船舶滑油输送系统的设计及研究

郭 健，许小红

0 引言

滑油输送系统的主要作用[1]是利用岸上的加油设备通过船上的加油站将滑油加入到储存舱中，并利用船上的滑油输送泵将不同舱室的滑油进行调驳。滑油主要起到给设备润滑、冷却、减磨、清洁、密封等作用。根据设备的转速或活塞往复运动的速度不同，需要配备不同粘度等级的滑油进行润滑，不同的油品就构成了不同的系统。

以某船厂建造的2 000车位滚装船（入级CCS，挂旗HONGKONG）为例，根据滑油油品的黏度主要分为气缸油系统（SAE50）、主机滑油系统（SEA30 TBN5～10）和副机滑油系统（SAE30 TBN30～40）。如果主机滑油和副机滑油使用同一性能的滑油，则主机滑油系统和副机滑油系统可以合二为一。

任何系统的设计都需要预先考虑全船所有设备的状态、船舶状态等因素，因为每一个系统均不是单独存在的，全船的所有系统包括其他设施均是一个整体，缺一不可，每一个系统的故障都有可能导致整个船舶的灾难。以下是该船一些相关的参数：

1）主机（韩国STX：MAN 6S42MC）功率：6 480 kW（1台/船）；

2）主机滑油消耗率：约3 kg/cyl./24h～4 kg/cyl./24h；

3）主机气缸油消耗率：0.95 g/kWh～1.5 g/kWh；

4）柴油发电机（安庆大发6DK-20）功率：770 kW（3台/船）；

5）柴油发电机滑油消耗率：1.1 g/kWh；

6）船舶续航力：8 000 n mile；

7）船舶航速：16.7 kn；

8）滑油密度：0.900 t/m3。

本文通过详细介绍滑油输送系统的设计，以及如何确定系统中舱柜的容积、泵的排量和扬程以及管径的大小等来分析系统设计需要注意的事项和设计要点。

1 舱柜容积设计

无论做任何系统设计，舱柜容积的设计[2-3]都必须满足船级社规范和设备厂家的要求。

滑油系统设计之前，主机一般均已经确定下来。此时，所有和主机系统有关的系统设计，船厂都要严格参照主机厂提供的参考系统图设计，在这些参考系统中，一些舱柜的容积和泵的型号和管径，主机厂都已经给了参考值，因此船厂设计的舱柜容积不要小于主机厂的推荐值，且管径都要尽量按照推荐值设计。在实际设计中，设备厂推荐的舱容均为最小舱容，如果设备厂没有推荐舱容，考虑到系统管路以及管路上附件的滑油损失以及舱容和存储（一般舱内储油量为舱容的70%～85%）的关系，一般设计储存舱的舱容均为计算舱容或推荐舱容的1.5倍左右。下面就2 000车位汽车滚装船滑油输送系统中一些常用舱柜舱容是如何设计的做一下说明。

1.1 气缸油储存柜

气缸油储存柜容积的计算公式：

得气缸油储存柜容积的推荐值为8.74 m3。

而该船系统中设计为两个气缸油储存舱，容积分别为9.7 m3和11.1 m3，总20.8 m3，则设计舱容为推荐舱容的2.37倍。

系统中的气缸油储存舱容积完全满足要求。如果设计其他船型，在船体结构合适的情况下，设计成一个15 m3左右的气缸油储存舱也可以满足要求。

1.2 气缸油日用柜

根据规范要求，无人机舱中，气缸油日用柜的容积应能至少保证主机使用8 h，而有人机舱中，气缸油日用柜的容积应能至少保证主机使用24 h，2 000车位汽车滚装船属于有人机舱，因此气缸油日用柜的容积要求应按照24 h计算。

考虑到随着主机使用时间的增多，主机的气缸油效率会有所增加，因此系统中选用的气缸油日用柜的容积为0.6 m3，完全满足要求。

1.3 主机滑油储存舱

滑油储存舱储油量＝滑油循环舱+系统内油量+续航力时间内的滑油消耗量

主机滑油循环舱的容积，现在的主机厂都会给推荐值，这个设计时可以直接参考（但一般要比推荐值要大），2 000车位汽车滚装船主机滑油储存舱推荐值为7.3 m3，但是主机厂家推荐储存舱容积为9.3 m3，实际设计为12.5 m3，满足要求。

