CN117104481A - 一种低噪声船舶通海冷却水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低噪声船舶通海冷却水系统，属于船舶减振降噪技术领域，包括引流机构、冷却水泵、热交换器、排水口和输送管道，引流机构为伸出船体外壁的管状引流结构，包括引流口，引流口垂直船体并朝向船体的船艏；热交换器包括第一热交换机构和第二热交换机构，冷却水泵设置在第一热交换机构和第二热交换机构之间；排水口设置在船体上；引流机构、冷却水泵、热交换器和排水口均设置在所述输送管道上。本发明提供了一种低噪声船舶通海冷却水系统，其能够显著改善管内场流的均匀性和稳定性，使得冷却水泵的入口和出口两端均能够得到消声和稳流，进而抑制了冷却水泵所产生的流噪声以及噪声传递，大幅降低船舶通海冷却水系统的噪声水平。

Description

一种低噪声船舶通海冷却水系统

技术领域

本发明属于船舶减振降噪技术领域，具体涉及一种低噪声船舶通海冷却水系统。

背景技术

为保证船舶动力系统冷却需求，船舶通常需布置通海冷却水系统，通过循环抽取舷外海水为各热源设备提供足够的冷却介质和冷却量。船舶通海冷却水系统一方面由于管径较大，难以对水泵噪声和管路流噪声布置有效的消声措施；另一方面由于连接的动力设备众多，通海冷却水系统构成了船舶机械噪声的重要传递路径，因此，通海冷却水系统往往构成了船舶辐射噪声的重点部位。

在现有技术中，为了降低通海冷却水系统对船舶声学性能的不良影响，各冷却系统重通常自流循环技术以改善通海冷却水系统的噪声。自流循环最大的降噪优势在于一定航速范围内避免了冷却水泵的振动噪声，但由于要保证冷却系统具有较低的流阻条件，自流循环技术也产生了一定的噪声劣势，一是冷却系统管路必须保持较大管径，进而导致冷却系统通海口噪声辐射面积增加；二是冷却系统内难以布置流阻较大的稳流部件，容易导致流噪声增加；三是在低流阻条件限制下，冷却水泵的低噪声改进空间得到限制。此外，冷却水系统在自流状态下并非完全没有泵噪声，冷却水泵叶轮在管内水流冲击下旋转同样会产生叶轮随转噪声，而在船舶航速较低或较高时，自流循环往往不能满足所需的冷却水流量，此时仍需通过“泵流”提供足够的冷却水。

并且，在传统船舶通海冷却水系统布置中，通常采用串联方式将通海阀、冷却水泵和换热器等主要设备部件依次连接，该布置形式通常难以保证系统管路内流场的均匀性和稳定性，进而导致较高的冷却水泵噪声和管路流噪声，且很容易通过通海口向船舶舷外辐射。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种低噪声船舶通海冷却水系统，其能够显著改善管内场流的均匀性和稳定性，使得冷却水泵的入口和出口两端均能够得到消声和稳流，进而抑制了冷却水泵所产生的流噪声以及噪声传递，大幅降低船舶通海冷却水系统的噪声水平。

为实现上述目的，本发明提供一种低噪声船舶通海冷却水系统，用于连通船体外侧海水为船舶内部设备或流体介质提供冷却，包括：

引流机构，所述引流机构为伸出所述船体外壁的管状引流结构，包括引流口，所述引流口垂直于船体并朝向所述船体的船艏；且所述引流机构被配置为：随着所述船体运动，所述海水涌入所述引流机构中形成冷却水并产生动压载荷；

冷却水泵，所述冷却水泵用于驱动所述冷却水循环流动；

热交换器，所述热交换器包括第一热交换机构和第二热交换机构，用于通过冷却水对所述船体内热工质的冷却；所述冷却水泵设置在所述第一热交换机构和所述第二热交换机构之间，用于驱动所述冷却水进入所述热交换器；

排水口，所述排水口设置在所述船体上，用于将冷却完成后的所述冷却水排出到所述船体外；

输送管道，所述引流机构、所述冷却水泵、所述热交换器和所述排水口均设置在所述输送管道上。

作为本发明进一步地优选，所述冷却水泵的入口与所述第一热交换机构相连通；所述冷却水泵的出口与所述第二热交换机构相连通，用于在入口和所述出口同时抑制所述冷却水泵噪声的传递。

