13.5 m游艇机舱通风系统的优化与实现
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摘要：某游艇有限公司建造的13.5m游艇(SEASE 53)因机舱狭小，通风不畅，导致主机工况不佳。本文针对原有的通风系统提出了优化的方案，以改善机舱通风条件，从而充分发挥主机的功率。
关键词：游艇；机舱；通风系统；优化
13.5 metre Coastal BOATS Engine Ventilation System Optimization and Implementation
ZHANGWeiping 1;ChenZhen2
( 1.NantongShipping College, Nantong 226010, 2Suzhou Sease YachtCo., Ltd. Taicang 215400 )
Abstract: This passage is according to 13.5 metre Coastal Boats engine room’s arrangement to design. It’s transformation is based on the problems of previous ventilation system that happened in use.
Key words: Coastal Boats;Engine room;Ventilation;Optimization
1 前言
船舶的正常行驶依赖于主机的正常可靠运行，主机正常运行必然依赖于一个前提条件――氧气。作为主机的工作场所――机舱，保证其必须的通风量尤为重要。同时机舱作为船员的工作场所，具有良好的通风能为船员提供良好的工作环境。游艇机舱所拥有的空间极其有限，这必然导致大量的设备聚集在狭小的空间之内。同时，游艇作为一种休闲娱乐的设备，舒适性能是其最重要的一项指标，因此在机舱内部，装有大量的隔音棉，这更对通风散热形成阻碍。
13.5 m游艇以其优异的性能，成为一款畅销船型。但根据船东使用后的反馈情况来看，通风系统在主机达到满负荷的状态下，存在着动力不足的情况。因此，有必要对原有的通风系统进行优化，以提高本产品的性能，更好地为客户服务。
本次对机舱通风系统的优化从以下两个方面出发：① 优化机舱布置，提高自然送风量：② 优化强制进风。通过优化，提高机舱的空气氧气含量，增加主机动力，使游艇达到其设计速度。
2机舱通风量校核
2.1该艇机舱概况
13.5 m游艇机舱长2.8 m，型宽4.9 m，型深2.6 m。主机2台，为康明斯QSM11- 715，柴油机功率526 kW，转速2 500 r/min。机舱四周及顶部安装隔音棉。
2.2动力通风量的确定[1]
机舱通风量是按照《游艇建造规范2008》进行设计计算。按照两台主机全负荷运转时计算。
按照《游艇建造规范2008》3.3.4.4每一动力通风舱室的抽风机或抽风机组的总排风量见表1。
表1动力总排风量计算
表中V=20
计算得： Q=13 m3/min
实际抽风机抽风能力为：Q实际=4×7=28 m3/min
2.3自然通风量的确定
按照《游艇建造规范2008》3.3.4.4各进气孔或管道的合计内横截面积，以及各排气孔或排气管道的合计内横截面积应不小于按下式计算之值且每一进、排气孔或排气管道的内横截面积应不小于3 000 mm2 。
A=3 300 ln (V/0.14) mm2
式中： V为机舱净容积=20
A=3 300 ln (20/0.14)
=16 373 mm2
实取：A=（110/2）2π×4
=3 7 994 mm2
＞16 373 mm2
满足要求。
经过校核，可以确定本机舱的自然通风系统和动力通风系统完全满足规范的要求，不需要更换。
3机舱通风系统的布置优化
3.1 通风系统布置原则[2]
