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摘要：柴油机曲轴箱和分油机排渣柜的透气管路布置不当，如水平管段过多、过长，或透气管路直径太小等，均会使得管路透气不畅，减少烟囱的拔风效应。透气管路内部积聚粉尘，易造成柴油机曲轴箱、分油机排渣柜内压力过高或设备维护成本上升，引发设备的非正常运行，甚至重大机损事故。
关键词：透气管路；布置方式；船舶设备；影响
1空气管及通风管的应力分析
1.1设计条件
对位于距首部四分之一区域内的空气管/通风管，安装4个径向支撑肘板，如下图：
1.2空气管头通风筒载荷计算设作用于空气管头
通风筒的水平压强为P1，由式算式计算可得。设空气管头水平方向的最大投影面积为S1，由算式计算可得作用于空气管头/通风筒的水平力F1。则作用在支撑肘板顶部的弯矩算式：
作用在支撑肘板趾部的弯矩算式：
1.3空气管通风管载荷计算设作用于空气管
通风管的水平压强为P2，由算式计算可得：
（1）设至支撑肘板顶部，水平方向的最大投影面积为S21，由计算可得作用于空气管/通风管的水平力F21。则作用在支撑肘板顶部的弯矩算式：
弯曲应力算式：
（2）设至支撑肘板趾部，水平方向的最大投影面积为S22，由计算可得作用于空气管/通风管的水平力F22。则作用在支撑肘板趾部的弯矩算式：
1.4弯曲应力计算
作用在支撑肘板顶部的总弯矩算式：
抗弯截面模数算式：
弯曲应力算式：
抗弯截面模数算式：
1.5应力分析
Q235钢最小屈服应力σy=235MPa，故[σ]=0.8σy=188MPa。以DN350的B型菌形通风筒、DN250的CA型鹅颈式通风筒、DN200ES型空气管头及其下方管段为例，取空气管头/通风筒下方管段高度H2=1000mm，支撑肘板厚度（单边减去2mm腐蚀余量后的净厚度）t2=6mm，进行计算。
（1）支撑肘板顶部的弯曲应力分析
从式中可以看出，对于同一个空气管/通风管，W1为定值。经过计算可知，M1随着H3的增大而减小，为负线性关系。而從式中可得出，σ1与M1为正比例关系。因此，若需减小σ1，则需增大H3；即，支撑肘板顶部处弯曲应力过大时，需加高肘板。根据不同的肘板高度，计算出支撑肘板顶部处弯曲应力值σ1，支撑肘板顶部处弯曲应力值σ1随着支撑肘板高度的增加而减小。对DN350的B型菌形通风筒，取H3=300mm时，σ1=75.0MPa<[σ]，满足要求。对DN250的CA型鹅颈式通风筒，取H3=300mm时，σ1=213.1MPa>[σ]，故需加高肘板；取H3=400mm，σ1=180.5MPa<[σ]，满足要求。对DN200的ES型空气管头，取H3=300mm时，σ1=205.1MPa>[σ]，故需加高肘板；取H3=400mm，σ1=179.2MPa<[σ]，满足要求。
（2）支撑肘板趾部的弯曲应力分析
由计算可知，当L≥100时，W2随着L的增大而增大，为正相关关系；算式进行计算后，可以得出，对于同一个空气管/通风管，M2为定值。而从式中可得出，σ2与W2为反比例关系。因此，若需减小σ2，则需增大L，即支撑肘板趾部处弯曲应力过大时，需加长肘板。根据不同的肘板长度，计算出支撑肘板趾部处弯曲应力值σ2。
2透气管路布置对船舶设备影响案例分析
2.1案例1
某船3台副机在运行约1500h后出现滑油异常消耗情况，消耗值较正常值（18～20L/d）高，达到40～50L/d，同时出现增压器喷嘴环结块、堵塞现象，进而引发增压器在某些工况下发生喘振。维修人员多次更换副机缸头，刚换新后情况有所改善，但一段时间后又再次出现滑油异常消耗情况，故障得不到根本解决。从检修报告和现场照片看，进气阀及其导杆上有明显滑油，说明滑油通过气阀导杆进入气缸，燃烧后结渣，脱落后进入增压器喷嘴环，进而磨损、堵塞喷嘴环。3台副机的故障大同小异。由于该船经常进出长江，出于安全考虑，必须并联使用2台副机。每台副机的实际输出功率约为额定值的50%，扫气压力为0.3bar。轮机长检查发现气缸头罩内正压过高，有时接近0.4bar，使得气缸头内过量的阀门润滑油在气缸吸气过程中通过气阀导杆间隙被吸入气缸内，造成滑油消耗过大。同时，3台副机的曲轴箱透气管路均有1段水平管路，推测为曲轴箱透气不畅使得背压过高，进而导致滑油消耗过大。为验证推论，轮机长拿掉气缸罩的观察盖，采用塑料瓶罩，使气缸头罩内压力泄至大气。3台副机经过近一个半月（不可让油气长期泄至机舱）的使用，再未出现滑油异常消耗的现象，说明曲轴箱背压过高导致滑油的异常消耗。
