PAGEPAGE55第三章艙底排水及疏水系統(tǒng)第一節(jié)排水系統(tǒng)一、排水系統(tǒng)的用途艦船上的排水系統(tǒng)是當艦船水下部分戰(zhàn)斗破損前或航行破損時，用來排除進入艦船內(nèi)部大量海水的必要設(shè)施和保證艦船不沉性的有力工具。當艦船由于與其他船舶碰撞或擱淺以及在戰(zhàn)斗時被炮彈擊中，或受到魚雷、水雷的爆炸等原因，艦只的水下部分遭到破損，從這些破孔中就會進入大量海水。為了估計艦船排水工具的性能，需確定在一定舷外水壓力下，通過破孔進入艙內(nèi)的水量Q，可以利用下述近似公式計算：（3－1）式中——耗量系數(shù)；——破孔面積（m2）；——水線下破孔中心深度（m）；——重力加速度，9.81（m./s2）。對各種和下的值計算結(jié)果見表3－1。從表3.1.1可見，盡管當破孔直徑為1.13m，處于這樣淺的深度時，已經(jīng)進入大量的水（），以致無法用艦艇排水工具防止其淹入艙內(nèi)。所以要保證艦船的不沉性，并不能完全依靠艦船排水工具。計算表明當艦船有破孔時，若不把破孔暫時堵塞，要將浸水艙中的水排出到有效水線實際上是不可能的，為此，全船應(yīng)按實際需要以及保證生命力的前提下，劃分水密隔艙。表3－1經(jīng)破孔進入艙內(nèi)的水量破孔面積（m2）破孔直徑d（m）經(jīng)破孔進入的水量（m3/h）=1m=2m=5m=10m0.10.3559601360215030300.50.8004800680010750151501.01.1396001360021500303005.02.524800068000107500151500盡管這樣，艦船上的排水系統(tǒng)作為保證不沉性的整套工具，其戰(zhàn)斗使用不是在減少，而是在增加。因為在現(xiàn)代條件下，船體水下部分損壞的或然率大大地增長。緊急排水系統(tǒng)的任務(wù)就是要將大量的水從船上各艙室中排出。因此在設(shè)計排水能力時，應(yīng)保證在1.5~2h內(nèi)，能將進入艙內(nèi)的海水完全排出。各類艦船上排水系統(tǒng)戰(zhàn)斗使命的特點，歸結(jié)于完成下述幾個作用：①破孔堵塞后排出浸水艙中大量的水；②排除由于隔艙四壁水密性破損而滲入艙內(nèi)的水；③彈藥艙、橫傾平衡隔艙和縱傾平衡隔艙排水；④利用排水工具供彈藥艙、縱傾平衡隔艙和橫傾平衡隔艙灌注。二、一般布置原則排水系統(tǒng)可以按照單獨、分組或集中控制的原理來敷設(shè)。究竟采用哪種排水方式應(yīng)該根據(jù)船舶等級和此系統(tǒng)本身及所要排水的艙室對于船舶生命力的意義來決定的。在大型艦艇：航空母艦、巡洋艦和艦隊驅(qū)逐艦上，排水系統(tǒng)設(shè)計成獨立系統(tǒng)。在小型水面艦艇：掃雷艦、護衛(wèi)艦上，有時為了減輕重量，排水系統(tǒng)與疏水系統(tǒng)并在一起。在潛艇上大多采用集中控制的原理，商船一般采用獨立或分組原則。在現(xiàn)代水面艦艇上，排水系統(tǒng)按獨立分段原則設(shè)計，而在獨立分段范圍內(nèi)，排水系統(tǒng)通常按獨立線路或分組線路設(shè)計。此時，排水系統(tǒng)可設(shè)計成：①在所有獨立分段范圍內(nèi)按獨立線路或分組線路設(shè)計；②艦艇中部主要的獨立分段的排水系統(tǒng)按獨立線路設(shè)計，而艏艉兩端的獨立分段按分組線路設(shè)計。排水系統(tǒng)設(shè)計成獨立線路，主要是用于艦船上用水噴射泵作為排水工具的場合。