根据机舱通风量做出系统的布置，先确定风机的台数，每台风机的风管独立布置，自成体系，分别向不同的部位供风，通风管系的布置类型主要有以主管为主，或以支管为主，以及主支管结合的环通风3种类型管系为主，其中第一种类型采用的最多，管系的布置，采用重点局部通风，新鲜空气送至主要的工作场所以及一些高温处所，吹风应避免直接吹到机身，以免产生热应力和其它一些不良影响。
3.2机舱风机调整
3.2.1 风机电机的选择
风机电动机选择原则：电动机工作时，其发热应接近其许可温度，但不得超过，电动机必须具有一定的过载能力，以保证在短时过载的情况下能正常运行，电动机应具有被拖动对象所需要的启动转矩，只能大不能小。
在选择电机的功率时，应有适当的备用功率，电动机的负载功率一般为75%～95%，过大的备用功率会使电动机的运行效率降低，并且提高了投资费用。
本船机舱4台JABSCO风机，每台风机的容量为7.0 m3/min。右舷为两台进风，左舷为两台出风。风管直径11 cm。
3.2.2机舱风机的布置调整
风机的布置的原则是，尽可能的利用4个风机能充分满足主机的空气以及散热要求，并且考虑到施工的方便。避免风机和机舱内其它的设备相互干扰，提高设备的使用寿命，方便机舱工作时船员的操作。
1）1号风机布置调整
在原设计方案中，一号风机的位置安放于机舱前舱壁上，其优点是方便施工人员安装操作，风机出风直接对主机进行扫风冷却。缺点是，风机在机舱前舱壁上，有部分与主机电脑控制盒相干扰，影响船员操作。同时，风机在机舱前舱壁上，其机座必须打在装有隔音棉的舱壁上，这本身就是对隔音棉以及隔音效果的一种破坏。同时，风机工作时，多少会产生震动与噪声，与机舱舱壁相固定，会大大增加机舱前舱壁隔壁主人房的噪声，影响该房间的舒适性能。
更改后，一号风机位于百叶格栅后部，这样没有对风机扫出的风有影响，同时风机安装位置位于沙龙地板下，产生的噪声与震动的影响被降低到最低。被隐藏在百叶格栅后面的风机同时又避开了主机的电脑控制盒，不影响船员的操作，同时，又使船机舱更加有序，整齐。更重要的是这样风机扫出的风能够更加直接吹向急需新鲜空气的主机。具体布置见图1。
图11号风机布置
2）2号风机布置调整
2号风机位于右舷油箱前侧，并靠近舷侧，该风机同一号风机的功能相反，一号风机主要是从船外侧吸进新鲜的空气，输入机舱内部。而该风机的主要功能就是将机舱内的高温、混浊的气体快速的排至舱外，起到降低机舱内温度。1号机和2号机共同作用可增加换气速度。
经过调整后的风机的位置靠近主机齿轮箱及消音桶，风机的入风口就直接对准了这两个产生热量比较大的部件，将产生的热气直接排出了机舱,见图2。
图22号风机吸风口
3）3号风机布置
位于左舷油箱前侧，其主要功能和一号风机相同。
4）4号风机布置
位于左舷油箱后侧，其主要功能和二号风机相同。
3.3自然通风系统的布置优化
机舱通风除用风机强制通风外，取廉价的是使用自然通风。为更好地发挥自然通风的作用，必须保证机舱有通敞的通道，这跟机舱的开口布置有关。为使布置更合理，我们先来了解一下，在自然通风方面做得比较好的一些同类型船。
3.4相同船型自然通风系统的比较
3.4.1AZIMUT船型
从该船型的外部自然采风的通风口可以看出，采用了最流行的流线型设计，该设计的最大优点就是：在船舶快速行驶的时候，能够充分利用船舶的本身航速，收集具有一定压力的新鲜空气，能够确保进入机舱的空气具有一定的速度，增加换气的速度。其缺点是在船舶高速行驶的时候，有水进入机舱的可能，如图3所示。
图3 AZIMUT船外形
3.4.2公主 princess船型
该船型外部通风系统采用大面积的开口，这样主要的好处就是能通过大面积的开口，显著的增加通风量，外部通过不锈钢的栅格处理来改善外观。此种设计相对AZIMUT的设计能相对减少上浪的可能。但此种型式的通风口需要较大的面积，并且需要能够和本船体进行很好的融合，使其不影响整体船造型的美观，见图4。
图4 公主 princess
3.4.3本船自然通风系统
该设计的特点就是采用大面积的长条，并用风格条加以装饰，使得外部的自然通风口与船体融为一体，突出了船整体流线的造型，使得船舶动感十足。其优点就是，通风口面积足够，能够满足一般的工作需求，同时，通风口整体距离水线较高，能很好的防止船舶高速行驶的时，飞溅的浪花进入船舶机舱。见图5。
