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2.3 进气入口处的盐雾浓度

进气入口处的盐雾浓度和盐雾液滴分布取决于下列因素。

1.海洋大气和海风状况

从表2-1上看到,盐雾气溶胶与风速有直接关系,风速大,引起风浪大,风浪之间撞击后产生比较大的液滴,由风直接吹起的却是直径微小的气溶胶雾滴。前者经过一段时间后很快沉降,只残留很小的气溶胶在空气中飘移,后者则沉降很慢。

2.距海平面高度

在给定的风速下,不同海平面高度空气中含盐分含量被认为是呈抛物线型分布,其最大值产生在距海平面1.5~2m处。而在4~5m处,当风速为10~15m/s时,盐雾浓度相比最大值降低了约70%。如图2-4所示,这是符合实际情况的。

盐雾浓度可用洛弗特和伍德科克提出的近似公式计算:

式中 Q ——盐雾浓度(10 -6 mg/m 3 );

u ——风速(m/s);

K ——常数。

常数 K ,在洛弗特公式中为1.45,在伍德科克公式中为0.94。这个差别是由于他们在观测时距海平面的高度不同引起的,显然伍德科克观测时的高度较高。

图2-4 空气中含盐量随海平面高度变化

按此公式计算出的盐雾浓度是理论上的,没有考虑实际的沉降因素,前面所述斯托克斯定律表明,沉降速度与雾滴直径的平方成正比。风速高,空气中含盐量多,大颗粒雾滴所占比例也高,沉降速度也快,所以在海面上盐雾浓度的实际测量值与计算值相差很大,而且与各个洋面都有关系。

英国早在20世纪60年代初就测得舰船周围大气中的盐雾浓度介于(0.01~12)ppm之间。其颗粒尺寸大到肉眼能见的程度,小到直径小于1μm。总盐量越少,大多数颗粒就越细微,正是这种细微的粒子最难以收集和测定。

美国“卅”级驱逐舰的燃气轮机进气口朝向舰艉,且上层建筑对其有较好的保护作用,而气垫船就没有这种条件。它们在海上测试结果见表2-3。在这里要特别指出,SRN3气垫船上测试的盐雾浓度是在编织滤网之后,此时盐雾浓度肯定小许多。经一系列试验结果表明:只要在发动机进气口装有编织滤网,在海上可能遭遇的最坏天气条件下,到达大型舰艇燃气轮机的盐雾浓度将不超过0.05ppm。

表2-3 海上大气盐雾浓度记录

在1966年和1967年,美国等海军成立了联合采样试验组,在“鞑靼人”号和“佩德·斯克拉姆”号护卫舰上进行海上测量。试验期间在进气道及燃气轮机进口测得的盐雾浓度平均为0.006ppm,最大为0.022ppm,最小为0.001ppm。这些结果是在从风平浪静直到大西洋风速为80km/h的恶劣海情下长期测试获得的,几乎代表了在公海上所遇到的全部海情。

根据英国“海神”型燃气轮机陆上试验数据,可得出如下结论:燃气轮机吸入的海上空气中的平均含盐量为0.01ppm,而不是原先定的0.05ppm。

尽管英美海军进行了组合测试,但是所取的盐雾气溶胶标准仍有很大差别,从实际应用中已经证实它们各有特点。英国标准已在本国和欧洲各国海军中得到使用。空气中含盐气溶胶实验标准如图2-5所示,图2-5中数据与表2-1所列数据是一致的。

图2-5 空气中含盐气溶胶实验标准

美国海军的盐雾浓度标准是以许多舰只进行盐分调查为依据的,它反映了许多运行环境状况的影响。

两种标准相差很大,如风速在20.56m/s时,英国认为盐雾浓度为50ppm,而美国认为只有1.0ppm。这可能与研究取样时所站的高度、仪器所在的载体有关。美国在DD963级驱逐舰上测得的盐雾浓度平均值为0.04ppm(风速20.56m/s)、0.02ppm(风速15.42m/s)、0.0095ppm(风速10.28m/s);在FFG-7级护卫舰上测得的盐雾浓度平均值为0.476ppm;在DDG-51级导弹驱逐舰上测得的盐雾浓度平均值为0.519ppm,最大值为3.086ppm。尽管这样,美国有的公司如帕曼蒂克公司按进口盐雾浓度为3.6ppm来设计过滤系统。这可能是为了出口欧洲。

关于对过滤后空气中盐雾浓度的要求,美国、英国也不一样,美国海军要求盐雾浓度为0.005ppm,而英国要求盐雾浓度为0.01ppm,前者比后者的要求高一个数量级,其过滤技术难度也增加一个数量级。俄罗斯要求的盐雾浓度为0.01ppm。实际上这个要求主要取决于燃气轮机的技术性能指标。如通用电气公司制造的重型燃气轮机和航空改装的LM2500燃气轮机的进气质量标准就有很大差异,见表2-4。这是因为LM2500燃气轮机是以压气机清洗间隔期内许可的污染量为准,而重型燃气轮机则以热部件腐蚀为依据。将允许含盐量与实际海洋大气中的含盐量进行对照,很明显,为保证进气质量,需要在燃气轮机进气口设置气水分离器。

表2-4 进气质量标准

特种船诸如气垫船等对进气质量有专门要求。如乌克兰专家提出,对气垫船采用气囊进气入口为10.5~35ppm,对舱面进气入口为175~350ppm,而出口要求为0.03~0.07ppm。

美国JEFF(B)气垫船在圣·安德鲁海湾和墨西哥湾附近进行试验,在进气口附近掩蔽位置测得的盐雾浓度最高为130ppm,而平均值为0.7ppm(注:不是真正的分离器进口),在分离器出口测得的盐雾浓度小于0.005ppm。

苏联对海上水翼船主燃气轮机进气防护装置要求:燃气轮机在压气机两次预防性清洗间隔的工作时间为15h,其中在水翼状态航行时进气入口盐雾浓度为12ppm,运行10h;在起飞和降速过渡状态航行时进气入口盐雾浓度为100ppm,运行2.5h;在排水状态航行时进气入口盐雾浓度为4ppm,运行2.5h。航行水域的含盐浓度为2%,则进气入口空气平均含盐浓度为24.66ppm,出口平均含盐浓度为0.278ppm,此时分离效率约为98.87%。

综上所述,要精确确定进气入口处的盐雾浓度是很困难的,因它涉及的环境因素和条件太复杂,所以,我们在设计时只能参考英国、美国和俄罗斯已经在实际中采用的一些标准和数据,再结合我们舰艇的实际情况,制订一个比较合理的要求,作为设计依据。 rXfcw/jTa4vBDE1AwGabsqCjLxI3sTA6GJSCvs5AFuJzr41SQSszMPGs3G3NQD0H

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