：手动越控操作调节阀来控制海水流量。

图5 主机功率-海水流量理论曲线和实际调整后曲线

2.1.2 舷侧排气系统起动、停止程序

舷侧排气系统的起动程序用流程图表示较清晰，见图6；停止程序较简单，在设定的延时后关闭排气阀、海水调节阀，打开海水泄放阀，停止电动海水泵。

当舷侧排气系统的排气阀未打开和海水泄放阀未关闭，且海水调节阀进口压力小于设定值，主机无法起动，因此需舷侧排气监测控制装置采集这三个信号，经监测控制装置PLC处理判断满足要求后，输出一路“Ready to Start允许起动”信号到主机机旁控制系统。

舷侧排气系统的排气背压指的是柴油机排气管后的压力，可以理解为排气气流的阻力，当排气阀未打开时，会导致排气阻力增加排气背压升高，排气效率降低，严重时会影响柴油机的正常工作，排气背压过高时需输出安全停车信号给主机。主机运行时如果排气阀打开信号消失，舷侧排气监控装置也会输出安全停车信号给主机。

排气阀和海水泄放阀的开关状态经监测控制装置PLC处理后送至主机监测控制系统，当监测控制装置故障时，排气阀和海水泄放阀处于非工作状态，即排气阀关闭，海水泄放阀打开，主机无法起动。在后续阶段 MECMAR改进了设计，在排气阀和海水泄放阀处各增加一路开闭状态开关量信号输出至主机监测控制系统，同时两个阀都配置了手动越控装置，在监测控制装置故障情况下，可以手动通过气动执行机构调整两个阀的开闭状态，实现主机的应急起动。

另外冷却海水调节阀也可以手动越控调整阀的开度，进而控制排气温度，保证了系统的正常工作。即使在应急状态下，海水调节阀未打开，主机仍可以在低工况下运行。

2.2 监测和报警

在监测控制装置运行时，表2中的各项参数都实时监测显示在LOP的人机界面上，同时设有重要参数的越限报警，每套舷侧排气系统监测控制装置LOP界面上的系统外形图像页面各不相同，均参照实船各舷侧排气系统LOP操作部位的视角设计，更加直观和形象，在IPMS操作站电脑页面里将各LOP人机界面集成为相应的舷侧排气MIMIC图，以主机为例，见图7。

图6 舷侧排气系统起动程序流程图

表2 舷侧排气系统主要监测报警点

图7 IPMS-MIMIC舷侧排气电脑页面图

3 结束语

舷侧排气系统在首制船上已调试应用，并实现了监测控制功能，船东、船检对此功能的设计相当满意。总结舷侧排气系统在实船的应用和监测控制功能实现，可以为掌握国外先进设备的设计方法和提升国内装备水平打下理论基础，希望也能为今后舷侧排气系统的推广应用中提供借鉴。

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Application of Side Exhaust Gas Systems on One Ship

Yang Ya-nan1，GUO jian2，FANG Xiong-wei2
(1.Hudong-zhonghua shipbuilding (Group) Co.,Ltd.,Shanghai 200129,China; 2.Marine Design & Research Institute of China,Shanghai 200011,China)

Side exhaust gas system is a new type of exhaust method.It has obvious advantages in promoting the ability of infrared-stealth and optimizing the arrangement of the open deck equipments.However,it has not been applied widely in the conventional marine design project.In this paper,the composition and function of the side exhaust gas system is introduced.From the electrical point of view,the design rules and the characters of the control and monitoring device of the system is introduced.The arrangement and application of side exhaust gas system is described via a real marine ship example.

ship design,side exhaust gas system

U664

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.04.012

杨亚男（1984-），女，工程师。研究方向：电气原理设计。