论文部分内容阅读
【摘 要】本文介绍了根据船舶在北方过冬的实际需要，“金雄”加装了挖掘机舱防冻保温系统，该系统包括电加热暖风装置和热水循环防冻保温系统。分析了加装系统的必要性，着重介绍了系统的组成和工作原理，以及其取得的实效。
【关键词】抓斗船；防冻保温；加热系统；余热利用
0.引言
“金雄”是国内首创自主设计制造的第一艘30m3抓斗式挖泥船，2009年5月9日建成出厂，为世界上采用奥米茄液力变矩器驱动的最大型抓斗船之一。该船的关键设备——AIC160-400GT型全回转式挖掘机，由日本AI工业株式会社负责设计和建造，挖掘机舱尺寸：长×宽×高=16.4×14.6×3.8（m），舱室底部离主甲板高5.134m。
原设想“金雄”一般在南方施工，设计未考虑防冻问题，由于工程需要，该船需到北方工地施工，因此，必须考虑“金雄”挖掘机舱冬天的保温防冻问题，保温系统的设计加装工作需在出厂前完成。
1.加装防冻保温系统的必要性及其具体内容和工作原理
挖掘机舱在主甲板之上，空间大，透风地方多，密封困难，在北方冬天0℃以下气温，为防止主机淡水结冰和柴油凝结堵塞滤器，“金雄”挖掘机舱主机高置淡水箱、燃油循环柜、左、右燃油日用柜和主机淡水系统、舱内空间等需进行防冻保暖工作。经过综合分析，确定了防冻保温系统方案，包括：电加热暖风装置和由电加热水循环系统和主机冷却水余热利用系统组成的热水循环系统。挖掘机舱的AC380V电缆总线额定功率为150kw，正常施工时用电设备最大功率为120kw，因此，加装的电加热暖风装置总功率确定为30kw。在冬天正常施工时，循环的热水来源主要是主机冷却淡水，电加热水进行补充；停工时，循环的热水来源只有电加热水。保温系统的安装、调试工作于2009年4月3日顺利完成。下面分别具体介绍：
1.1电加热暖风装置
装置由3台3相、380V、10kW的CNF（D）-10船用电加热暖风机及其控制箱组成，暖风机分别安装在挖掘机舱的左、右、后3个区域，保证了舱内温度的基本均匀。在天气寒冷的停工状态时，为保证舱内空间的密封性，需将舱顶6台轴流风机风口关闭，钢丝出口用保暖材料封堵。如3台暖风机都在运转，舱内气温仍在0℃以下，则应打开放残旋塞，将无法用电加热水循环系统保暖的主机机油、液压油等冷却器内残存的海水和控制空气中的水分等泄放干净，以防结冰。
1.2热水循环系统
1.2.1热水循环系统管路的工作原理
热水循环系统管路如上图，主要部件包括：1个1m3电加热水箱、1#、2#、3#板式换热器、2台6M3/h齿轮油泵、1台3m3/h齿轮油泵、1台20m3/h热水循环泵、管路、阀件等。停工时，循环热水对主机系统淡水、燃油循环柜燃油和左、右燃油日用柜燃油等进行加热，为了节省能源，提高经济性，系统装有转换阀，主机运转时，通过阀转换，可利用主机系统淡水循环加热燃油循环柜和左、右燃油日用柜燃油。当系统停用时，F1～F6截止阀保持关闭。
①停工状态，如需启用热水系统，打开F1、F2、F4、F5、F6截止阀，保持F3关闭，起动循环泵，水泵吸入管经F5 、F1阀分别从电热水箱和主机淡水循环出水管吸水，加压后经F4排出，分开3路分别流经1#、2#、3#板式换热器淡水腔后汇集至回水总管，回水总管分开两路，一路经F2阀流回主机循环淡水进水管，一路经F6阀回到主机高置水箱，电加热水箱和主机高置水箱的低位装有带碟阀的连通管，高位装有连通透气管，高置水箱淡水通过连通管流到电热水箱，系统循环产生的空气从回水总管或电热水箱进入高置水箱透气管排出，这样热水便在热水箱、循环水泵和1#、2#、3#板式换热器以及高置水箱中形成一闭路循环。主机淡水循环出水管、循环水泵、主机淡水冷却器、机体和主机淡水循环进水管也形成另一闭路循环，其系统补水从高置水箱经原有的补水管进入淡水循环进水管，系统空气经原有的透气管进入高置水箱透气管。起动3台油泵，油泵吸入管分别从3个油柜吸油加压后从排出管排出经1#、2#、3#板式换热器中的油腔回流至本油柜，形成3个不断循环的回路，换热器中燃油和热水分别在热交换板的两侧流动，热水通过交换板将热量传给燃油，因为换热器是由多块很薄的金属热交换板组成，换热面积大，换热效率高，效果良好。
