第三章-舱底排水及疏水系统-第一节-排水系统

PAGEPAGE55第三章舱底排水及疏水系统第一节排水系统一、排水系统的用途舰船上的排水系统是当舰船水下部分战斗破损前或航行破损时，用来排除进入舰船内部大量海水的必要设施和保证舰船不沉性的有力工具。当舰船由于与其他船舶碰撞或搁浅以及在战斗时被炮弹击中，或受到鱼雷、水雷的爆炸等原因，舰只的水下部分遭到破损，从这些破孔中就会进入大量海水。为了估计舰船排水工具的性能，需确定在一定舷外水压力下，通过破孔进入舱内的水量Q，可以利用下述近似公式计算：（3－1）式中——耗量系数；——破孔面积（m2）；——水线下破孔中心深度（m）；——重力加速度，9.81（m./s2）。对各种和下的值计算结果见表3－1。从表3.1.1可见，尽管当破孔直径为1.13m，处于这样浅的深度时，已经进入大量的水（），以致无法用舰艇排水工具防止其淹入舱内。所以要保证舰船的不沉性，并不能完全依靠舰船排水工具。计算表明当舰船有破孔时，若不把破孔暂时堵塞，要将浸水舱中的水排出到有效水线实际上是不可能的，为此，全船应按实际需要以及保证生命力的前提下，划分水密隔舱。表3－1经破孔进入舱内的水量破孔面积（m2）破孔直径d（m）经破孔进入的水量（m3/h）=1m=2m=5m=10m0.10.3559601360215030300.50.8004800680010750151501.01.1396001360021500303005.02.524800068000107500151500尽管这样，舰船上的排水系统作为保证不沉性的整套工具，其战斗使用不是在减少，而是在增加。因为在现代条件下，船体水下部分损坏的或然率大大地增长。紧急排水系统的任务就是要将大量的水从船上各舱室中排出。因此在设计排水能力时，应保证在1.5~2h内，能将进入舱内的海水完全排出。各类舰船上排水系统战斗使命的特点，归结于完成下述几个作用：①破孔堵塞后排出浸水舱中大量的水；②排除由于隔舱四壁水密性破损而渗入舱内的水；③弹药舱、横倾平衡隔舱和纵倾平衡隔舱排水；④利用排水工具供弹药舱、纵倾平衡隔舱和横倾平衡隔舱灌注。二、一般布置原则排水系统可以按照单独、分组或集中控制的原理来敷设。究竟采用哪种排水方式应该根据船舶等级和此系统本身及所要排水的舱室对于船舶生命力的意义来决定的。在大型舰艇：航空母舰、巡洋舰和舰队驱逐舰上，排水系统设计成独立系统。在小型水面舰艇：扫雷舰、护卫舰上，有时为了减轻重量，排水系统与疏水系统并在一起。在潜艇上大多采用集中控制的原理，商船一般采用独立或分组原则。在现代水面舰艇上，排水系统按独立分段原则设计，而在独立分段范围内，排水系统通常按独立线路或分组线路设计。此时，排水系统可设计成：①在所有独立分段范围内按独立线路或分组线路设计；②舰艇中部主要的独立分段的排水系统按独立线路设计，而艏艉两端的独立分段按分组线路设计。排水系统设计成独立线路，主要是用于舰船上用水喷射泵作为排水工具的场合。由于排水喷射泵流量限止在250~300m3/h以内，因而这种排水系统的独立线路只能用在巡洋舰以下的轻型舰艇上。图3－1所示原理图，为轻型舰艇上一个隔舱内的排水系统。在每一个隔舱安装流量为250~300m3/h的水喷射泵作为排水工具，如图所示，排水喷射泵1通过吸入接管2，吸入隔舱内的水，并且沿排水接管3排至舷外，在排水接管上安装二个阀，一个是船底闸阀4（即截止闸阀或工作闸阀），另一个是止回阀5，用以防止水从舷外进入隔舱。为了更彻底除去舱中的水，有时将喷射泵的吸入接管放在大尺寸的集水井6内，来自消防总管7的工作水通过截止阀8进入喷射泵。截止阀和底部闸阀从装甲甲板处，用双联甲板套筒9和小轴传动装置10同时操纵。图3－1排水系统原理图图3－2独立排水系统图舰队驱逐舰、护卫舰、扫雷舰及其它轻型舰艇的隔舱内独立排水系统的线路图3－2，与上述的线路仅是排水接管出口端不同。本图排水接管及其舷边孔在设计水线以上。这样在航行时可以修理舷侧附件。