机舱分散式诱导通风系统设计

杨 勇

（中船邮轮科技发展有限公司，上海 200439）

0 引 言

机舱通风系统的作用是为机舱提供足够的室外新鲜空气，满足机舱内主柴油机和发电柴油机运行对空气的需求，同时将机舱内设备运行散发的热量带走，为机舱内的工作人员提供相对舒适的工作环境。分散式诱导通风系统是指在机舱内布置多台诱导风机，用小的螺旋风管代替原来大的矩形风管的通风系统。该系统能降低能耗，节省成本，在机舱内形成良好的气流组织。分散式诱导通风系统主要由多台小型高压离心风机、射流喷嘴和小的螺旋风管组成，适用于通风管系复杂、需精确控制的这类船舶机舱通风系统[1]。

本文结合实船设计经验，介绍机舱分散式诱导通风系统的设计。通过与机舱常用的风管式通风系统的对比，指出分散式诱导通风系统的优势。针对2种通风系统的优缺点，结合实际工况，对分散式诱导通风系统的设计和使用情况进行说明。

1 机舱通风系统设计

1.1 机舱通风的目的

船舶机舱需具有良好的通风换气系统[2]，以达到以下目的：

1) 提供足量的新鲜空气量给主柴油机和发电柴油机燃烧及散热使用；

2) 给其他散热设备提供足够的冷却空气量；

3) 为轮机人员提供良好的机舱工作环境。

1.2 机舱通风量和机舱送风机的确定

根据ISO8661计算出机舱通风量为127000m3/h，最终确定该项目共采用4台轴流送风机进行机舱通风。先通过主风道向机舱输入足够多的新鲜空气，每台送风机的风量为32000m3/h，静压为450Pa，风机编号为FAN1～FAN4，其中：FAN1主要给机舱上平台内的3台辅发电柴油机提供燃烧及散热用的室外新鲜空气；FAN2主要给机舱上平台内设备（包括辅柴油发电机）的散热提供室外新鲜空气；FAN3主要给机舱中平台及下平台内设备（包括主机）的散热提供室外新鲜空气；FAN4主要给中平台内的主机提供燃烧用的室外新鲜空气。表1为机舱主要设备的参数及其所需风量。

表1 机舱主要设备的参数及其所需风量

为实现对机舱风机的节能控制，当2台辅柴油发电机停止工作时，FAN1可关闭；当3台辅柴油发电机停止工作时，FAN1可关闭，FAN3视情况也可关闭；当主机停止工作时，FAN4可关闭；FAN2应保持常开状态。

按照以往的设计，一般都是通过尺寸很大的矩形厚风管将新风送到机舱各处所，整个通风系统庞大而复杂。将复杂的机舱通风风管系统布置在空间狭小的机舱内一直是难度非常大的工作，需多个相关专业相互协调，否则设计出来的机舱通风系统会占用机舱大量的空间，其风量分配、管路布置、机舱设备布置和通风效果都不理想。

2 机舱分散式诱导通风系统设计

2.1 机舱分散式诱导通风系统

机舱诱导通风系统与机舱送风机系统组成一个完整的机舱通风系统，机舱内无需庞大复杂的送风系统便可形成良好的通风和高效的换气，均匀的气流组织能避免产生通风死角。该系统的工作原理是在机舱内适当的位置处布置诱导射流风机，由机舱诱导通风系统通过多个可转动的射流喷嘴组喷出的定向高速气流，诱导室外送风机将新鲜空气送达机舱内需要通风的各处所，实现最佳的气流组织，达到良好的通风换气效果。机舱诱导通风系统原理图见图1[3]。

图1 机舱诱导通风系统原理图

采用由多台小型离心风机组成的分散式诱导通风系统是为了满足机舱内不同设备及区域对新风的个性化要求。系统中小的螺旋风管连接多个诱导射流喷嘴组，形成分别为主柴油机燃烧、辅柴油机燃烧、机舱设备散热和废气排除配备的专用小型诱导通风系统。这样做的好处是可实现对诱导风机的精确控制，减小诱导通风系统风管的尺寸，减少诱导通风系统风管的数量，更加智能，成本更低。