②当主机运转时，停止电加热系统，利用主机的系统淡水循环加热3个油柜燃油。关闭F5、F4、F6阀，打开F1、F2、F3阀，主机自带离心淡水泵从吸入管吸水加压排出，经机体水腔冷却缸套、缸头和增压器轴承后分开两路，一路流经淡水冷却器后再回到吸入管，另一路经F1、F3阀后分别流经1#、2#、3#板式换热器后汇集到回水总管经F2回到吸入管，依此不断循环。起动3台油泵后，燃油便分别在相应的油柜、油泵和换热器间不断循环流动，在换热器里主机淡水与燃油进行热交换。正常运转时，主机系统淡水在73℃左右，通过综合调节F1、F2、F3和1#、2#、3#板式换热器进、出水管阀的阀芯开度，各油柜的燃油能保持在30℃左右的合适油温。
1.2.2热水循环控制系统的工作原理
控制系统的主要部件包括控制箱、3组380V 20KW加热器、Pt100探头、液位控制器、3台0.75kW油泵电机，1台3.0kW循环水泵电机等，基本工作原理如下：
①上合电源总开关QS和3组加热器开关QF1、QF2、QF3及水泵油泵开关QF4，缺相保护继电器K1、K2、K3通电，触头合上，控制线路接通，电源指示灯HR1量。按起动按钮，如热水箱水位正常，液位控制开关LE1合上，KM4接触器通电，其触头合上，循环水泵运转，系统运行指示灯亮，如热水箱水位低，LE1断开，HA警铃声响，故障指示灯HR2量，需对水箱进行补水。
②合上按钮，KM5、KM6、KM7接触器通电，其触头闭合分别接通1#、2#、3#油泵运转，相应运转指示灯HG5、HG6、HG7亮。在循环水泵和3台油泵主线路分别装有KH1、KH2、KH3、KH4热继电器，当循环水泵和3台油泵出现故障，主线路电流过大超过整定值时，热继电器控制触头断开，相应泵断开，报警线路接通，HA警铃声响，故障指示灯HR2亮。
③将转换开关旋至手动位，合上按钮，KM1、KM2、KM3接触器通电，其触头闭合分别接通1#、2#、3#加热管，相应指示灯HG2、HG3、HG4亮。将转换开关旋至自动位，手动/自动连锁继电器接通，触头K5断开，锁定手动控制线路处断开状态，防止手动误操作合闸加热器。加热器的通断电由接受BT1温控器输出电压信号控制的正反序启动控制器KT1控制，BT1与装在电热水柜内随水温变化而阻值变化的热电阻Pt100连接，并将热电阻阻值对应的温度值显示在面板上，同时输出相应电压信号到控制器KT1。通过操作BT1上的“SET”和“▲▼”等按键，可设定加热水温值和加热器启停的水温差值，温差值一般设为5℃。
2.防冻保温系统的运行使用效果
“金雄”于2009年6月至2010年12月在营口工地施工，系统在2个寒冬的运行情况如下：
（1）挖掘机舱密封良好的情况下，运转3台380V、10kw电热暖风机可将舱内气温提高约10℃。
（2）主机运转时，主机冷却淡水通过3台换热器换热，可将油柜油温稳定保持在28℃以上。
（3）停工时，设定加热水箱温度值为45℃，温差值5℃，控制系统工作稳定，水温保持在40～45℃范围，主机系统淡水温度在37～42℃，3个燃油柜油温在23～28℃，完全满足防冻保温要求。
3.结语