2.2案例2
某船分油机出现打滑、失速及不能正常分离燃油的现象。该型号分油机说明书要求：若3台分油机共用1个排渣柜，则该排渣柜透气管路的直径应为125mm。船厂实际选用的是直径为65mm的透气管路，不满足透气要求，易导致分油机油渣柜透气不畅。分油机排渣柜在排渣时正压偏高，油气通过分油机下端进入皮带传动轮时易引起皮带打滑，导致分油机失速不能正常分离燃油。油渣柜背压过高导致分油机的异常工作，维修人员打开油渣柜道门，将其内压力释放至机舱内，则分油机工作正常。但打开油渣柜道门仅是权宜之计，属于不安全行为。原直径为65mm的透气管路与其他多根管路平行排列，导致空间有限，难以整改成直径为125mm的透气管路，透气管路长且属于高空作业，整体维修难度和工作量非常大。
2.3案例3
某型号船舶分油机在使用1～2a后，出现分油机油渣柜透气管路内积聚大量粉尘及垃圾的现象，甚至部分管路接近堵塞。仔细查阅管路布置图，发现排气管有较多的水平管段及弯头，而分油机厂家说明书明确要求透气管路的布置需要烟囱效应，即垂直或尽可能垂直。由于分油机在排渣时排出的是高温气体的混合物，即大量高浓度的PM2.5，混合物随气流通过排气管，在经过水平管段及弯头时遇阻并积聚在水平管段内。一段时间的积聚造成管路流通面积减少甚至管路堵塞，进而导致排渣柜透气不畅，不得不拆卸管路进行清洗。由于不少管路位于高处，需要脚手架的辅助，给清理工作带来难度，也给日常维护带来不便，同时也增加船舶设备的管理成本。
结语：
燃油的使用温度高于滑油，燃油柜油雾箱由于温差大更容易产生凝结水。一旦管路堵塞，凝结水排泄不畅，容易导致凝结水通过透气管路进入柴油机曲轴箱，进而污染滑油；或导致油雾箱堵塞，使得凝结水通过透气管路进入气缸油，后果更为严重。另外，油雾箱泄放管路应保持充分畅通，不得设置任何阀门。
参考文献：
[1]向光宇.航道船舶设备的管理措施论述[J].引文版：工程技术，2016（004）.
[2]朱佳文，田娣珺，韩海荣.基于PDM系统的船舶设备属性接口提交及管理技术研究[J].制造业自动化，2017（05）：17-18.
关键词：透气管路；布置方式；船舶设备；影响
1空气管及通风管的应力分析
1.1设计条件
对位于距首部四分之一区域内的空气管/通风管，安装4个径向支撑肘板，如下图：
1.2空气管头通风筒载荷计算设作用于空气管头
通风筒的水平压强为P1，由式算式计算可得。设空气管头水平方向的最大投影面积为S1，由算式计算可得作用于空气管头/通风筒的水平力F1。则作用在支撑肘板顶部的弯矩算式：
作用在支撑肘板趾部的弯矩算式：
1.3空气管通风管载荷计算设作用于空气管
通风管的水平压强为P2，由算式计算可得：
（1）设至支撑肘板顶部，水平方向的最大投影面积为S21，由计算可得作用于空气管/通风管的水平力F21。则作用在支撑肘板顶部的弯矩算式：
弯曲应力算式：
（2）设至支撑肘板趾部，水平方向的最大投影面积为S22，由计算可得作用于空气管/通风管的水平力F22。则作用在支撑肘板趾部的弯矩算式：
1.4弯曲应力计算
作用在支撑肘板顶部的总弯矩算式：
抗弯截面模数算式：
弯曲应力算式：
抗弯截面模数算式：
1.5应力分析
Q235钢最小屈服应力σy=235MPa，故[σ]=0.8σy=188MPa。以DN350的B型菌形通风筒、DN250的CA型鹅颈式通风筒、DN200ES型空气管头及其下方管段为例，取空气管头/通风筒下方管段高度H2=1000mm，支撑肘板厚度（单边减去2mm腐蚀余量后的净厚度）t2=6mm，进行计算。
（1）支撑肘板顶部的弯曲应力分析