由于排水噴射泵流量限止在250~300m3/h以內(nèi)，因而這種排水系統(tǒng)的獨立線路只能用在巡洋艦以下的輕型艦艇上。圖3－1所示原理圖，為輕型艦艇上一個隔艙內(nèi)的排水系統(tǒng)。在每一個隔艙安裝流量為250~300m3/h的水噴射泵作為排水工具，如圖所示，排水噴射泵1通過吸入接管2，吸入隔艙內(nèi)的水，并且沿排水接管3排至舷外，在排水接管上安裝二個閥，一個是船底閘閥4（即截止閘閥或工作閘閥），另一個是止回閥5，用以防止水從舷外進入隔艙。為了更徹底除去艙中的水，有時將噴射泵的吸入接管放在大尺寸的集水井6內(nèi)，來自消防總管7的工作水通過截止閥8進入噴射泵。截止閥和底部閘閥從裝甲甲板處，用雙聯(lián)甲板套筒9和小軸傳動裝置10同時操縱。圖3－1排水系統(tǒng)原理圖圖3－2獨立排水系統(tǒng)圖艦隊驅(qū)逐艦、護衛(wèi)艦、掃雷艦及其它輕型艦艇的隔艙內(nèi)獨立排水系統(tǒng)的線路圖3－2，與上述的線路僅是排水接管出口端不同。本圖排水接管及其舷邊孔在設(shè)計水線以上。這樣在航行時可以修理舷側(cè)附件。同時排水接管上不要安裝第二個閥，而僅用圖上所示的一個截止止回閥5就可以了。圖3－3排水系統(tǒng)分組線路圖從排水系統(tǒng)工作效率方面來看，在水線上面的排水管不比水線下面排水接管優(yōu)越。無論何種情況，排水接管從泵到舷部的線路應(yīng)該是最短的，以使排水接管的損耗壓頭為最小。上述排水系統(tǒng)獨立線路具有一系列嚴重缺點。排水系統(tǒng)的能力，受到流量不超過250~300m3/h的排水噴射泵限制，這樣的流量，對現(xiàn)代艦艇是不夠的。排水噴射泵的工作依靠水消防系統(tǒng)是不適當?shù)摹⒂捎诟襞撝挥幸粋€噴射泵，因此當其損壞時，隔艙失去排水工具。此外，如實際情況所指出的，排水噴射泵的工作在很多情況下效率十分低，消除這些缺點的方法，是將水噴射泵更換為具有很大流量的離心式電動泵和按分組線路來設(shè)計排水系統(tǒng)。通常，當離心式電動泵作為排水工具使用情況下，排水系統(tǒng)按分組線路設(shè)計。圖3－3所示為艦隊驅(qū)逐艦上排水系統(tǒng)分組線路，在艦船上安裝三臺流量各為300m3/h的電動離心式排水泵1作為排水工具。此外，為了排水在汽輪艙采用流量各為600m3/h的循環(huán)泵2，整條艦船分成二個獨立分段，其中第一個獨立分段對排水系統(tǒng)分組設(shè)計而言，是比較典型的。為了提高系統(tǒng)的生命力，吸入管路3設(shè)計成使被主橫隔壁隔開的每一個大的隔艙，可以用二臺泵同時排水。因此，若其中一臺泵損壞時，則隔艙不會失去排水工具，因為可以用另一臺泵排水。在系統(tǒng)管路上安裝由上甲板操縱的吸入閘閥。此外，在泵前面吸入管路上安裝止回閥（舌閥）5。有這二種閥就可以避免水從舷外通過泵進入隔艙。在排出接管上各安裝二個閘閥；一個船底閥6，是常開的，另一個截止閥7，處于關(guān)閉位置，并從艦船上甲板操縱。艏艉隔艙的泵同樣可用來灌注彈藥艙。為此附加有一個舷邊吸入孔8和二個閘閥9和10。泵可以通過這些舷邊吸入孔，從舷外吸水，并將水送入管路11，供彈藥艙灌水。用閥12可將水從一個艙室移注到另一個艙。在實際設(shè)計過程中，根據(jù)具體情況可采用排水噴射泵和電動離心式排水泵組合的形式。三、排水系統(tǒng)組成元件各種艦船的排水系統(tǒng)包括下列組成元件：排水工具，吸入和排水管路，附件和操縱系統(tǒng)。1.