综上所述，金雄挖掘机舱防冻保温系统运行稳定，效果良好，保障了挖泥设备的安全，达到了设计要求；保证船舶安全地渡过了北方寒冷的冬天，达到了改造的目的。
【关键词】抓斗船；防冻保温；加热系统；余热利用
0.引言
“金雄”是国内首创自主设计制造的第一艘30m3抓斗式挖泥船，2009年5月9日建成出厂，为世界上采用奥米茄液力变矩器驱动的最大型抓斗船之一。该船的关键设备——AIC160-400GT型全回转式挖掘机，由日本AI工业株式会社负责设计和建造，挖掘机舱尺寸：长×宽×高=16.4×14.6×3.8（m），舱室底部离主甲板高5.134m。
原设想“金雄”一般在南方施工，设计未考虑防冻问题，由于工程需要，该船需到北方工地施工，因此，必须考虑“金雄”挖掘机舱冬天的保温防冻问题，保温系统的设计加装工作需在出厂前完成。
1.加装防冻保温系统的必要性及其具体内容和工作原理
挖掘机舱在主甲板之上，空间大，透风地方多，密封困难，在北方冬天0℃以下气温，为防止主机淡水结冰和柴油凝结堵塞滤器，“金雄”挖掘机舱主机高置淡水箱、燃油循环柜、左、右燃油日用柜和主机淡水系统、舱内空间等需进行防冻保暖工作。经过综合分析，确定了防冻保温系统方案，包括：电加热暖风装置和由电加热水循环系统和主机冷却水余热利用系统组成的热水循环系统。挖掘机舱的AC380V电缆总线额定功率为150kw，正常施工时用电设备最大功率为120kw，因此，加装的电加热暖风装置总功率确定为30kw。在冬天正常施工时，循环的热水来源主要是主机冷却淡水，电加热水进行补充；停工时，循环的热水来源只有电加热水。保温系统的安装、调试工作于2009年4月3日顺利完成。下面分别具体介绍：
1.1电加热暖风装置
装置由3台3相、380V、10kW的CNF（D）-10船用电加热暖风机及其控制箱组成，暖风机分别安装在挖掘机舱的左、右、后3个区域，保证了舱内温度的基本均匀。在天气寒冷的停工状态时，为保证舱内空间的密封性，需将舱顶6台轴流风机风口关闭，钢丝出口用保暖材料封堵。如3台暖风机都在运转，舱内气温仍在0℃以下，则应打开放残旋塞，将无法用电加热水循环系统保暖的主机机油、液压油等冷却器内残存的海水和控制空气中的水分等泄放干净，以防结冰。
1.2热水循环系统
1.2.1热水循环系统管路的工作原理
热水循环系统管路如上图，主要部件包括：1个1m3电加热水箱、1#、2#、3#板式换热器、2台6M3/h齿轮油泵、1台3m3/h齿轮油泵、1台20m3/h热水循环泵、管路、阀件等。停工时，循环热水对主机系统淡水、燃油循环柜燃油和左、右燃油日用柜燃油等进行加热，为了节省能源，提高经济性，系统装有转换阀，主机运转时，通过阀转换，可利用主机系统淡水循环加热燃油循环柜和左、右燃油日用柜燃油。当系统停用时，F1～F6截止阀保持关闭。
①停工状态，如需启用热水系统，打开F1、F2、F4、F5、F6截止阀，保持F3关闭，起动循环泵，水泵吸入管经F5 、F1阀分别从电热水箱和主机淡水循环出水管吸水，加压后经F4排出，分开3路分别流经1#、2#、3#板式换热器淡水腔后汇集至回水总管，回水总管分开两路，一路经F2阀流回主机循环淡水进水管，一路经F6阀回到主机高置水箱，电加热水箱和主机高置水箱的低位装有带碟阀的连通管，高位装有连通透气管，高置水箱淡水通过连通管流到电热水箱，系统循环产生的空气从回水总管或电热水箱进入高置水箱透气管排出，这样热水便在热水箱、循环水泵和1#、2#、3#板式换热器以及高置水箱中形成一闭路循环。主机淡水循环出水管、循环水泵、主机淡水冷却器、机体和主机淡水循环进水管也形成另一闭路循环，其系统补水从高置水箱经原有的补水管进入淡水循环进水管，系统空气经原有的透气管进入高置水箱透气管。起动3台油泵，油泵吸入管分别从3个油柜吸油加压后从排出管排出经1#、2#、3#板式换热器中的油腔回流至本油柜，形成3个不断循环的回路，换热器中燃油和热水分别在热交换板的两侧流动，热水通过交换板将热量传给燃油，因为换热器是由多块很薄的金属热交换板组成，换热面积大，换热效率高，效果良好。