诱导通风是根据动量守恒原理，利用少量高压空气，通过高速喷嘴向自由空间喷射成束的气流，在气流本身的黏性和湍流横向脉动的作用下，不断诱导和卷吸周围的空气，使射流沿轴线方向的横截面不断增大，带动周围的空气在无风管的条件下沿指定的路线流动，将空气输送到设备区域，诱导比可达20倍以上。空气射流通风系统的空气喷射形式属于等温自由紊流圆射流[3]，其示意见图2。

图2 等温自由紊流圆射流示意

圆形喷口等温射流轴心速度衰减规律的计算式[4]为

式(1)中：v0为出风口平均风速，m/s；vx为射程x处的轴心速度，m/s；K为轴心速度常数；D0为出风口等效直径，m；X为射程，m。

单喷口等温射流诱导比的计算式[4]为

式(2)中：Q0为出风口风量，m3/h；Qx为诱导风量，m3/h；K为圆形喷口等温射流轴心速度常数，其取值见表2[4]。

表2 圆形喷口等温射流轴心速度常数K取值

2.2 诱导风量和喷嘴出风量的设计

以主机为例，主机燃烧所需空气量为28000m3/h，根据机舱的布置，可在距离主机进气口5.0m（射程为X）处布置2个喷嘴（JN018和JN019），主机进气口处能接受的轴心速度vx可定为2m/s，由式(1)和式(2)可推导出喷嘴的诱导风量的计算式为

将K=6.2代入式(3)得出喷嘴的诱导风量Qx= 7 352 m3/h 。喷嘴出风口直径取100mm，根据式(2)可得出每个喷嘴的出风口风量为456m3/h，设计取喷嘴出风口风量为500m3/h，喷嘴出风口风速为17.7m/s。

另外，可在距离主机进气口3.5m（射程为X）处布置3个喷嘴（JN020、JN021和JN022），主机进气口处能接受的轴心速度vx可定为2m/s，将K=6.2代入式(3)得出Qx=4705m3/h。喷嘴出风口直径取80mm，根据式(2)可得出每个喷嘴的出风口风量为255m3/h，设计取喷嘴出风口风量为300m3/h，喷嘴出风口风速为16.6m/s。

由此可见，5个喷嘴总的诱导风量为28819m3/h＞28000m3/h，满足主机对燃烧空气的要求。将这5个喷嘴连接在高压离心风机JF005上，组成一个小型的诱导通风系统，专门为主机燃烧供气，诱导风机的风量为1900m3/h，风机静压取500Pa。风机可与主机进行智能联动控制：当主机开时，该诱导风机打开，给主机燃烧提供空气；当主机停时，该诱导风机关闭，达到节能的目的。

最终根据机舱的布置和设备类型，在机舱内布置由5台小型离心高压诱导风机组成的机舱分散式诱导通风系统，诱导风机和可转动式射流喷嘴组的连接布置及功能分配见表3。

表3 诱导风机和可转动式射流喷嘴组的连接布置及功能分配

采用分散式诱导通风系统之后，机舱通风系统变得更加简单有效。图3～图5为分散式机舱诱导通风系统布置图。

图3 机舱上平台分散式诱导通风系统布置图

图4 机舱中平台分散式诱导通风系统布置图

图5 机舱下平台分散式诱导通风系统布置图

在采用分散式诱导通风系统技术的机舱通风系统中，机舱送风机直接将室外的空气送到机舱的每个平台中即可，分散式高压离心诱导通风机将其中一部分空气吸入空气射流通风管路中，并通过连接在系统管路上的小口径高速螺旋风管和射流喷嘴将其吹到机舱内的各处所。从射流喷嘴高速喷出来的空气将引导机舱送风系统送出来的新鲜空气到达通风设计所需的任何位置，并将分布不均的停滞空气团或浑浊厚重的油性气体带走。布置在上平台艏部顶端的喷嘴也可将机舱内的上升热气流从烟囱排出机舱。

3 结 语

本文对机舱分散式诱导通风系统的设计进行了详细介绍和说明，并结合实际项目经验说明了该系统在船舶机舱通风系统中的设计和使用情况。与常规机舱通风系统采用庞大的矩形风管系统相比，该系统采用的风管系统的尺寸大大减小，管路更为简洁。机舱诱导通风系统在设计、通风效果、费用、节能、维护和控制等方面都具有一定的优势，将逐渐得到应用。分散式诱导通风系统能使机舱通风更加智能化，可控性更高。在船舶智能化发展趋势下，分散式诱导通风系统是一个比较理想的机舱通风方案。