作为本发明进一步地优选，所述第一热交换机构和所述第二热交换机构为独立的热交换器；或者所述第一热交换机构和第二热交换机构为同一热交换器被隔板分隔的两个组成部分。

作为本发明进一步地优选，所述第一热交换机构和所述第二热交换机构为独立的所述热交换器；

所述第一热交换机构包括第一进水口、第一出水口和设置在二者之间的第一换热管；所述第一进水口与所述引流机构连通；所述第一出水口与所述入口连通。

作为本发明进一步地优选，所述第二热交换机构包括第二进水口、第二出水口和第二换热管；所述第二进水口与所述出口连通，所述第二出水口与所述排水口连通；

所述第二进水口和所述第二出水口设置在所述第二换热管一端，所述第二换热管的另一端设置有转向水室；

或者，所述第二换热管设置在所述第二进水口和所述第二出水口之间。

作为本发明进一步地优选，所述第一热交换机构和第二热交换机构为同一热交换器被隔板分隔的两个组成部分；

所述第一热交换机构包括第一进水口、第一出水口和第一换热管；所述第二热交换机构包括第二进水口、第二出水口和第二换热管；

所述热交换器的一端依次设置有第一进水口和第二出水口，所述热交换器的另一端依次设置有第一出水口和第二进水口；所述热交换器通过隔板隔离相互平行的第一换热管和第二换热管。

作为本发明进一步地优选，所述第一热交换机构和所述第二热交换机构均应针对所述冷却水泵的轴频噪声、叶频噪声进行消声性能设计，用于抑制所述冷却水泵噪声的传递。

作为本发明进一步地优选，所述冷却水泵为容积式泵、叶轮式泵或喷射式泵。

作为本发明进一步地优选，所述输送管道的部分或全部为减振接管。

作为本发明进一步地优选，所述输送管道与所述引流机构、所述冷却水泵、所述热交换器和所述排水口中的至少一个采用法兰相连通。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：

(1)本发明的低噪声船舶通海冷却水系统，其通过在冷却水泵的进口和出口均连接热交换器，利用热交换器的稳流作用，可以有效改善冷却水泵进口流场稳定性和均匀性，有利于降低冷却水泵噪声；利用热交换器的消声作用，可以实现在冷却水的进口管路和出口管路均抑制水泵噪声传递，从而大幅降低船舶通海冷却水系统噪声水平。

(2)本发明的低噪声船舶通海冷却水系统，其通过将热交换器的进水口、出水口设置在同一侧，进而将船舶通海冷却水系统以往常用的单流程热交换器改为双流程热交换器，可以在满足相同换热量条件下降低冷却水流量要求，进而减小输送管道管径，有利于降低冷却水系统的通海口噪声辐射面积和提高输送管道中减振接管的减振性能，进而降低冷却水的辐射噪声。

(3)本发明的低噪声船舶通海冷却水系统，其通过结合设置在冷却水系统进水口的引流机构，使得冷却水能够随着船舶运动自动进入冷却水系统中，减少了冷却水泵实际运行过程中所需要的功率，并改善了冷却水泵的背压环境，不仅能够减少自流循环产生的噪声劣势，同时有效降低冷却水泵自身噪声水平，进而大大降低船舶通海冷却水系统的实际运行噪声，具有较好的推广前景以及使用价值。

附图说明

图1是本发明实施例中低噪声船舶通海冷却水系统的整体结构示意图；

图2是本发明另一实施例中低噪声船舶通海冷却水系统的整体结构示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：

1、引流机构；2、输送管道；3、第一热交换机构；4、冷却水泵；5、第二热交换机构；6、排水口；7、船体；8、端口法兰；21、第一管道；22、第二管道；23、第三管道；24、第四管道；31、第一换热管；32、第一进水口；33、第一出水口；51、第二换热管；52、第二进水口；53、第二出水口；54、转向水室。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

请参阅图1和图2，本申请优选实施例中的低噪声船舶通海冷却水系统能够显著改善管内场流的均匀性和稳定性，使得冷却水泵4的进水口和出水口两端均能够得到消声和稳流，进而抑制了冷却水泵4所产生的流噪声以及噪声传递，大幅降低船舶通海冷却水系统的噪声水平。