②当主机运转时，停止电加热系统，利用主机的系统淡水循环加热3个油柜燃油。关闭F5、F4、F6阀，打开F1、F2、F3阀，主机自带离心淡水泵从吸入管吸水加压排出，经机体水腔冷却缸套、缸头和增压器轴承后分开两路，一路流经淡水冷却器后再回到吸入管，另一路经F1、F3阀后分别流经1#、2#、3#板式换热器后汇集到回水总管经F2回到吸入管，依此不断循环。起动3台油泵后，燃油便分别在相应的油柜、油泵和换热器间不断循环流动，在换热器里主机淡水与燃油进行热交换。正常运转时，主机系统淡水在73℃左右，通过综合调节F1、F2、F3和1#、2#、3#板式换热器进、出水管阀的阀芯开度，各油柜的燃油能保持在30℃左右的合适油温。
1.2.2热水循环控制系统的工作原理
控制系统的主要部件包括控制箱、3组380V 20KW加热器、Pt100探头、液位控制器、3台0.75kW油泵电机，1台3.0kW循环水泵电机等，基本工作原理如下：
①上合电源总开关QS和3组加热器开关QF1、QF2、QF3及水泵油泵开关QF4，缺相保护继电器K1、K2、K3通电，触头合上，控制线路接通，电源指示灯HR1量。按起动按钮，如热水箱水位正常，液位控制开关LE1合上，KM4接触器通电，其触头合上，循环水泵运转，系统运行指示灯亮，如热水箱水位低，LE1断开，HA警铃声响，故障指示灯HR2量，需对水箱进行补水。
②合上按钮，KM5、KM6、KM7接触器通电，其触头闭合分别接通1#、2#、3#油泵运转，相应运转指示灯HG5、HG6、HG7亮。在循环水泵和3台油泵主线路分别装有KH1、KH2、KH3、KH4热继电器，当循环水泵和3台油泵出现故障，主线路电流过大超过整定值时，热继电器控制触头断开，相应泵断开，报警线路接通，HA警铃声响，故障指示灯HR2亮。
③将转换开关旋至手动位，合上按钮，KM1、KM2、KM3接触器通电，其触头闭合分别接通1#、2#、3#加热管，相应指示灯HG2、HG3、HG4亮。将转换开关旋至自动位，手动/自动连锁继电器接通，触头K5断开，锁定手动控制线路处断开状态，防止手动误操作合闸加热器。加热器的通断电由接受BT1温控器输出电压信号控制的正反序启动控制器KT1控制，BT1与装在电热水柜内随水温变化而阻值变化的热电阻Pt100连接，并将热电阻阻值对应的温度值显示在面板上，同时输出相应电压信号到控制器KT1。通过操作BT1上的“SET”和“▲▼”等按键，可设定加热水温值和加热器启停的水温差值，温差值一般设为5℃。
2.防冻保温系统的运行使用效果
“金雄”于2009年6月至2010年12月在营口工地施工，系统在2个寒冬的运行情况如下：
（1）挖掘机舱密封良好的情况下，运转3台380V、10kw电热暖风机可将舱内气温提高约10℃。
（2）主机运转时，主机冷却淡水通过3台换热器换热，可将油柜油温稳定保持在28℃以上。
（3）停工时，设定加热水箱温度值为45℃，温差值5℃，控制系统工作稳定，水温保持在40～45℃范围，主机系统淡水温度在37～42℃，3个燃油柜油温在23～28℃，完全满足防冻保温要求。
3.结语
综上所述，金雄挖掘机舱防冻保温系统运行稳定，效果良好，保障了挖泥设备的安全，达到了设计要求；保证船舶安全地渡过了北方寒冷的冬天，达到了改造的目的。