于揚春，蔣烈文

(上海船廠船舶有限公司，上海 200082)

0 引言

艙底水系統(tǒng)是船舶的重要組成部分，其功能是將艙底積水排出舷外（機器處所的艙底水經(jīng)過處理后排出），而且在應急情況下，依靠它來排出由于船體破損而大量進入的海水。公司為德國漢堡公司建造的3800箱集裝箱船是按德國勞氏船級社(以下簡稱“GL”)規(guī)范建造，根據(jù)輪機工程手冊，艙底水泵的壓頭（揚程）一般為0.2MPa～0.3MPa，大型船舶艙底水泵的壓頭為0.5MPa，而兼著消防泵時其揚程一般為0.5 MPa～0.8MPa（50m～80 m）[1]。本文通過該船實船方案設(shè)計階段的分析，對艙底水泵選型進行了計算和分析。

1 技術(shù)參數(shù)

本船垂線間長Lpp為228m，船寬B為37.30m，至艙壁甲板的型深D為19.60m。

2 艙底水泵選型計算

2.1 艙底水泵數(shù)量及流量確定

根據(jù)GL船級社規(guī)定：

其中，d1為艙底水總管的計算內(nèi)徑。因此，d1=211.9mm。取艙底水總管φ273×9.5mm。

2.2 艙底水泵的排量

每臺艙底水泵必須能傳送：

其中，Q為最小排量，m3/h；dH=d1為艙底水總管的計算內(nèi)徑，mm。

根據(jù)規(guī)范，一般大于2000總噸的貨船選擇兩臺獨立驅(qū)動的有自吸能力或帶自吸裝置的艙底泵。故該船選取兩臺獨立動力帶自吸裝置的艙底水泵。

2.3 艙底水泵的壓頭計算

泵是用來提供液體機械能的一種機械，按用途可以分為輸送液體為主的輸送泵和以能量傳遞為主的液壓泵。艙底水泵作為一種輸送泵，其揚程選擇主要是由總流能量方程（伯努利方程）來確定，具體如下：

其中：

位置高度z是給定值；重度γ可根據(jù)密度ρ由公式γ=ρg計算得出；流速v可由流量Q和管徑d得出:；沿程水頭損失;局部水頭損失；動能修正系數(shù)α在紊流時通常為1，層流時則為2，由于層流的情況比較少，故工程上通常取為1。

因此，泵所產(chǎn)生的揚程主要是用于克服吸、排管路間的壓力差 、高度差 與管路阻力∑h，即：。

3 管路阻力的計算

3.1 液流流態(tài)判斷及沿程阻力系數(shù)的確定

沿程阻力系數(shù)通常與流態(tài)、壁面狀況、斷面特性等因素有關(guān)。液流流態(tài)是通過雷諾數(shù)來判斷，雷諾數(shù)為：

其中，v為管道中平均流速；d為管道直徑； 為運動粘度。

臨界雷諾數(shù)為：

由于臨界流速有兩個，因此臨界雷諾數(shù)也有兩個，即上臨界雷諾數(shù)和下臨界雷諾數(shù)。試驗發(fā)現(xiàn)上臨界雷諾數(shù)易受外界干擾，數(shù)值不穩(wěn)定，下臨界雷諾數(shù)卻是個比較穩(wěn)定的數(shù)值。因此一般以下臨界雷諾數(shù)作為判別流態(tài)的標準，試驗得到管流的下臨界雷諾數(shù)為Rec=2320。

當管中Re小于Rec時，管中液流為層流；當管中Re大于Rec時，管中液流為紊流。圓管的沿程阻力系數(shù)λ的確定分以下三個區(qū)進行[4]：

1）當Re小于2320時，液流流態(tài)為層流，沿程阻力系數(shù)λ=64/Re；

2）當2320≤Re≤4000時，流態(tài)不穩(wěn)定，處于臨界狀態(tài)，流態(tài)由層流開始轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?，沿程阻力系?shù)由扎依欽科經(jīng)驗公式求得λ=0.0025Re1/3；

3）當Re不小于4000時，流態(tài)為紊流，沿程阻力系數(shù)由柯列布魯克公式求得：

其中，△為管材當量粗糙度。

3.2 局部水頭損失計算

各種局部阻力損失的形式雖然不同，但造成損失的物理因素是相同的，都可以用來表示。局部阻力系數(shù)很難從理論上得出數(shù)據(jù)，一般都是通過實驗測得，可以從相關(guān)的手冊中直接查到。一般對于船舶來說，艙底水的排出是經(jīng)由污水井、泥箱、截止止回閥、艙底水泵、截止閥、舷旁截止止回閥等而排出舷外的，而管路中的閥附件、彎頭等是局部阻力造成的重要因素，本船艙底水總管為Φ273×9.5mm（及通徑DN250），由設(shè)計手冊中查出泥箱的局部阻力系數(shù)ξ1=2.6，截止止回閥ξ2=2.5，截至閥ξ3=2.1。由于管路走向要具體放樣才能確定，粗略估算為兩個彎曲半徑為3倍內(nèi)徑的90°彎頭和25°左右的折角彎，其局部阻力系數(shù)ξ4=1.5[5]，因此：

3.3 管路總阻力

其中，k為富裕系數(shù)，取k=1.5，故∑h=1.5×（2.04+4.25）=9.5m。

3.4 泵的揚程估算

4 結(jié)束語

本文通過3800TEU艙底水泵選型計算和分析，明確了泵的選型需要注意船檢社的要求以及實船對泵的流量和壓力的要求，對如何選擇最佳設(shè)備提供了參考和計算依據(jù)。

[1]陳紹綱.輪機工程手冊[M].北京: 人民交通大學出版社, 1992:861-875.

[2]GL.Rules & Guidelines[S].2011:11-37.

[3]鄭士君, 孫永明.船舶輔機[M].大連: 大連海事大學出版社, 2003: 2-5.

[4]郭榮良.流體力學及應用[M].北京: 機械工業(yè)出版社, 1996:136-13.

[5]陳可越.輪機設(shè)計實用手冊[M].北京: 中國交通出版社, 2007:430-447.