排水工具艦船上采用水噴射泵和離心式電動泵作為排水工具。排水噴射泵如圖3－4是由二個錐形管子，以其狹窄截面相互連接而成。來自消防系統(tǒng)的高壓工作水沿與法蘭1連接的管路流入噴射泵。當工作水從噴管2的小孔中流出時，獲得了很大的速度，通過噴射泵的狹窄截面（喉部）3時，在混合室4內(nèi)形成真空。由于混合室真空從吸入接管5吸水。水與工作水攪拌在一起后，繼續(xù)流到擴散管6，在擴散管內(nèi)水流的動能，由于運動速度減小，重新形成壓力。在壓力作用下，水進入壓力接管。艦船所采用的排水噴射泵由相應(yīng)的標準規(guī)定，見CB633-67。圖3－4排水噴射泵由于噴射泵工作水耗量隨著消防壓力總管壓力減小而急劇增加，當壓力為7kgf/cm2時，工作水耗量占噴射泵流量的70~80%。因而本裝置的效率是很低的。由于排水噴射泵吸入高度低，故排水噴射泵不能用于排水系統(tǒng)有分支的分組線路。雖然噴射泵具有某些良好特性（重量輕、外形尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單等），但是采用噴射泵作為排水系統(tǒng)僅對小型艦船是適合的。對于大型艦船：航空母艦、巡洋艦、大型商船等，采用電動立式離心泵，是比較適合的排水工具。所采用的離心式排水電動泵見表3－2。表3－2泵的類型流量（m3/h）壓力接管的壓力（mH2o）吸入高度（mH2o）電動泵300205電動泵600153從表中可以看出，電動泵具有較大的流量，能產(chǎn)生較大的壓力和有效大的吸入高度，因此可以適用于彈藥艙灌注系統(tǒng)，以及適用于排水系統(tǒng)有分支的分組線路。為了使泵有可能的浸水艙的水下工作，將泵的電動機安裝在水密耐壓殼體中，工作時電動機用水冷卻。所有不自吸的排水離心泵，只有在工作輪浸水情況下才能工作。因此泵應(yīng)該布置得盡可能低些。除上述排水工具外，在機艙內(nèi)經(jīng)常采用透平裝置主冷凝器循環(huán)泵，或柴油機裝置冷卻泵作為備用排水用。2.系統(tǒng)管路系統(tǒng)的吸入管路和排出管路應(yīng)該盡量短。當不可避免較長的管路時，則在通過水密隔壁的地方安裝閘閥，以使能夠隔斷損壞的管路，管路應(yīng)安裝得不可能形成氣墊。而在管路最低的地方安裝放水塞。系統(tǒng)吸入接管最好敷設(shè)在隔艙的最低地方，或裝在污水阱內(nèi)，以便將水完全排除。吸入管路和排出管路的直徑由計算決定，通常是采用排水泵的壓力接管和吸入接管的直徑。排水系統(tǒng)采用由相應(yīng)標準規(guī)定的標準附件和操縱傳動裝置，為了減小管路內(nèi)局部阻力的損耗壓頭，建議采用閘閥作為排水系統(tǒng)的截止附件。由于管路的直徑很大，閘閥的尺寸通常是較大的，排水系統(tǒng)的附件由青銅和鑄鋼制成，吸入接管布置在高出雙層底200~250mm的地方，并用格柵遮蓋或直接采用吸入濾網(wǎng)，以防止雜物掉入。格柵面積應(yīng)該為吸入接管截面面積的2.5倍。排水泵、噴射泵以及相應(yīng)的截止起動附件是由操縱部位進行操縱，操縱件最簡單的形式是小軸傳動裝置，目前氣動操縱以及液壓操縱均已廣泛采用，它們可以在遠距離進行操縱，以能迅速、正確、安全、可靠開啟閥件。3.