汽车滚装船货舱通风系统分析

增刊1(总第155期) 2019年5月
船舶设计通讯
JOURNAL OF SHIP DESIGN
Extra edition No.l(Serial No.155)
May2019
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汽车滚装船货舱通风系统分析
罗蓉汤瑾璟贾立玫
(上海船舶研究设计院，上海201203)
［摘要］货舱通风系统是汽车滚装船的关键系统之一。

其设计需要根据实船的具体情况选择恰当的通风方式，规划流畅的流场分布，合理布置风道并优化阻力，有效控制噪声，并通过灵活多变的控制系统实现便利的操纵。

设计过程中，不仅需要确保通风系统在各个工况下的有效运行，还需兼顾船厂的建造成本和船东的营运成本，并和包括总体、结构、电气在内的各个专业保持良好的协调和沟通。

［关键词］汽车滚装船；货舱通风；流场；噪声；功耗
［中图分类号］U674.13+5［文献标志码］A［文章编号］1001-4624(2019)增刊1-0079-04
Analysis of Cargo Hold Ventilation of PCTC
LUO Rong TANG Jin-jing JIA Li-mei
(Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute,Shanghai201203,China)
Abstract：Cargo hold ventilation system is one of the key systems for PCTC,which need appropriate selection of ventilation type in accordance with the actual situation,fluent flow distribution,reasonable ventilation duct with optimized pressure drop,good noise level control and convenient operation through the flexible control system as well.At the same time,the design should ensure effective operation under different working conditions with great considerations into both initial cost of shipyard and operating cost of owner.Good communication with other majors including general part,structure part and electric part should be kept during the design stage.
Keywords：PCTC；cargo hold ventilation；flow field；noise；power consumption
0前言
近年来，随着全球汽车产业的飞速发展,汽车滚装船的需求也大幅增加，遵从市场需求的原则，上海船舶研究设计院研发了一系列汽车滚装船，从5400车、6700车到7500车，打破了日本对汽车滚装船的垄断。

汽车滚装船(Pure Car Truck Carrier,简称PCTC)是国际上公认的高端特种船舶之一，主要用于运输轿车、卡车等车辆，具有技术要求髙，航速快，甲板层数多，车辆装载量大，货物价值高和复杂的货舱通风系统等特点⑴。

典型布置如图1所示。

汽车滚装船的机舱多设于尾部；起居处所和驾驶室设于顶部；底部货舱由机舱前端壁向前布置，上层货舱多为连续车辆甲板贯通全船长度，视装载车辆的大小设置活动甲板；在船舶尾端设有尾跳板，一侧或者两侧设有侧跳板。

1货舱通风
汽车滚装船所装载的汽车由于携带油箱，被认为有易燃油气产生，所以存在危险区域划分的问题。

［收稿日期］2018-03-14；［修回日期)2018-12-12
［作者简介］罗蓉(1972—),女，高级工程师，长期从事船舶轮机设计工作。

汤瑾璟(1982-),男，高级工程师，长期从事船舶轮机设计工作。

贾立玫(1975-),女，高级工程师，长期从事船舶电气设计工作。

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增刊1（总第155期）2019年5月
Extra edition No.l(Serial No.155)
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与此同时，货舱通风的风量也有比较高的要求：规范要求货船上的封闭滚装处所和车辆处所需满足至少6t/h的换气次数；在装载或卸载车辆时，主管机关可要求提高换气次数，通常设计为满足15~20t/h 的换气次数。

车辆滚装船的货舱容量较大，多在30000-50000rrP,所以通风要求的风量巨大。

1.1通风方式
由于危险气体比重较大，多积聚在汽车舱的底部，为达到较好的通风效果，早期的PCTC的货舱通风多采用机械抽风的通风方式。

近年来出于经济性的考虑，越来越多的船级社接受机械送风的通风形式。

机械送风相较抽风而言，规避了防爆风机的使用，为船厂节约了成本。

在装卸工况时，货舱通过风机进行送风（抽风），通过坡道大开口及尾门（侧门）实现排风（补风）；航行工况下，通常开一半风机进行送风（抽风），通过额外布置的自然风道进行排风（补风）。

也可采用可逆风机，对一半风机实行可逆运转，其优点在于可以充分使用原有的风机风道，布置和使用灵活，减少了风道占地，减轻了重量，而机械送风和机械抽风并行也使通风效果更佳。

但由于各厂商提供的可逆风机在逆转后的风量各不相同，能完全做到100%逆转风量的风机厂商不多，仍有可能需布置一些自然风道以进行补偿；其缺点在于可逆风机无法规避防爆要求，且可逆风机在效率上差于普通风机，系统功耗是最大的。

营运成本是船舶指标的重要参数之一，为了降低船东的使用成本，可大大降低航行工况运行功耗的双速风机乃至变频风机已经逐渐成为主流。

变频80电机在其调速范围内可任意调速，电机不易损坏，减少了船东后期维护的支出。

变频风机在使用控制上更为灵活，布置也使货舱内的流场更为均衡。

而且，当风量通过变频风机或者双速风机降低至原来风量的一半左右时，理论上实际的功耗可以降低至原来的25%左右，节能效果显著。

在不同的PCTC上，可根据实船的具体情况将双速风机、变频风机、可逆风机等组合使用，以达到通风系统的利益最大化。

1.2流场分布
通常车辆舱通风采用纵向或者横向的通风方式:纵向通风，是指空气流动沿船长方向，即船首进风、船尾抽风或者船首抽风、船尾送风；横向通风，是指风机分别设在两舷，比如左舷全部送风，右舷全部抽风。

