李 林，張寅虎，程傳港(.9493部隊(duì)，遼寧 葫蘆島 5000 ；.4808工廠威海修船廠，山東 威海 6400)

某艇海水系統(tǒng)進(jìn)氣故障分析與改進(jìn)

李 林1，張寅虎2，程傳港2
(1.92493部隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125000 ；2.4808工廠威海修船廠，山東 威海 264200)

文章介紹了某艇海水冷卻系統(tǒng)進(jìn)氣故障，從故障勘查和原因分析著手，針對(duì)淺吃水艇海水系統(tǒng)容易進(jìn)空氣的特點(diǎn)，以及海底閥箱設(shè)計(jì)缺陷，提出了合理的改進(jìn)方案，順利并徹底排除了故障。

淺吃水船舶；海水系統(tǒng)；改進(jìn)

某艇為鋼制、單底、單甲板、雙機(jī)、雙槳、雙舵、柴油機(jī)推進(jìn)的淺吃水雙體船。自2008年建造下水后航行試驗(yàn)，就出現(xiàn)海水系統(tǒng)進(jìn)空氣故障，導(dǎo)致主機(jī)水溫高而無(wú)法工作，為此建造廠在海水系統(tǒng)主機(jī)排舷閥前增加了一個(gè)節(jié)流板，方能驗(yàn)收出廠。但出廠后該艇在使用中相同故障多次復(fù)現(xiàn)。

1 故障現(xiàn)象與特征

航行中，當(dāng)左右2臺(tái)主機(jī)同時(shí)從進(jìn)二(1 250 r/min)加速至進(jìn)三轉(zhuǎn)速(1 650r/min)時(shí)，左主機(jī)海水壓力出現(xiàn)波動(dòng)，波動(dòng)逐漸劇烈，持續(xù)約1 min后，海水壓力從0.4 MPa降到零。主機(jī)淡水溫度隨之升高直至報(bào)警，造成停機(jī)。這時(shí)打開海水泵進(jìn)口管路發(fā)現(xiàn)無(wú)海水，松開海水濾器上的放氣螺釘有大量空氣排出，放氣約3～5 s后，才有海水流出，再次啟動(dòng)主機(jī)試驗(yàn)，當(dāng)加速至進(jìn)三轉(zhuǎn)速時(shí)海水進(jìn)氣故障再次出現(xiàn)，然后反復(fù)試驗(yàn)多次，故障依舊。在此期間曾嘗試打開海底閥箱透氣閥放出箱內(nèi)氣體，故障未見好轉(zhuǎn)反而加重。進(jìn)二及以下轉(zhuǎn)速不發(fā)生故障。右主機(jī)有時(shí)也發(fā)生同樣情況，但沒(méi)有左主機(jī)頻繁和嚴(yán)重。

2 海水系統(tǒng)構(gòu)造及工作原理

經(jīng)過(guò)查閱該艇隨船資料并與實(shí)際管系布置比對(duì)，梳理出主機(jī)海水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，如圖1所示。

圖1 海水系統(tǒng)原理圖

海水從海底閥箱經(jīng)通海閥、濾器、蝶閥至海水總管，海水總管分4路：一路進(jìn)入主機(jī)海水泵冷卻主機(jī)，一路進(jìn)入輔機(jī)海水冷卻泵冷卻輔機(jī)，一路進(jìn)入消防系統(tǒng)，最后一路通過(guò)日用海水泵沖廁所。除了主機(jī)這一路外其余3路上均安裝有蝶閥或者截止止回閥，主機(jī)這一路在冷卻完主機(jī)后又分為4個(gè)分支：一支進(jìn)入冷卻主機(jī)排氣管，一支進(jìn)入齒輪箱冷卻滑油，一支進(jìn)入艉軸密封裝置冷卻密封副，最后一支進(jìn)入舵機(jī)油箱冷卻液壓油，然后各自排出舷外。在主機(jī)工作過(guò)程中，消防系統(tǒng)的截止止回閥和蝶閥均關(guān)閉，輔機(jī)供海水管路正常工作，沖廁所海水系統(tǒng)關(guān)閉。從主機(jī)出來(lái)的海水系統(tǒng)管路均處于開啟工作狀態(tài)。