對排水系統(tǒng)的技術(shù)要求對各種艦船排水系統(tǒng)的設(shè)計，是在于更完善地滿足對系統(tǒng)所提出的技術(shù)要求，可歸結(jié)為下列各項：①艦船排水系統(tǒng)應(yīng)該按獨立分段的原理設(shè)計，而在獨立分段的范圍內(nèi)，則按獨立線路或分組線路設(shè)計；②系統(tǒng)應(yīng)該具有很強的生命力；③浸水艙中水的排放時間（破孔堵塞后）應(yīng)該不超過1.5~2小時；④輕型艦船的機艙，允許采用主冷凝器循環(huán)泵或柴油機冷卻水泵作為備用排水工具；⑤排水泵應(yīng)盡可能布置在水密圍壁內(nèi)；⑥排出艙中的水應(yīng)該可以用二臺泵進行；⑦電動排水泵應(yīng)能用來灌注和排出彈藥艙、橫傾平衡隔艙和縱傾平衡隔艙中的水；⑧泵的結(jié)構(gòu)要能使在浸水艙的水下工作；⑨為了作戰(zhàn)時的損管需要，自動操縱附件應(yīng)考慮集中控制，要簡便可靠。四、排水系統(tǒng)計算排水系統(tǒng)計算的內(nèi)容包括艦船排水工具的流量和數(shù)量的計算，以及系統(tǒng)管路直徑的計算。為了確定泵的參數(shù)和系統(tǒng)管路特性之間的關(guān)系，探討一下艙內(nèi)水的排出過程（圖3－5）。此時，艙內(nèi)水排出時，引起艦船吃水的改變忽略不計。圖3－5排水系統(tǒng)計算圖根據(jù)艙內(nèi)水位降低的程序，排水過程在變動壓頭下進行。在某一時間內(nèi)，艙內(nèi)水位離水線距離，而單位時間內(nèi)艙內(nèi)排出的水量。此時算式可寫成：（3－2）式中——排水泵壓頭（mH2O）；——排水孔離水線的深度（m）。如圖中所見，，因此，當代入公式3－2和相應(yīng)變換后的方程式為：（3－3）管路內(nèi)流體運動速度等于：（3－4）式中——排水管路截面面積（m2）。當方程式代入值后，得出：（3－5）則（3－6）式中——系統(tǒng)管路總阻力系數(shù)（3－7）無限小的排水時間的間隔內(nèi)，艙內(nèi)水位降低值，即（3－8）式中——隔艙內(nèi)水面面積（m2）；——隔艙水平截面面積（m2）；——隔艙滲透系數(shù)。由此得：代入值后得：（3－9）將這方程式的左面在從0到的變化范圍內(nèi)積分，右面在從到的變化范圍內(nèi)積分：（3－10）或（3－11）代入上述邊界值后，得出排水泵排出艙內(nèi)水的排放時間方程式（穿孔堵塞不進水的情況下）：（3－12）或（3－13）在上式中值是開始時刻的情況下，即艙內(nèi)水位沒有背壓和灌注壓頭時，系統(tǒng)排水管路中水的秒耗量，顯然，本耗量等于泵的額定流量，即（3－14）代入公式（3－10）后，求得公式的最后形式，用于確定排水泵排出艙中的水所需時間：（3－15）式中——泵的流量（m3/h）。若隔艙浸到水線，則。此時方程式（3－12）列成如下形式：（3－16）若泵的壓頭僅等于海水壓力時，則艙內(nèi)排水時間將等于：（3－17）即排水時間將等于水通過面積的排水管路自由流出時艙室疏水的時間。此時，泵的作用僅在于克服海水壓力，而水在艙內(nèi)水位壓力作用下通過管路自由排出舷外。從求得的方程式3－13，可以作出下述結(jié)論：①艙中排水時間與和值無關(guān)，即與水線下的排水孔布置無關(guān)。②排水時間與系統(tǒng)管路阻力總系數(shù)有密切關(guān)系。因此，為了減少艙中水的排出時間，必須使系數(shù)有最小值。為此，排水管路必須以最短路程引至舷外，以及取用局部阻力系數(shù)小的管路附件。所求得的方程式3－13是屬于用一臺泵排水。當艙內(nèi)裝置m臺泵時，對每一臺泵單獨進行計算。此時，在一臺泵上的工作面面積等于。實際上為了確定艙中水的排出時間，排水系統(tǒng)的計算廣泛采用簡單公式：（3－18）式中——