朱建中 江苏海事职业技术学院

1.概述

本项目为XXX职业技术学院为适应教育教学需要，满足国际海事组织和中华人民共和国海事局对轮机工程技术专业实践教学场地设施设备的要求，提高轮机工程技术专业学生的操作技能，提升学生的岗位适应能力，而建造自动化达到船级社要求AUT-0 标准的智能化机舱。

1.1 地理位置

本机舱位于学院的轮机教学综合楼辅楼内。由于本项目所处的特殊地理位置，周围没有天然河流，只有一条人工景观河，并且该河是一个封闭的河流，和外部河流不连通。智能化机舱教学楼周围根据建造设计图纸设有环型景观水池。具体见图1。

图1 智能化机舱地理位置

1.2 气候环境

本项目位于XX省XX市，由于近些年来受温室气体的影响，XX市的气候变化也比较大。本机舱的设计环境以最近三年XX市的夏季温度为环境条件。根据近几年XX地区气候特点，每年七月份是一年中温度最高的一个月，表1～表3是最近三年的本地区七月份温度统计表。

表1 2018年7月XX市气温

表2 2019年7月XX市气温

表3 2020年7月XX市气温

根据上述地区7月份温度表，可以看出气温基本上低于 37℃。

1.3 机舱设备

本项目所配置的设备包括了常规机舱的所有设备，其中在运行时需要冷却的设备有主柴油机、水力测功仪、轴发齿轮箱、辅机、主空压机和空调冷凝机组。以上所有设备根据设备厂家提供的参数，列清其冷却相关参数列表如表4。

表4 主柴油机冷却参数表

由于主机的热量主要由空冷器、缸套和滑油冷却三部分散热构成，这三部分散热主要由水冷却。从主机的参数表格中可以看出，主机采用淡水冷却时冷却水量为152m3/h，总的冷却负荷为3129kW。主机机体的热辐射由空气冷却，可通过机舱的通风系统将热量带走。根据本项目确定的水力测功仪型号，水力测功仪器工作时需要的冷却水量为300m3/h。

根据本项目方案选用的辅机，辅机工作时需要的冷却水量为15.7m3/h，冷却负荷为399kW。由于本项目配置两台辅机，同时工作时需要冷却水量为31.4m3/h，总的冷却负荷为 798kW。

其他设备如空调、主空压机和冷藏装置均为间歇运行，其冷却水量的如表5。

表5 冷却水量和热交换量

2.冷却水设计方案

2.1 冷却系统计算

冷却水的计算是根据设备资料中的冷却水参数，故冷却水参数从设备样本中的参数选取，根据这些参数计算如表6。

表6 冷却水系统计算

根据上述计算表可以得出机舱内的设备需要冷却的负荷和水量。水力测功仪的冷却水根据测功仪的特性，采用单独的冷却水泵，其他设备采用中央冷却水系统。中央冷却水系统配置如表7。

表7 中央冷却水系统配置

根据冷却水系统，本机舱设备运行时需要的冷却热量为8019kW。

2.2 冷却水系统

2.2.1 使用景观水池水冷却

根据建造设计图，经计算景观水池的面积约 1300 平方米。如只采用景观水池来进行冷却水供应，我们可以进行计算如表8。

表8 运转时间与水深的关系

根据计算结果，如要本机舱的设备需要运行8个小时，景观水池的深度需要 2.6m。由于景观水池的高度太深，会存在一定的安全隐患；如景观水池的位置太高，水力测功仪的冷却水不能及时回水。故采用景观水池冷却不能满足持续运行要求。需要考虑使用景观河水。

故景观水池的水深仅可满足平时8个小时教学即可，水池深度为2.6m。

2.2.2 使用景观水池和景观河的水冷却

本项目一侧有一条人工开挖的景观河，景观河的面积约10000平方米，河水平均深度约1.5m。采用的景观河水冷却，需要考虑景观河的各个面的散热，具体计算如下所示。

根据地区气候条件，景观河水的温度大约在32℃，景观河的水面散热Qx，景观河侧壁和底面散热量Qy，机舱设备总散热量为Q。若要设备能够持续运转，所有的热量需要满足下列公式：

其中：景观河的水面散热

式中：

α：换热系数，取：4.1868kj/kcal

y:32℃时的饱和蒸汽的蒸发汽化潜热，取577.79kcal/kg

Vf：水面风速度，取2m/s

Pb：32℃时的饱和空气的水蒸汽分压力，取36mmHg

Pq：环境空气的水蒸汽压力（mmHg）

A：水面积，10000m2

B：当地的大气压力，取76mm Hg

景观河侧壁和底面散热量 Qy，根据 Boussinesq 理论，结合陆上工程项目和试验模型，

得出：Qy=0.2＊Qx

即：Q ＜ Qx+Qy

推算出：Q ＜ 1.2Qx

8019＜1.2Ox

计算出：Pq＜18.27mmHg

查干饱和水蒸汽的热物理性质表得出：18.27mmHg。水蒸汽压力对应的环境温度为21℃，即如果本机舱不采用别的设备进行降温，需要在环境温度为 21℃，才能保证所有设备的良好运行。故本项目需要配置冷却塔。

如果选用的冷却塔的冷却能力为总的热负荷的 50%，那么利用上面的公式计算得出环境的温度需要低于 27℃。故夏季工况的气温不能满足该要求。

2.3 采用冷却塔冷却设备的散热

由于要保证本项目所有设备能够持续运行，特别是在7～9月份持续运行，选用的冷却塔需要能够将设备冷却，带来冷却水温变化由32℃升高至42 ℃的热量，故冷却塔按700m3/h 的冷却水量，能够将42℃水降低至32℃的能力配置。该方案布置即可保证机舱设备持续运行。

3.总结

本项目具体的地址位置限制了其附属系统的设计，结合本项目的实际情况，查核各方资料，提出各种冷却水系统设计方案，并对其进行论证，确定如果本项目各种设备如要持续运行，利用景观水池和景观河共同冷却，并安装冷却塔的方案才能满足使用要求。