同时排水接管上不要安装第二个阀，而仅用图上所示的一个截止止回阀5就可以了。图3－3排水系统分组线路图从排水系统工作效率方面来看，在水线上面的排水管不比水线下面排水接管优越。无论何种情况，排水接管从泵到舷部的线路应该是最短的，以使排水接管的损耗压头为最小。上述排水系统独立线路具有一系列严重缺点。排水系统的能力，受到流量不超过250~300m3/h的排水喷射泵限制，这样的流量，对现代舰艇是不够的。排水喷射泵的工作依靠水消防系统是不适当的、由于隔舱只有一个喷射泵，因此当其损坏时，隔舱失去排水工具。此外，如实际情况所指出的，排水喷射泵的工作在很多情况下效率十分低，消除这些缺点的方法，是将水喷射泵更换为具有很大流量的离心式电动泵和按分组线路来设计排水系统。通常，当离心式电动泵作为排水工具使用情况下，排水系统按分组线路设计。图3－3所示为舰队驱逐舰上排水系统分组线路，在舰船上安装三台流量各为300m3/h的电动离心式排水泵1作为排水工具。此外，为了排水在汽轮舱采用流量各为600m3/h的循环泵2，整条舰船分成二个独立分段，其中第一个独立分段对排水系统分组设计而言，是比较典型的。为了提高系统的生命力，吸入管路3设计成使被主横隔壁隔开的每一个大的隔舱，可以用二台泵同时排水。因此，若其中一台泵损坏时，则隔舱不会失去排水工具，因为可以用另一台泵排水。在系统管路上安装由上甲板操纵的吸入闸阀。此外，在泵前面吸入管路上安装止回阀（舌阀）5。有这二种阀就可以避免水从舷外通过泵进入隔舱。在排出接管上各安装二个闸阀；一个船底阀6，是常开的，另一个截止阀7，处于关闭位置，并从舰船上甲板操纵。艏艉隔舱的泵同样可用来灌注弹药舱。为此附加有一个舷边吸入孔8和二个闸阀9和10。泵可以通过这些舷边吸入孔，从舷外吸水，并将水送入管路11，供弹药舱灌水。用阀12可将水从一个舱室移注到另一个舱。在实际设计过程中，根据具体情况可采用排水喷射泵和电动离心式排水泵组合的形式。三、排水系统组成元件各种舰船的排水系统包括下列组成元件：排水工具，吸入和排水管路，附件和操纵系统。1.排水工具舰船上采用水喷射泵和离心式电动泵作为排水工具。排水喷射泵如图3－4是由二个锥形管子，以其狭窄截面相互连接而成。来自消防系统的高压工作水沿与法兰1连接的管路流入喷射泵。当工作水从喷管2的小孔中流出时，获得了很大的速度，通过喷射泵的狭窄截面（喉部）3时，在混合室4内形成真空。由于混合室真空从吸入接管5吸水。水与工作水搅拌在一起后，继续流到扩散管6，在扩散管内水流的动能，由于运动速度减小，重新形成压力。在压力作用下，水进入压力接管。舰船所采用的排水喷射泵由相应的标准规定，见CB633-67。图3－4排水喷射泵由于喷射泵工作水耗量随着消防压力总管压力减小而急剧增加，当压力为7kgf/cm2时，工作水耗量占喷射泵流量的70~80%。因而本装置的效率是很低的。由于排水喷射泵吸入高度低，故排水喷射泵不能用于排水系统有分支的分组线路。虽然喷射泵具有某些良好特性（重量轻、外形尺寸小、结构简单等），但是采用喷射泵作为排水系统仅对小型舰船是适合的。对于大型舰船：航空母舰、巡洋舰、大型商船等，采用电动立式离心泵，是比较适合的排水工具。所采用的离心式排水电动泵见表3－2。表3－2泵的类型流量（m3/h）压力接管的压力（mH2o）吸入高度（mH2o）电动泵300205电动泵600153从表中可以看出，电动泵具有较大的流量，能产生较大的压力和有效大的吸入高度，因此可以适用于弹药舱灌注系统，以及适用于排水系统有分支的分组线路。为了使泵有可能的浸水舱的水下工作，将泵的电动机安装在水密耐压壳体中，工作时电动机用水冷却。所有不自吸的排水离心泵，只有在工作轮浸水情况下才能工作。因此泵应该布置得尽可能低些。除上述排水工具外，在机舱内经常采用透平装置主冷凝器循环泵，或柴油机装置冷却泵作为备用排水用。2.系统管路系统的吸入管路和排出管路应该尽量短。当不可避免较长的管路时，则在通过水密隔壁的地方安装闸阀，以使能够隔断损坏的管路，管路应安装得不可能形成气垫。