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满足RCP要求的集装箱船货舱通风系统设计

陈莉 蔡志珍 谈华军 李潇祥
摘 要：本文以2700TEU集装箱船货舱通风系统设计为例，介绍了入级RCP需要注意的相关规范及RCP车间试验的方法及流程，对如何提高货舱通风系统的效率提出了建议。
关键词：RCP；通风设计；RCP车间试验
中图分类号：U664.86 文献标识码：A
Abstract： BY taking the 2 700TEU container vessel built in Wenchong Shipyard as an example， this paper introduces the relevant rules and regulations for the ships applied to RCP notation， provides a method for RCP mock-up test， and gives some advice on promoting efficiency of cargo hold ventilation.
Key words： RCP； ventilation design； RCP mock-up test
1 前言
我司在集裝箱船建造领域具有悠久的历史，但建造取得GL船级社RCP入级符号的集装箱船尚属首次。满足RCP要求的集装箱船，可以更好的保障冷藏集装箱在运输过程中的通风质量。
2 700TEU集装箱船货舱通风系统通过试验，验证了货舱通风系统的实测数据与理论设计数据的一致性，并成功取得RCP入级符号。
2 研究内容
2.1 规范要点
根据对GL规范的研究，介绍货舱通风系统要点。
2.1.1入级符号
RCP入级符号的标准格式为“RCPXXX/XX”，例如2700TEU集装箱船的入级符号为RCP502/50。RCP为“Refrigerated Container Stowage Positions”的缩写，502代表本船装载冷藏集装箱的数量为502个， 50代表本船50%的冷藏集装箱可以用于装载水果或冷冻的货物。
2.1.2风量要求
RCP入级符号根据冷藏集装箱的冷却方式、集装箱的尺寸，对供风量提出了要求。
（1）采用风冷的单个冷藏集装箱供风量要求如下：
① 20″单个冷藏集装箱供风量，推荐值为3100 m3/h； 40″单个冷藏集装箱供风量，推荐值为4 500 m3/h ；
通过公式（1）计算，单个冷藏集装箱供风量要求为4440 m3/h，规格书要求每个冷藏集装箱最小风量为4500 m3/h，最终按照4 500 m?/h设计。
2.1.3风管设计要求
风管出风口的设计要能够满足出风口风速不超过10m/s。当设置了合理通道可以安全进入货舱进行作业时，出风口最大风速可以提高到不超过13 m/s。
2.1.4车间试验要求
RCP要求货舱风机和风管的布置按照在船上安装的实际情况进行车间试验；对于试验风管的每个出风口进行风量测量：每个出风口风量应为4 500 m?/h，允许偏差为±10%。
2.2设计方案
2.2.1货舱通风阻力和风量的计算
根据2 700TEU集装箱船的总布置图、装箱布置图，以及对规格书、GL规范的核查，同时考虑供风口位置、数量、风速等，确定风管布置图。
根据船级社规范要求：相同风管布置仅需做一组试验。因此，尽可能减少风管布置的类型，可以减少进行试验的风管数量。
设计之初，为减少进行试验的风管数量，已尽可能将所有风管相同布置，尽量选取阻力损失较大的风管做试验，最终本船共选用4根风管进行试验。
根据风管布置图，计算通风管路中通风筒、异径、变径、弯管、滤网、风机以及管路沿程阻力等压力损失，确定风机的压头。通过计算，初步确定了各货舱的通风量和风机压头（见表1）。
2.2.2 货舱通风风机参数确定
货舱风机和马达的选型、配对是入级RCP的货舱通风系统首要考虑的因素，风机的风量、风压与马达功率需要完全匹配。如果风压余量过大，选取的风机风量及马达功率也会过大，整个系统的效率便会降低；如果风压余量过小，则无法满足规范中单个冷藏箱的风量要求。
虽然GL规范对风机的效率并没有明确的要求，但我们参照ISO 12759选取风机效率为FMEG70的风机。表2为本船的风机选型。
在签订风机协议时，厂家需提供风机的性能参数曲线。由于试验时实测风量会与设计工况有些差异，所以为风机的风量、压头留有一些余量是十分必要的，以便在试验时对风机进行适当地调整。另外，通常协议中有注明厂家需另备3～4套风机叶片，用于试验时更换或调整叶片角度等方式调整风机参数。
2.2.3货舱通风风管风速核算
根据船级社规范要求，出风口的设计要能够使得出风口风速不超过10 m/s，当设置了合理通道可以安全进入货舱进行货舱作业时，最大出风口风速可以提高到不超过13 m/s。本船在右舷设置有合理通道，因而最大出风口风速不能超过13 m/s。
