舰船海水冷却系统剖析与优化改进

2018-11-29王利伟谷家军

船电技术 2018年11期

关键词：冰区通海闸阀

王利伟，谷家军，谢宽

舰船海水冷却系统剖析与优化改进

王利伟1，谷家军2，谢宽1

（1. 91404部队，河北秦皇岛 066001；2. 91910部队，辽宁大连 116000）

为保证热部件温度不致过高而影响正常工作，必须及时而有效地采用海水连续流经受热部件进行冷却，以保证他们在正常温度范围内安全可靠地工作，通过对某型舰船冷却系统的剖析，找出存在的问题，提出海水冷却系统的优化方法与措施。

海水冷却系统通海阀箱冰堵

0 引言

一些机械设备在正常运行中不断产生热量，这些热量必须及时散发，否则发热件温度将继续上升，以致超过容许的限度而破坏机械设备的可靠性。作为船舶保障系统的主要组成部分，水面舰船海水冷却系统是保障水面舰艇主要武器装备正常运行、舰艇连续航行的关键要素之一。海水冷却系统一旦出现故障，在一定环境条件下，无法提供满足要求的循环水，就会对舰船的安全运行及航行构成威胁，严重时导致作战能力丧失，舰船进入冰区前一定要做好相应防范措施，图1为恶劣冰区环境[1-3]。

1 海水冷却系统组成及功用

水面舰艇海水冷却系统通过提供循环海水，带走舰艇主要系统设备工作时产生的大量热量，降低主要系统、设备稳定工作的温度环境，为水面舰艇连续航行、作战提供保障。新型水面舰艇海水冷却系统包括主副机海水冷却系统和全舰海水冷却系统两大部分，主副机的海水冷却系统一般由通海阀箱、海水泵、滑油冷却器、淡水冷却器、增压器、滑油冷却器及空冷器等组成，主要向动力系统和发电机组提供循环的海水；全舰海水冷却系统由通海阀箱、海水泵及各被冷却装置的海水循环系统组成，主要向全舰空调柜机、雷达水冷机柜、部分机电设备提供循环的海水。

图1 “雪龙”号科考船冰区航行

2 某型水面舰艇海水冷却系统剖析

该型舰采用柴油机动力装置，各舱之间通过海水管系与各自的左右舷通海阀箱相连通。主机海水冷却系统包括机带海水泵、备用海水泵、滑油冷却器、淡水冷却器、通海阀、滤器和闸阀等，系统工作时海水泵将海水自通海阀、滤器、闸阀进入海水总管，再进入滑油冷却器和淡水冷却器后汇集于总管后排至舷外，温度调节器自动调节冷却水的流量，使滑油温度和进入柴油机的淡水水温在允许范围内，该冷却管路原理图如图2所示。

图2 主机海水冷却管路原理图

3 影响海水冷却系统稳定工作的主要要素分析

从上述对某型舰船海水冷却系统剖析及海水循环流程分析可见，制约海水冷却系统稳定工作的关键部件包括管路上阀门，海水泵，过滤器等[4]。

3.1 调节及控制附件

舰船海水管路上的调节、控制附件主要包括通海阀、闸阀和截止止回阀，其中通海阀为船底的进水阀，控制船外海水进入船内，以供船上清洁卫生和冷却机器等用；闸阀只能全开和全关，不能作调节和节流，用于截断或接通管路中海水介质，闸阀的材料有铸铁、铸钢和铸铜等，闸阀普遍存在漏水或生锈现象，应用在自来水、污水、建筑、电力、船舶、冶金、能源系统等管线上作为调节和截流装置使用；截止止回阀的阀盘并不随着阀杆的升降而升降，而是由带有止动突肩的阀杆松插在阀杆的导孔中央，是具有截止和阻止工作介质逆向回流双重作用的阀件，制造阀体的金属材料有铸铁、铸钢和青铜等，依靠海水介质本身流动而自动打开、关闭阀门，常见故障有阀瓣打碎和介质倒流，截止止回阀用来防止海水介质倒流、防止泵及驱动电机反转。各附件性能及适用范围如下表1所示。

3.2 海水泵

海水泵提供海水循环的动力，一但出现问题，通常会影响到海水冷却系统的冷却效率；严重时会导致主动力装置停机，舰船直接失去动力。船用海水泵的产生的泄漏问题最为常见，通常小型离心泵的泄漏是由于轴封失效而产生的。海水泵轴封主要有填料函密封和机械密封两种，如图3、图4所示。造成这种现象的原因多是海水不清洁，含有泥沙，颗粒状的硬质颗粒进入动、静环之间造成磨料磨损形成的，我国东海海域较为突出。

图3 填料函密封图

图4 机械密封图

3.3 海水滤器

海水滤器主要用在海水泵的吸入管路上，以防止海水中的杂质[5]进入泵内，以保证系统中的机械和设备正常工作。在水面舰船处于浮冰区，因海水冷却系统连续吸入海水，船底海水进水口滤器很容易被冰凌堵塞，海水冷却循环系统受阻，造成机器高温停车，这时舰员采取关闭海底阀的措施，清洁海水滤器，但是由于海上浮冰较多，刚刚清理的海水滤器很快就会被冰凌再次堵塞，再次造成主机高温停车。大量碎冰会冰堵通海阀箱中滤器，打开海底门的闸阀就会冰堵其对应的滤器，致使该水面舰船无法机动。

4 海水冷却系统的典型优化

4.1 双海水循环系统优化

海水冷却系统采用循环水舱，在浮冰期之外季节，使用原海水系统，海水经海底阀从舷外吸入，完成冷却任务后再从舷侧排出，形成开式循环；到了浮冰海域，将系统转换成增装的海水系统，海水从压载舱吸入，完成冷却任务后再回到此压载舱，形成闭式循环，以保证主机及辅助设备的正常工作。以图1主机海水冷却系统为例进行双海水冷却系统[6]改进设计，具体原理布置图如图5虚线部分所示。

图5 主机双海水冷却系统改装原理图

4.2 蒸汽吹洗管路优化

蒸汽吹洗管的作用是通过蒸汽或压缩空气对附在格栅上的杂物吹洗干净，吹洗管阀通常是设置在吸入箱的顶板上。现有基础上，在原海水系统基础上加装海水蒸汽吹洗管路[7]，可进行脏堵和冰堵的吹除，吹洗管的管材要用加厚无缝钢管，口径一般为DN25-32，通过现场取样弯制，使其喷嘴正对着格栅中心进行吹洗，具体原理布置图如图6虚线部分所示。

图6 主机蒸汽吹洗管路加装原理图

5 结束语

目前，芬兰、俄罗斯、美国、加拿大、我国海军的破冰船，“雪龙”号科考船，均采用双海水系统设计，可以满足冰区作业的要求；某型舰艇经加蒸汽吹洗管路定型后，满足浮冰区安全航行的要求[8-11]，提高了舰艇机动的有效保障能力，目前我国新造舰船也考虑在自洁式过滤器方面进行优化改进，以适应舰船在不同的作战环境，提高舰船的不同海区的作战适应能力。

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The Analysis and Optimization of Marine Seawater Cooling System