从式中可以看出，对于同一个空气管/通风管，W1为定值。经过计算可知，M1随着H3的增大而减小，为负线性关系。而從式中可得出，σ1与M1为正比例关系。因此，若需减小σ1，则需增大H3；即，支撑肘板顶部处弯曲应力过大时，需加高肘板。根据不同的肘板高度，计算出支撑肘板顶部处弯曲应力值σ1，支撑肘板顶部处弯曲应力值σ1随着支撑肘板高度的增加而减小。对DN350的B型菌形通风筒，取H3=300mm时，σ1=75.0MPa<[σ]，满足要求。对DN250的CA型鹅颈式通风筒，取H3=300mm时，σ1=213.1MPa>[σ]，故需加高肘板；取H3=400mm，σ1=180.5MPa<[σ]，满足要求。对DN200的ES型空气管头，取H3=300mm时，σ1=205.1MPa>[σ]，故需加高肘板；取H3=400mm，σ1=179.2MPa<[σ]，满足要求。
（2）支撑肘板趾部的弯曲应力分析
由计算可知，当L≥100时，W2随着L的增大而增大，为正相关关系；算式进行计算后，可以得出，对于同一个空气管/通风管，M2为定值。而从式中可得出，σ2与W2为反比例关系。因此，若需减小σ2，则需增大L，即支撑肘板趾部处弯曲应力过大时，需加长肘板。根据不同的肘板长度，计算出支撑肘板趾部处弯曲应力值σ2。
2透气管路布置对船舶设备影响案例分析
2.1案例1
某船3台副机在运行约1500h后出现滑油异常消耗情况，消耗值较正常值（18～20L/d）高，达到40～50L/d，同时出现增压器喷嘴环结块、堵塞现象，进而引发增压器在某些工况下发生喘振。维修人员多次更换副机缸头，刚换新后情况有所改善，但一段时间后又再次出现滑油异常消耗情况，故障得不到根本解决。从检修报告和现场照片看，进气阀及其导杆上有明显滑油，说明滑油通过气阀导杆进入气缸，燃烧后结渣，脱落后进入增压器喷嘴环，进而磨损、堵塞喷嘴环。3台副机的故障大同小异。由于该船经常进出长江，出于安全考虑，必须并联使用2台副机。每台副机的实际输出功率约为额定值的50%，扫气压力为0.3bar。轮机长检查发现气缸头罩内正压过高，有时接近0.4bar，使得气缸头内过量的阀门润滑油在气缸吸气过程中通过气阀导杆间隙被吸入气缸内，造成滑油消耗过大。同时，3台副机的曲轴箱透气管路均有1段水平管路，推测为曲轴箱透气不畅使得背压过高，进而导致滑油消耗过大。为验证推论，轮机长拿掉气缸罩的观察盖，采用塑料瓶罩，使气缸头罩内压力泄至大气。3台副机经过近一个半月（不可让油气长期泄至机舱）的使用，再未出现滑油异常消耗的现象，说明曲轴箱背压过高导致滑油的异常消耗。
2.2案例2
某船分油机出现打滑、失速及不能正常分离燃油的现象。该型号分油机说明书要求：若3台分油机共用1个排渣柜，则该排渣柜透气管路的直径应为125mm。船厂实际选用的是直径为65mm的透气管路，不满足透气要求，易导致分油机油渣柜透气不畅。分油机排渣柜在排渣时正压偏高，油气通过分油机下端进入皮带传动轮时易引起皮带打滑，导致分油机失速不能正常分离燃油。油渣柜背压过高导致分油机的异常工作，维修人员打开油渣柜道门，将其内压力释放至机舱内，则分油机工作正常。但打开油渣柜道门仅是权宜之计，属于不安全行为。原直径为65mm的透气管路与其他多根管路平行排列，导致空间有限，难以整改成直径为125mm的透气管路，透气管路长且属于高空作业，整体维修难度和工作量非常大。
2.3案例3
某型号船舶分油机在使用1～2a后，出现分油机油渣柜透气管路内积聚大量粉尘及垃圾的现象，甚至部分管路接近堵塞。仔细查阅管路布置图，发现排气管有较多的水平管段及弯头，而分油机厂家说明书明确要求透气管路的布置需要烟囱效应，即垂直或尽可能垂直。由于分油机在排渣时排出的是高温气体的混合物，即大量高浓度的PM2.5，混合物随气流通过排气管，在经过水平管段及弯头时遇阻并积聚在水平管段内。一段时间的积聚造成管路流通面积减少甚至管路堵塞，进而导致排渣柜透气不畅，不得不拆卸管路进行清洗。由于不少管路位于高处，需要脚手架的辅助，给清理工作带来难度，也给日常维护带来不便，同时也增加船舶设备的管理成本。
结语：
燃油的使用温度高于滑油，燃油柜油雾箱由于温差大更容易产生凝结水。一旦管路堵塞，凝结水排泄不畅，容易导致凝结水通过透气管路进入柴油机曲轴箱，进而污染滑油；或导致油雾箱堵塞，使得凝结水通过透气管路进入气缸油，后果更为严重。另外，油雾箱泄放管路应保持充分畅通，不得设置任何阀门。
参考文献：
[1]向光宇.航道船舶设备的管理措施论述[J].引文版：工程技术，2016（004）.
[2]朱佳文，田娣珺，韩海荣.基于PDM系统的船舶设备属性接口提交及管理技术研究[J].制造业自动化，2017（05）：17-18.