考虑到船长有限，并需要考虑艇、吊等设备的布置，建议采用首尾送、中间抽的方式，反之亦可。

图2为6700车PCTC货舱通风布置图。

该船就是采用了首尾送、中间抽的方式，风机房规划整齐，送风区域与排风区域分隔清晰，有效避免了气流的短路。

在货舱内，分成几个区域考虑，以纵 向通风为基准，将风机布置在各区域的前后，一方面降低了风机的风压要求，另一方面由于货舱并没有真正地进行结构分隔，送风口和相邻区域的抽风口还可以形成斜向气流，更大程度上形成了风的有效流动，如图3所示。

为验证货舱内通风的有效性，我们对货舱通风的空气流场进行了软件模拟，直观地显示了货舱内空气流动的方向及强度，并根据仿真结果对局部进行适当的调整，以避免死角、达到良好的流动效果。

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图26700车PCTC货舱通风布置图
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图3货舱通风的流场模拟
1.3风道设计
货舱通风的风道设计首先考虑需有足够的通风流通面积，使风道内的风速保持在10m/s左右，以避免产生较大的沿程阻力。

货舱通风的风道通常利用两舷舷侧的结构构件设置，在肋距已经固化的条件下，风道的厚度成为沿程阻力的决定因素,但是太大的厚度会导致装载面积的减小。

所以需要平衡好风道面积和装载面积之间的关系。

由于结构风道需要参与总体强度，需起到肋骨作用，承受外部海水压力，风道内不可避免有很多的结构构件，加之甲板作为肋骨的有效支撑，甲板处的开孔受限，是风道局部阻力和扰流产生的源头。

在实船上有前例显示，对较低位置车辆舱的风机，整个风道由于甲板开孔的缩小而造成的局部阻力增加达到100Pa以上。

应尽可能地采用有效措施减小构件对通风阻力的影响，比如采用薄壁板将这些结构包起来，但会增加船厂的施工量和材料成本。

在中远5000车PCTC的项目上，我们曾采用圆形风管的方案解决该问题。

圆形结构本身既保证了强度，又不需要额外的结构构件，减小了局部阻力，同时也给货舱内的其他管路留出了通道，可谓一举数得。

当然，由于圆形直径大于矩形风道的宽边长度，会损失部分甲板装载面积，需要在研发报价阶段就向船东取得确认。

1.4噪声控制
由于PCTC货舱风机的风量大、风压高，
噪声控
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制也成为PCTC船的重要考核指标。

控制噪声源是解决问题的根本办法。

可采用噪声指标优于普通风机的高效风机；设计适合的风道，减少风管局部阻力，从而降低风机压头，也能使噪声在源头上得到控制。

另外可在风机进口设置消音板、出口设置圆筒形消音器；在风道及风机房等处包覆隔音材料也是降低噪声的有效手段。

选用变频风机和双速风机，在其低负荷运行时，也可以有效降低噪声的影响。

在布置上，居住区域附近应尽量避免布置风机，以自然通风为主，最大限度改善周围居住舱室的噪声，提高生活舒适性。

将风机安装在货舱内，也可以有效减少风机噪声对舱室的影响。

在条件允许的情况下，可采用纳米材料、设置隔离空舱等手段以降低噪声。

1.5控制系统
货舱风机的控制方法灵活多变。

汽车滚装船一般设有风机控制室，用于集中安装货舱风机起动箱。

可在风机控制室对货舱风机分组或单独起动。

货舱风机起动器和机舱监测报警系统设有数据接口，因此可以通过机舱监测报警系统T.作站界面实现对货舱风机的遥控。

一般情况下，机舱监测报警系统在集控室、驾驶室、船舶办公室或甲板办公室等处所设置工作站。

在风机起动箱中设有就地/遥控转换开关，用于实现控制位置优先权的选择；设有控制位置选择权限：在遥控状态下，船东可根据需要在任意工作站对货舱风机进行控制。

在货舱通风系统中大量采用电气连锁信号，加强了货舱通风系统的自动控制能力以及和其他系统之间的联系和制约。

以下为常用的连锁方式：
1.5.1与照明系统的连锁
当货舱风机采用机械送风形式，可规避防爆灯具的使用，降低船厂生产成本，如货舱风机故障，无法满足货舱内通风次数或风量的要求，则根据船级社规定，整个货舱区属于危险区域，非防爆灯具无法满足使用要求，因此当风机故障时需要停止正常照明灯具的使用，即切断相关货舱区正常照明电源。

1.5.2与货舱风闸的连锁
货舱风机可与风闸实行逻辑连锁以防止人为控制的误动作，也可对货舱风闸和风机实行联动以简化控制程序。

当发生紧急情况（如货舱失火等）时，需要货舱风机立即停止运行，即需要立即切断货舱风机电源。

为满足规范的要求，并考虑到船东的使用便利性，通常在驾控台、消防控制站等处所根据失火区域成组切断风机供电。

2结语
货舱通风系统是汽车滚装船的关键系统之一，其设计需要根据实船的具体情况选择恰当的通风方式，规划流畅的流场分布，合理布置风道并优化阻力，有效控制噪声，并通过灵活多变的控制系统实现便利的操纵。

设计过程中，不仅需要确保通风系统在各个工况下的有效运行，还需兼顾船厂的建造成本和船东的营运成本，并和包括总体、结构、电气在内的各个专业保持良好的协调和沟通。

所以对于汽车滚装船，在研发报价阶段就需详细考虑货舱通风系统的整体方案，并在详细设计过程中不断优化。

［参考文献］
［1］张敏健.中大型汽车滚装船设计［J］.船舶设计通讯，2010（4）:19-26.
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