3 故障勘查和原因分析

船舶海水系統(tǒng)進(jìn)氣故障一般有2方面原因：一是由于設(shè)計(jì)方面的原因，如淺吃水船或淺吃水平底船，因?yàn)楹５组y箱離海面較近，空氣容易隨海水進(jìn)入海底門。又如海底閥箱尺寸偏小或結(jié)構(gòu)不合理、海水系統(tǒng)管路閥門通徑偏小或布置不合理，在海水泵抽力作用下系統(tǒng)負(fù)壓較大，產(chǎn)生大量飽和蒸汽，即水汽。二是使用維護(hù)方面的原因，如海水系統(tǒng)可能有部位漏氣，或某個(gè)通大氣的閥門未關(guān)閉嚴(yán)密，導(dǎo)致空氣進(jìn)入。按照先易后難的原則進(jìn)行故障勘查。

3.1故障勘查

故障發(fā)生后，立即對(duì)系統(tǒng)管閥進(jìn)行檢查。消防系統(tǒng)、衛(wèi)生沖廁系統(tǒng)、艙底污水系統(tǒng)這3支分管路的閥門是關(guān)閉的，輔機(jī)分支處在正常工作狀態(tài)；檢查海底閥箱透氣管路和吹除管路，透氣閥和吹除閥也處在正確的關(guān)閉狀態(tài)。故障時(shí)曾嘗試將透氣閥打開，進(jìn)空氣后情況立現(xiàn)加重。返航后對(duì)整個(gè)海水系統(tǒng)進(jìn)行0.2 MPa的壓力密性試驗(yàn)，無(wú)任何泄漏。

艇體上排后，又一次對(duì)海水系統(tǒng)進(jìn)行檢查和水壓密性試驗(yàn)，將海底閥箱進(jìn)水口封閉，將通往主機(jī)、輔機(jī)、消防、衛(wèi)生沖廁、艙底污水的5路閥門全部關(guān)閉，然后對(duì)海水系統(tǒng)包括海底閥箱內(nèi)部作水壓密性試驗(yàn)，檢查結(jié)果正常。這進(jìn)一步證明了海水系統(tǒng)在主機(jī)工作時(shí)不存在進(jìn)空氣問(wèn)題。然而檢查了海底閥箱和其安裝位置，發(fā)現(xiàn)如下一些問(wèn)題。

1)該海底閥箱屬高位海底閥箱，內(nèi)部未設(shè)置引水筒(見圖2)，并且海底閥箱開口尺寸偏小。

2)海底閥箱口圍板突出船底板高度偏高，超過(guò)10 mm。

3)海底閥箱吃水深約0.85 m，安裝位置偏后，離推進(jìn)器距離僅有4 m，且海底閥箱位置恰好處于雙體船單片體尾部上縮部位。

3.2原因分析

通過(guò)以上勘查，參考相關(guān)文獻(xiàn)介紹，分析認(rèn)為造成該艇海水系統(tǒng)進(jìn)氣故障的原因如下。

1)該艇為雙體穿浪淺吃水船型，由于吃水淺，船底板運(yùn)動(dòng)時(shí)，船底附近的水低于飽和蒸汽壓力，使水流汽化而產(chǎn)生氣泡。另外，當(dāng)艇航行時(shí)所形成的興波也產(chǎn)生氣泡。大量氣泡隨水流進(jìn)入海底閥箱。