根据表1货舱风量计算的相关内容，对每个货舱舱盖百叶窗出风口的风速进行核算。本船共有5个货舱，其中No.1/3/4/5舱的舱口百叶窗能够满足风速要求，但No.2货舱舱口盖的百叶窗开孔大小，不能满足规范要求的风速，因而为No.2货舱设置了额外的自然风口，用于装载危险品货物时自然出风。
2.2.4车间试验方案确定
（1）送审原则：对于风机的效率，RCP并没有效率要求，本船规格书也没有对效率的规定，因而船厂送审图上不需注明风机效率。
（2）明确范围：车间试验只需对首制船做，后续船不需再做试验，但需在试航时测量每个供风口的风量是否为4 500 m3/h±10%，风量上限可以增加，下限的要求必须满足。
（3）选取试验对象在做车间试验时，不需要每根风管都进行试验，通常GL会根据船厂的送审图中风管的布置情况，选取有代表性的风管，本船最终选取了4根风管进行试验。
（4）试验工艺：为了保证风量测量的准确性，通常可以将风管的直管段加长5 m，并将每个支管的风口直管段加长1～2 m后进行测量，该做法也是船级社常规认可的方法。
（5）程序确认：车间试验的程序需送GL认可，包括测试的位置、数量、方法、仪器、增加直管的图，都需在送审图上表达。
（6）船上阻力模拟：做车间试验的时候，因为车间跟船上工况不同，船上有货舱舱盖上的自然通风百叶窗会对风机产生额外的阻力，所以要模拟船上的阻力工况。根据厂家经验，在风机进口增加阻力为8 mmAq的金属网格（网格为2 mm），风管尺寸可以根据试验情况修改，GL只考核每个供风口的风量。
（7）风险规避：做车间试验的时候，在风管局部增加调风门可以控制风量的大小。规范没有规定风管内不能增加调风门，但GL建议不使用，而且船东通常也不同意使用，因而本船试验不设置调风门。
2.3 车间试验
2.3.1 试验准备
（1）通风管路准备：用于进行车间测试的风管，包括通风帽以及船体结构部分，都要根据装船安装后1：1的尺寸在车间做出实物，风管厚度可以跟船上的不一致，但是长度要跟实船一致。
（2）电源准备：车间要准备与船上相同的电源3x440 V/60 Hz給风机供电，我国岸电为3x380V/50 Hz，因而需要配备变压器等专用的供电设备给风机进行供电。
（3）场地准备：试验场地最小尺寸要比整个通风管包括通风帽大，如直管段长度不够，要插入直管段风管。本船在风机前后各增加5 m直管，在每个风口前增加1 m直管；要准备足够空间的试验场所，并能存储GL要求做试验的风管，每根风管都预先安装好。本船提前做好了场地策划工作，如图1所示。
（4）工具准备：需要提供具有船级社证书、校准证书的测量工具。本船由厂家提供测量工具，厂家技术人员在现场指导船厂做试验，厂家带了一套传感器、一套马达测量工具、两套风口末端测量装置、4套主管上的测量装置。
（5）备件准备：由于车间实验的不确定性，通常风机厂家需要为每种风机配备一定数量的风机叶片，以便于在初次试验失败后可以及时更换页片后再次进行试验，以节约测试时间。
2.3.2货舱通风管试验过程
在车间内将风管、通风附件、风管结构件、测量仪器等进行连接和调试，各项准备工作结束后，通知厂家开始进行车间试验。试验时首先开启风机，待风机运行稳定一段时间后进行正式试验。试验中，我们通过对风机叶片角度、百叶窗叶片形式、风管腹壁形式、金属网数量、支管等附件的修改，来调整风机风量和风管阻力。
试验中我们发现，结构附壁风管以及通风筒的有效通风面积在风管总的阻力损失中占较大比例，故在今后的设计中需要尽量避免采用类似的结构附壁风管，并尽量加大进风口处通风附件的有效通风面积。
金属网格模拟阻力的过程中，根据风量的变化对金属网格作过多次调整，对金属网格的数量要求也超过了我们的预估。试验开始时，我们没有配备足够的金属网格，经过紧急采购解决了此问题，故在今后设计中，需要配备足够数量的金属网格用于试验，避免因准备不足导致车间试验时间的浪费。
本试验过程中共经过了24次调整、花费约2周的时间，4路风管的风量、阻力都能够满足规范要求。联系船检现场试验仅用半天即完成了车间实验的报验工作。
3 总结及展望
风管布置图、阻力计算、风机选型是入级RCP船的通风系统的设计要点，尤其是通过阻力计算确定风管设计是否合理，减少后期风管修改，缩短试验的时间。
通过本次RCP货舱通风系统设计，我们掌握了RCP风管设计的难点和风机与马达的基本匹配技术，培养了通风设计技术人才。尤其仅用两周时间即完成车间试验，相比其它船厂3～6个月的试验周期更短，经济效益更好，为我司承接后续带有RCP入级符号集装箱船打下了坚实的基础。
参考文献
[1] GL Rules and Guidelines 2015.
[2] 中国船舶工业集团公司.船舶设计使用手册（第3版）[M].国防工业 出版社，2013.
广东造船2018年3期
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