图513.5 m游艇
通过分析可知，船舶外部的通风口本身不具有问题，能够完全满足需要的通风量的进入内部，见图6，双线箭头表示了自然通风的情况, 图7 为机舱舷侧的风管和进风通道。
图6本船机舱自然进风通道
图7机舱舷侧的风管和进风通道
通过分析，认为阻碍风进入机舱的原因在于油箱的设置。按照原设计方案，油箱内侧顶部作封闭处理，让自然风从油箱的两侧进出。这样处理是因为机舱的顶部加装隔音棉，油箱顶部还配有其它的管道，使得顶部空间远没有400 mm，同时为了机舱的易操作，美观，整洁，作了封闭处理。
根据船东的反馈，机舱的自然送风仅仅靠油箱两侧的进出风明显不足，这导致了主机产生的大量热量没能及时送出，同时，进风的不足，导致主机的供氧量不足，主机的功率受到了影响，不能达到设计航速。
自然进风最理想的进气方式就是直接按照直线线路流向机舱，而不是经过转弯从油箱的两侧流向机舱，这样，进气的量不仅减少，同时进气的压力也大大减弱了。
针对这种情况，将封闭处理的油箱顶板敞开处理，才能增加自然进风量。现从以下两点考虑。
1）舱顶高度
对于游艇的每个舱室的层高来说，以能供旅客正常活动为宜，欧美游艇层高一般为2.2 m左右，亚洲游艇层高一般为2.1 m左右。机舱由于布置安排，处在沙龙下方。要增加机舱顶的高度，在沙龙高度不变的情况下，也就相应的要增加船整体的高度。这会增加船体的重心高度，影响船舶的整体布置。故增加机舱顶的高度这个方案不可行，要解决通风问题必须从其它方面考虑。
2）油箱高度
据船东的使用反馈，对于现有的游艇续航力，完全满足使用要求，甚至续航力过剩。所以，游艇的油箱容量减少后，仍然能满足正常的使用要求，故通过降低油箱的高度来增加油箱顶部的空间可行。修改前油箱容量：2 200 L，修改后油箱容量：2 000 L。高度修改前：1 089 mm,修改后989 mm。这样，油箱至机舱顶的高度增加至近500 mm，通风量增加。
3.5 机舱设备的布置优化
机舱内主要有的设备有：主机，油箱，海水过滤器，消音桶，燃油过滤器，照明装置，风机，燃油管路，海水管路等，构成了一个结构紧凑的机舱。在机舱内部，主机工作时产生的热量大部份是通过排气管排出的，所以排气管产生热量的处理也十分重要。
先前对于排气管的处理比较简单，排气管通过消音器，将噪声进行消声处理，再通过管路排到舷侧的出气口，将废气排出。
现在考虑到机舱内的散热，首先对从主机引出的排气管进行处理，用一层高温隔离装置将排气管隔离起来，减少其在机舱内的散热，同时又能保护船员在工作进行中被高温的排气管烫伤。
考虑到排气管路在机舱内直接从船舷侧排出废气，使得其在机舱内的管路滞留长度较长，同时废气从船舷侧排出，黑烟会污染船舷侧的白色胶衣，影响美观以及加速胶衣的老化，舷侧排除的黑色废气同时也会影响游艇整体的观赏效果。故对排气系统进行改造，将排气管路先直接引出机舱，这样就减少了管路在机舱内的长度，也就减少了其在机舱内的散热。排气管路直接被引导到船舶尾部，在舵舱排出尾气。这样尾气在水线部分排出，变得美观又实用。
4结束语
本文简单地对游艇机舱的通风以及散热系统进行了概括分析及优化。这些优化都是在满足《游艇建造规范2008》的前提下进行的。本文在满足机舱通风需求量，不破坏机舱结构应有的功能下的前提下进行的，对机舱内的结构进行调整时，笔者向船舶建造方面的工程师进行了请教，听取了他们给予的良好意见。
本次优化的特点是不改变机舱内基本的结构，在调整过程中充分考虑到施工的合理性以及改造所需要增加的工时，从而在整个过程中能够控制成本的增加，施工的难度，但又能起到很好的效果。
经过以上对船舶机舱内的自然通风系统、强力通风系统及机舱结构的优化，船舶的通风散热系统在实践中得到检验，通风散热效果得到了提高。达到了令人满意的效果。
参考文献
[1]中国船级社.游艇建造规范[M].北京.2008
[2]于学兴.舶机舱系统的设计[J].2002,5(10):62-63.