2)由于海底閥箱口圍板突出船底板高度偏高，超過(guò)10 mm，且海底閥箱開口尺寸偏小，在艇高速航行時(shí)，在海底閥箱進(jìn)水口的內(nèi)側(cè)靠近圍板處水流加速產(chǎn)生負(fù)壓，使海水更容易析出水汽，造成進(jìn)入海底閥箱的海水量減少、水汽量增多。

3)由于該艇海底閥箱內(nèi)未設(shè)置引水筒，大量空氣(或水汽)在海底閥箱頂部形成氣墊，隨水流進(jìn)入到系統(tǒng)，并阻止和減少海水進(jìn)入。如果此時(shí)打開海底閥箱透氣管，因?yàn)殚y箱內(nèi)的負(fù)壓太高，瞬時(shí)將更多的空氣從透氣管吸入，情況會(huì)更嚴(yán)重。因此認(rèn)為海底閥箱未設(shè)置引水筒是海水系統(tǒng)進(jìn)氣的主要原因。

4)由于海底閥箱位置恰好處于雙體船單片體艉部，距離螺旋槳約4 m，并處在龍骨線上縮部位，容易產(chǎn)生水流加速、負(fù)壓升高效應(yīng)，從而加劇海水汽化。

圖2 海底閥箱結(jié)構(gòu)圖

4 修理改進(jìn)措施

4.1海底閥箱口改進(jìn)

將原海底閥箱開口尺寸加大，沿艇首方向的尺寸由210 mm向艏擴(kuò)大至300 mm，其余3邊不變。將海底閥箱開口圍板前部(海水流入方向)與船體外板割平，其余3邊保持原樣，如圖3所示。該措施一方面可以降低海水流入閥箱的阻力，另一方面剩余3邊的圍板也可以起到一定的兜水作用，增加海底閥箱的進(jìn)水量。

圖3 海底閥箱開口示意圖

4.2海底閥箱加裝引水管

由于原左右海底閥箱通海閥位置不一致，加裝的引水筒結(jié)構(gòu)形狀左右也不一樣，見圖4。這樣設(shè)計(jì)的目的是使引水筒切口與海水進(jìn)入海底閥箱的水流方向相垂直，進(jìn)水效率最高。引水筒的通徑與通海閥通徑相近，左引水筒采用D133 mm×5 mm無(wú)縫鋼管，右引水筒采用D133 mm×5 mm鋼質(zhì)彎頭，具體位置和切口方向見圖4。

4.3其它未實(shí)施的改進(jìn)措施

此外，從理論上分析還可以采取以下改進(jìn)措施：一是擴(kuò)大海底閥箱的容積，這樣進(jìn)入箱內(nèi)的海水有充分的穩(wěn)定時(shí)間，使大量水汽還原成海水；二是加大海水吸入管和閥的直徑，或降低主機(jī)海水泵吸入口高度，從而降低海底閥箱和海水吸入管內(nèi)的負(fù)壓，從而減少水汽析出。但由于改進(jìn)范圍大，牽涉面廣，而修理周期短，故本次修理未實(shí)施。

圖4 引水管布置圖

5 改進(jìn)后效果

通過(guò)上述修理改進(jìn)，該艇修后航行試驗(yàn)，主機(jī)至進(jìn)三轉(zhuǎn)速(1 650 r/min)工作時(shí)，海水壓力穩(wěn)定，出口壓力為0.4 MPa，淡水系統(tǒng)冷卻效果良好，主機(jī)工作正常。主機(jī)在更高轉(zhuǎn)速工況時(shí)，工作也正常，海水進(jìn)氣故障再未發(fā)生。

Air-inlet is introduced for some coolant system with fault survey and cause analysis.Aiming at the air-easy-inlet for some shallow-draft vessel and the defect design for some suction box,a reasonable plan is put forward to improve the fault removal.

shallow-draft vessel;sea-water system;improve

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.06.007

李林(1979-)，男，山東榮城人，工程師，大學(xué)本科，主要從事艦船裝備修理工作。

2015-05-26