3800TEU集装箱船舱底水泵选型分析

于扬春，蒋烈文

(上海船厂船舶有限公司，上海 200082)

0 引言

舱底水系统是船舶的重要组成部分，其功能是将舱底积水排出舷外（机器处所的舱底水经过处理后排出），而且在应急情况下，依靠它来排出由于船体破损而大量进入的海水。公司为德国汉堡公司建造的3800箱集装箱船是按德国劳氏船级社(以下简称“GL”)规范建造，根据轮机工程手册，舱底水泵的压头（扬程）一般为0.2MPa～0.3MPa，大型船舶舱底水泵的压头为0.5MPa，而兼着消防泵时其扬程一般为0.5 MPa～0.8MPa（50m～80 m）[1]。本文通过该船实船方案设计阶段的分析，对舱底水泵选型进行了计算和分析。

1 技术参数

本船垂线间长Lpp为228m，船宽B为37.30m，至舱壁甲板的型深D为19.60m。

2 舱底水泵选型计算

2.1 舱底水泵数量及流量确定

根据GL船级社规定：

其中，d1为舱底水总管的计算内径。因此，d1=211.9mm。取舱底水总管φ273×9.5mm。

2.2 舱底水泵的排量

每台舱底水泵必须能传送：

其中，Q为最小排量，m3/h；dH=d1为舱底水总管的计算内径，mm。

根据规范，一般大于2000总吨的货船选择两台独立驱动的有自吸能力或带自吸装置的舱底泵。故该船选取两台独立动力带自吸装置的舱底水泵。

2.3 舱底水泵的压头计算

泵是用来提供液体机械能的一种机械，按用途可以分为输送液体为主的输送泵和以能量传递为主的液压泵。舱底水泵作为一种输送泵，其扬程选择主要是由总流能量方程（伯努利方程）来确定，具体如下：

其中：

位置高度z是给定值；重度γ可根据密度ρ由公式γ=ρg计算得出；流速v可由流量Q和管径d得出:；沿程水头损失;局部水头损失；动能修正系数α在紊流时通常为1，层流时则为2，由于层流的情况比较少，故工程上通常取为1。

因此，泵所产生的扬程主要是用于克服吸、排管路间的压力差 、高度差 与管路阻力∑h，即：。

3 管路阻力的计算

3.1 液流流态判断及沿程阻力系数的确定

沿程阻力系数通常与流态、壁面状况、断面特性等因素有关。液流流态是通过雷诺数来判断，雷诺数为：

其中，v为管道中平均流速；d为管道直径； 为运动粘度。

临界雷诺数为：

由于临界流速有两个，因此临界雷诺数也有两个，即上临界雷诺数和下临界雷诺数。试验发现上临界雷诺数易受外界干扰，数值不稳定，下临界雷诺数却是个比较稳定的数值。因此一般以下临界雷诺数作为判别流态的标准，试验得到管流的下临界雷诺数为Rec=2320。

当管中Re小于Rec时，管中液流为层流；当管中Re大于Rec时，管中液流为紊流。圆管的沿程阻力系数λ的确定分以下三个区进行[4]：

1）当Re小于2320时，液流流态为层流，沿程阻力系数λ=64/Re；

2）当2320≤Re≤4000时，流态不稳定，处于临界状态，流态由层流开始转变为紊流，沿程阻力系数由扎依钦科经验公式求得λ=0.0025Re1/3；

3）当Re不小于4000时，流态为紊流，沿程阻力系数由柯列布鲁克公式求得：

其中，△为管材当量粗糙度。

3.2 局部水头损失计算

各种局部阻力损失的形式虽然不同，但造成损失的物理因素是相同的，都可以用来表示。局部阻力系数很难从理论上得出数据，一般都是通过实验测得，可以从相关的手册中直接查到。一般对于船舶来说，舱底水的排出是经由污水井、泥箱、截止止回阀、舱底水泵、截止阀、舷旁截止止回阀等而排出舷外的，而管路中的阀附件、弯头等是局部阻力造成的重要因素，本船舱底水总管为Φ273×9.5mm（及通径DN250），由设计手册中查出泥箱的局部阻力系数ξ1=2.6，截止止回阀ξ2=2.5，截至阀ξ3=2.1。由于管路走向要具体放样才能确定，粗略估算为两个弯曲半径为3倍内径的90°弯头和25°左右的折角弯，其局部阻力系数ξ4=1.5[5]，因此：

3.3 管路总阻力

其中，k为富裕系数，取k=1.5，故∑h=1.5×（2.04+4.25）=9.5m。

3.4 泵的扬程估算

4 结束语

本文通过3800TEU舱底水泵选型计算和分析，明确了泵的选型需要注意船检社的要求以及实船对泵的流量和压力的要求，对如何选择最佳设备提供了参考和计算依据。

[1]陈绍纲.轮机工程手册[M].北京: 人民交通大学出版社, 1992:861-875.

[2]GL.Rules & Guidelines[S].2011:11-37.

[3]郑士君, 孙永明.船舶辅机[M].大连: 大连海事大学出版社, 2003: 2-5.

[4]郭荣良.流体力学及应用[M].北京: 机械工业出版社, 1996:136-13.

[5]陈可越.轮机设计实用手册[M].北京: 中国交通出版社, 2007:430-447.