而在管路最低的地方安装放水塞。系统吸入接管最好敷设在隔舱的最低地方，或装在污水阱内，以便将水完全排除。吸入管路和排出管路的直径由计算决定，通常是采用排水泵的压力接管和吸入接管的直径。排水系统采用由相应标准规定的标准附件和操纵传动装置，为了减小管路内局部阻力的损耗压头，建议采用闸阀作为排水系统的截止附件。由于管路的直径很大，闸阀的尺寸通常是较大的，排水系统的附件由青铜和铸钢制成，吸入接管布置在高出双层底200~250mm的地方，并用格栅遮盖或直接采用吸入滤网，以防止杂物掉入。格栅面积应该为吸入接管截面面积的2.5倍。排水泵、喷射泵以及相应的截止起动附件是由操纵部位进行操纵，操纵件最简单的形式是小轴传动装置，目前气动操纵以及液压操纵均已广泛采用，它们可以在远距离进行操纵，以能迅速、正确、安全、可靠开启阀件。3.对排水系统的技术要求对各种舰船排水系统的设计，是在于更完善地满足对系统所提出的技术要求，可归结为下列各项：①舰船排水系统应该按独立分段的原理设计，而在独立分段的范围内，则按独立线路或分组线路设计；②系统应该具有很强的生命力；③浸水舱中水的排放时间（破孔堵塞后）应该不超过1.5~2小时；④轻型舰船的机舱，允许采用主冷凝器循环泵或柴油机冷却水泵作为备用排水工具；⑤排水泵应尽可能布置在水密围壁内；⑥排出舱中的水应该可以用二台泵进行；⑦电动排水泵应能用来灌注和排出弹药舱、横倾平衡隔舱和纵倾平衡隔舱中的水；⑧泵的结构要能使在浸水舱的水下工作；⑨为了作战时的损管需要，自动操纵附件应考虑集中控制，要简便可靠。四、排水系统计算排水系统计算的内容包括舰船排水工具的流量和数量的计算，以及系统管路直径的计算。为了确定泵的参数和系统管路特性之间的关系，探讨一下舱内水的排出过程（图3－5）。此时，舱内水排出时，引起舰船吃水的改变忽略不计。图3－5排水系统计算图根据舱内水位降低的程序，排水过程在变动压头下进行。在某一时间内，舱内水位离水线距离，而单位时间内舱内排出的水量。此时算式可写成：（3－2）式中——排水泵压头（mH2O）；——排水孔离水线的深度（m）。如图中所见，，因此，当代入公式3－2和相应变换后的方程式为：（3－3）管路内流体运动速度等于：（3－4）式中——排水管路截面面积（m2）。当方程式代入值后，得出：（3－5）则（3－6）式中——系统管路总阻力系数（3－7）无限小的排水时间的间隔内，舱内水位降低值，即（3－8）式中——隔舱内水面面积（m2）；——隔舱水平截面面积（m2）；——隔舱渗透系数。由此得：代入值后得：（3－9）将这方程式的左面在从0到的变化范围内积分，右面在从到的变化范围内积分：（3－10）或（3－11）代入上述边界值后，得出排水泵排出舱内水的排放时间方程式（穿孔堵塞不进水的情况下）：（3－12）或（3－13）在上式中值是开始时刻的情况下，即舱内水位没有背压和灌注压头时，系统排水管路中水的秒耗量，显然，本耗量等于泵的额定流量，即（3－14）代入公式（3－10）后，求得公式的最后形式，用于确定排水泵排出舱中的水所需时间：（3－15）式中——泵的流量（m3/h）。若隔舱浸到水线，则。此时方程式（3－12）列成如下形式：（3－16）若泵的压头仅等于海水压力时，则舱内排水时间将等于：（3－17）即排水时间将等于水通过面积的排水管路自由流出时舱室疏水的时间。此时，泵的作用仅在于克服海水压力，而水在舱内水位压力作用下通过管路自由排出舷外。从求得的方程式3－13，可以作出下述结论：①舱中排水时间与和值无关，即与水线下的排水孔布置无关。②排水时间与系统管路阻力总系数有密切关系。因此，为了减少舱中水的排出时间，必须使系数有最小值。为此，排水管路必须以最短路程引至舷外，以及取用局部阻力系数小的管路附件。所求得的方程式3－13是属于用一台泵排水。当舱内装置m台泵时，对每一台泵单独进行计算。此时，在一台泵上的工作面面积等于。实际上为了确定舱中水的排出时间，排水系统的计算广泛采用简单公式：（3－18）式中——