2 200 t起重船机舱风机选型计算

曹辉　杜恒　周成秀

摘    要：本文基于我司设计建造的2200t起重船实例，通过计算机舱设备燃烧及散热所需空气量，分析整个机舱所需空气量;同时根据机舱风管布置，考虑最远支管送风情况，分析末端的送风压力损失和烟囱排风损失，计算风机的压力损失，从而选型出机舱风机所需风量和静压。

关键词：风机;换气次数;散热;燃烧;压力损失

中图分类号：U662.2                                文献标识码：A

Calculation of Engine Room Fan Selection for 2 200 t Crane Ship

CAO Hui， DU Heng， ZHOU Chengxiu

（ China Merchants Heavy Industry （Shenzhen） Co.， Ltd.， Shenzhen 518054 ）

Abstract： Based on the 2 200 t crane ship designed and built in our company， the amount of air needed for the whole engine room is analyzed by calculating the amount of air needed for heat dissipation and combustion in the engine room. At the same time， according to the engine room air duct layout， considering the farthest branch pipe air supply situation， the air supply pressure loss of the end and funnel exhaust loss are analyzed， the fan pressure loss is calculated， so as to select the engine room fan required air volume and static pressure.

Key words： Fan; Air change ratio; Heat dissipation; Combustion; Pressure loss

1     前言

我司建造的2 200 t非自航起重船，入級CCS。本船建造分两个阶段：一期工程为建造L型臂架起重船，采用钢质、箱形船体、纵骨架式、单甲板、局部双层底结构、简单线型，配备双L型臂架变幅桁架式起重机一台，额定起重量为2 200 t，作业区域为中国及东南亚沿海，主要用于澳门澳氹大桥桥梁钢箱梁及墩身帽的吊装工程;一期吊装工程结束后，二期工程为返厂改造成直臂架起重船。

本船3台主发电机组和2台停泊发电机组均布置在同一机舱内，为保证机舱内机器设备正常工作及散热换气需要，机舱需要设置机械强制通风。鉴于机舱布局情况，拟采用2台风机机械送风到机舱，通过风道布置送风至机舱各处，同时将浑浊的高温空气通过烟囱排向大气。

2    机舱通风量估算

机舱通风参照《ISO 8861-1998造船柴油机船舶机舱通风设计要求和计算基准》进行估算。鉴于停泊发电机组与主发电机组在同一机舱内且不存在同时工作工况，故停泊发电机组通风量不需列加估算。

2.1   机舱相关数据

机舱容积V=25 mx24 mx6 m=3 600 m³;

主发电机组 3台，每台柴油机额定功率 1 600 kW;

停泊发电机组2台，每台柴油机额定功率 200 kW;

最高室外空气温度45 ℃、相对湿度50%，最低室外环境温度为-10 ℃。

2.2   通风量估算

（1）按换气次数估算：

Q=n*V=108 000 m³/h

式中：n--换气次数，取n=30;

V--机舱容积，V=3 600 m³。

（2）按设备燃烧及散热所需总空气量估算：

Q₂=q_c+q_h=102 876.7 m³/h

式中：q_c–设备燃烧所需空气总量（m³/h）

q_c=q_dg+q_b

q_dg—主发电柴油机燃烧所需空气量，q_dg=33711 m³/h

q_b—热水加热器燃烧所需空气量，q_b= 694.7 m³/h

q_h—设备散热所需空气总量

q_h= VW/（ρ×c×Δt）-0.4 q_dg-q_b= 68 471 m³/h

W—机舱设备总的散热量

=W₁+W₂+W₃+W₄+W₅+W₆ = 327.53 kW

W₁—主发电柴油机散热量，W₁=76 kW;

W₂—单台主发电机散热量，W₂=4 kW;

W₃—热水加热器散热量，W₃=2.53 kW;

W₄—排气管散热量，W₄=25 kW;

W₅—热交换器散热量，W₅ =～20 kW;

W₆—机舱电气设备散热量，W₆=～40 kW;

c —气比热容，c=1.01 kJ/（kg·K）;

Δt—空气流经机舱的温升，Δt =12.5 K。

（3）Q≥1.5qc

2.3   机舱总风量要求

（1）按换气次数计算

Q₁=108 000 m³/h

（2）按设备散热及燃烧所需的总空气量计算

Q₂ =q_c+q_h=102 876.7m³/h

（3）Q₃≥1.5q_c=51 608.55 m³/h

比较三者中的较大值，按换气次数计算所需空气量较大，因此选取Q=Q₁=108 000 m³/h，设置风机2台，每台流量54 000 m³/h。

3     机舱通风系统布置

本船，机舱棚的通风尺寸为3 000 mmX6000 mm，考虑主机、停泊机及锅炉等设备的布置情况，其机舱风管的风口多布置在这些设备下方或侧方，详见图1和图2。

4     机舱通风阻力估算

4.1   机舱棚阻力△P1

从机舱棚主甲板至D甲板为矩形风管，每层平台按照平面开孔模型确定局部阻力系数;平台与平台之间空间流通截面积假定无变化，仅存在流动沿程阻力损失。

（1）主甲板风道阻力见表1。

（2）A甲板风道阻力见表2。

（3） B甲板风道阻力见表3。

（4） C甲板风道阻力见表4。

（5） 烟囱局部阻力见表5。

因此，从主甲板至烟囱顶百叶窗出口，机舱排风总阻力为：

△P₁= 46.1 Pa

4.2   送风风管阻力

根据图1，选取最远管路进行阻力计算：

△P₂ =ρx ξ x ω²/2

（1）水平支风管及通风栅阻力（以右舷支管3为例），

△P_2.1= 335.5 Pa

（2） 垂直结构风管阻力

△P_2.2 = 112.4 Pa

因此，机舱通风送风管及机舱棚排风管总阻力△P2 为：

△P₂=△P₁+△P₂=494 Pa

5     机舱通风设备选型

（1）初步选型

根据上述计算结果：

（1）送排风风道阻力为494 Pa，机舱最远端保留余压50 Pa，故机舱风机静压至少应为546 Pa;

因此，根据通过对风机厂家设备进行对比，初步确定设备选型为机舱送风机2台，规格参数如下：

型    式  立式轴流式

流    量  54 000 m³/h

压强  580 Pa

（2）最终选型

根据船东要求将风机设计为可以进行两档风速调节的风机，故設备最终选型为机舱送风机2台，规格参数如下：

型    式  立式轴流式

流    量  54 000 m³/ h / 27 000 m³/ h

压强  580 Pa / 310 Pa

6     结束语

该船已经顺利交付，经过现场调试和检验，该船的通风系统布置、设备选型能够满足业主的使用要求，安全稳定的运行。

参考文献

[1] ISO 8861-1998造船柴油机船舶机舱通风设计要求和计算基准.

[2]刘启铭，闫秉政.船舶机械通风设计和建造的相关分析[J].船舶物资与市场，2021，29（08）.

[3]宋宏.船舶舱室通风系统的设计与优化[J].中国水运（下半月）.2020，20（8）.