系统内油量为系统管路和设备内的油量，这个油量一般相对较少，估计1 m3足够。

所以，滑油储存舱的容积为 12.5+1+0.53＝14.03(m3)。根据容积系数，一般设计舱容为计算舱容的1.3倍～1.5 倍，14.03×1.5＝21 m3，该船设计的主机滑油储存舱容为22.1 m3，也符合要求。

2 泵的设计

一般泵的设计[3-4]均为2台，1台备用。小排量、不常用泵可以采用1台手摇泵作为备用泵。另外所有泵的设计参数均以设备厂家推荐为准。但所有设备厂推荐泵的参数或计算参数也均为最小参数。在实际设计中也要考虑到管路阻力损失、弯头损失、阀件以及管路上的设备、附件阻力损失等，所以排量和压力都要适当增大。

2.1 气缸油输送泵

气缸油输送泵的排量一般按照常规设计为注满气缸油日用油舱不超过2 h～3 h，扬程一般在0.25 MPa～0.35 MPa之间。2 000车气缸油日用柜容积为0.6 m3，按照常规设计的话，气缸油输送泵的排量只需要0.3 m3/h即可，但是在实际的选择中要考虑到泵的选型问题，一般至少选择排量为0.5 m3/h的输送泵。

2.2 滑油输送泵

滑油输送泵主要用于调驳各滑油柜滑油和将滑油驳至舷外，其排量和压头无特殊要求，一般根据船舶和主机功率决定，通常排量设定为5 m3/h，但如果电站负荷允许，也可以适当增大排量来缩短驳运时间。

3 管路设计

系统设计管路时，首先就要考虑管路设计压力、装船前压力和装船后压力。

1）设计压力：是管系最高许用工作压力，一般取系统中泵的排出扬程的1.1倍；

2）装船前压力：车间进行，其试验压力应不小于为1.5倍设计压力，其中的阀和附件其试验压力也为1.5倍设计压力，但不必大于设计压力加7 MPa；

3）装船后压力：船上进行，要求在工作状态下无泄漏，对于油管和油舱加热盘管来说，是1.5倍设计压力但不小于0.4 MPa；对于通过双层底舱和深舱底舱底水管来说，不小于该舱的试验压力；对于液压管系来说，不小于1.25倍设计压力，但不必超过设计压力加7 MPa。

对于管子设计来说，最主要是如何确定管子的管径、壁厚和相关的阀件压力和材料。在设计管子之前，下面的2条必须记住。

1）所有的管路壁厚、压力和材料都必须满足船级社规范和规格书要求；

2）如果设备厂已经给出了相关系统图中的管径和壁厚，一般情况下均要遵守。

按照规范要求和设备设计进口压力、流速等，滑油管内滑油流速均有一个上限值，因此相应的滑油管路均要按照此设计，否则管路流速太大，压力增高，会对阀附件以及设备造成损坏。

3.1 注入和排出管路

注入和排出管路：此管路管径一般设定为在不超过滑油最高流速的情况下，岸上设备大概在2 h～3 h能注满油舱，而对于1万吨以上的船舶，其注入管路管径一般为DN50～DN100之间。根据CCS规范，注入管路上一定要设1个防止超压的设备，通常选用安全阀来防止超压，其设定压力一般设定为系统中泵的最大排出扬程的1.1倍。

3.2 其他滑油管路

其他管路一般都是根据泵的排量和滑油流速来确定：

3.3 管路中的阀及其材料

在设计管路时，一般情况下所有的管路（通常情况下，透气管和溢流管除外）都必须有阀以便于检修。如果管路交叉，则所有的支路上也必须有阀件。但是主机滑油循环舱如果位于双层底，且下面没有隔离空舱与船体外板隔离的话，则这个主机滑油循环舱的透气管就要加阀。另外根据CCS规范要求，海水箱透气管也需要加截止阀。所以系统的设计要随时了解规范的规定。

阀件的型式同样根据规范和规格书选取。如果规范和规格书无特殊说明，一般直接选用截止阀即可，但对于通径较大的阀（一般为大于DN80），则尽量选用外形较小的蝶阀代替截止阀，对于其他截止止回阀、蝶阀和快关阀等，都要根据规范和规格书要求进行设计。

4 设计要点

总的来说，任何系统的设计均要综合考虑规范、规格书、挂旗国要求以及相关设备的信息和施工的难易程度、使用者的方便性，才能准确有效设计出一个合理、合格、完美的系统图。下面在对于滑油系统设计中需要注意的几点要求做如下说明：

1）所有和大型设备有关的系统，船厂在设计前请务必参阅设备厂家推荐的系统图，所有和设备有关的油舱舱容和泵的参数也都必须提前参考设备厂家的推荐。

2）油舱底部的阀都要尽量安装在舱柜上，但因此阀承受了静压，所以不能选用灰铸铁的阀，灰铸铁延展性太差，但可以选用青铜或者铸钢阀件等延展性较好的阀。

3）从安全考虑，油舱驳运出口处一定要装速闭阀，以保证在紧急情况下能迅速关闭管路，从而减少事故发生的机会。

4）从使用角度考虑，所有油舱的测量方式中，都尽量设计一个磁性浮子液位计或平板液位计或手测装置等机械类测量工具，因为采用压力传感器的测量方式一旦出现误差，船员将无法确定油舱液位的准确性。

5）气缸油日用柜的安装高度要严格按照主机厂的推荐高度安装，否则如果高度不够，压差就不够，气缸油不足，有可能造成主机气缸损坏。

6）对于有人机舱，气缸油日用柜和主机滑油循环舱可以设计为只装一个低位报警的液位开关，而不用与泵连锁，因为对于这种比较重要的舱柜，船员每个班次都会检查舱容，定时加油；而对于无人机舱，则必须同时安装高低位报警，并与泵连锁自动起停。

7）主机滑油循环舱如果安装在双层底上，且下面没有隔离空舱与船体外板隔离，则它的透气管上必须安装截止阀。

8）油舱泄放管上要尽量安装自闭式放泄阀，这种阀属于常闭阀，安全性能要比截止阀高，现在有些船设计上处于保险角度考虑，安装了截止阀和自闭式放泄阀两个阀。值得注意的是，如果安装这两个阀，则截止阀要在前面并尽量安装在舱壁上。

9）油舱液位计、液位开关和液位传感器的安装事项。磁性浮子液位计和平板液位计一般安装位置为：下法兰开孔在舱容的10%～15%左右，距离一般为距舱底200 mm～300 mm左右，上法兰开孔在舱容的85%～90%左右，距离一般为距舱顶200 mm左右。低位报警开关一般设定在舱容的30%～35%左右，高位报警开关一般设定在舱容的80%～85%左右，低低位报警和高高位报警一般设定为下调或上调 5%左右。而液位传感器安装位置则应当尽量靠近舱底，一般以距舱底100 mm左右。

10）所有油舱和油泵都必须设有集油盘，油舱的集油盘还要有泄放旋塞。

11）一般情况下，日用舱柜（包括滑油循环舱）上必须有低位报警，泄放舱柜（包括污滑油舱、油渣舱、燃、柴油泄放舱、溢流舱等）必须有高位报警。

5 结论

系统设计是一个复杂的工程，牵一发而动全身。船级社的要求只是一个最低要求。对于船厂来说，做系统设计时不仅要满足船级社、规格书、挂旗国等要求，还要考虑系统的优化设计、施工的难易程度、设备的布置和维修等。

[1]中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册(轮机分册)[M].北京: 国防工业出版社, 1999.

[2]国际海事组织.SOLAS[S].北京: 人民交通出版社,2014.

[3]中国船级社.钢制海船入级规范[S].北京: 人民交通出版社, 2015.

[4]孙培廷.船舶柴油机[M].辽宁大连: 大连海事大学出版社, 2005.