具体而言，在本申请优选实施例中，该低噪声船舶通海冷却水系统能够连通船体7外侧的海水，通过船体7外的海水充当冷却介质，实现对船舶内部设备或流体介质快速降温。冷却水系统包括引流机构1、冷却水泵4、热交换器、排水口6。其中，引流机构1为伸出船体7外壁的管状引流结构，包括引流口优选地，引流口垂直于船体并朝向船体7的船艏方向，使得引流机构能够在随着船体7的运动过程中，部分海水会自动通过引流口涌入冷却水系统中。即海水在进入冷却水系统过程中，已经具备一定的动能，进而使得海水能够更为容易的在冷却水系统中流动。冷却水泵4则用于驱动冷却水系统中的冷却水进行循环流动。由于引流机构1能够使得海水进入冷却水系统形成冷却水的过程中，已经具备一定的动能，在冷却系统中流体压力一定的条件下，使得冷却水泵4能够结合冷却水已有的动能，降低冷却水泵4的运行功率，显著减少冷却水泵4运行过程中存在的噪声。

热交换器作包括第一热交换机构3和第二热交换机构5，通过第一热交换机构3和第二热交换机构5中流动的冷却水和船体7内部的热工质之间的热交换，实现对船体7内热工质快速冷却。同时，为了能够降低冷却水泵4入口和出口处的噪声，冷却水泵4的两端分别连通第一热交换机构3和第二热交换机构5。在实际使用过程中，通过在冷却水泵4的两端分别设置第一热交换机构3和第二热交换机构5，不仅能够通过第一热交换机构3和第二热交换机构5的良好的稳流消声特性改善冷却水系统中的噪声，还能够使得冷却水泵4入口处和出口处的流场更为均匀稳定，进一步地降低了冷却水泵4运行过程中的噪声，同时还能够减少冷却水在冷却水系统中所产生的流噪声。

排水口6设置在船舶的船体7上，用于将冷却水系统中的已经热交换完成的冷却水输送到船体7外。同时，引流机构1、冷却水泵4、热交换器、排水口6均设置在输送管道2上，以便于通过输送管道2实现该冷却水系统中的各个部件之间稳定连通，确保冷却水系统对船体7热工质高效稳定的冷却。优选地，输送管道2包括第一管道21、第二管道22、第三管道23、第四管道24，用于实现冷却水系统中各个部件之间的连通。

进一步地，在本申请优选实施例中，冷却水泵4包括入口和出口，其中入口通过第二管道22与第一热交换机构3相连通，第一热交换机构3设置于冷却水泵4的上游可以改善入口冷却水流场的稳定性和均匀性，降低冷却水泵4运行过程中的噪声，同时可以快速衰减冷却水泵噪声沿入口端管路的噪声传递。相应地，出口则通过第三管道23与第二热交换机构5相连通，可以降低冷却水泵4出口端管路的流体脉动，抑制冷却水系统排水口流噪声，同时快速衰减冷却水泵噪声沿出口端管路的噪声传。使得在降低冷却水泵4运转时产生的噪声的同时，可以将冷却水泵噪声局限在冷却水系统内部，大幅降低冷却水泵噪声沿输送管道2传递而向船体7外侧产生的噪声辐射。

进一步地，在本申请优选实施例中，热交换器包括第一热交换机构3和第二热交换机构5，且第一热交换机构3和第二热交换机构5可以为独立的热交换器。

具体地，第一热交换机构3为单流程热交换器，包括第一换热管31和设置在该第一换热管31两端的第一进水口32、第一出水口33。其中，第一进水口32通过第一管道21与引流机构1连通，第一出水口33通过第二管道22与冷却水泵4的入口相连通，使得冷却水通过第一换热管31之后流入冷却水泵4中。相应地，第二热交换机构5则包括第二换热管51、第二进水口52、第二出水口53和转向水室54，其中第二进水口52和第二出水口53在第二换热管51的一端同侧布置，并通过隔板分隔开，转向水室54布置在第二换热管51的另一侧，第二进水口52通过第三管道23与冷却水泵4的出口相连通，第二出水口53通过第四管道24与排水口6相连通，使得由冷却水泵4驱动的冷却水能够通过第二热交换机构5来对其进行稳流消声，进一步地减少了该冷却水系统中的噪声。当然，第二交换机构5也可以采用单流程热交换器，第一进水口32和第一出水口33设置在第一换热管31两端。

进一步地，在本申请优选实施例中，第一热交换机构3为冷却水系统的辅热交换器，承担冷却水系统较小部分冷却量功能，第二热交换器5为冷却水系统的主热交换器，承担冷却水系统较大部分冷却量功能，其中，第二热交换机构5的第二进水口52和第二出水口53设置在第二换热管51的一侧，而在第二换热管51的另一侧则设置有转向水室54，进而减少第二热交换机构5在交换相同热量下的冷却水流量的要求，不仅能够小输送管道2的管径，进而减少通海口噪声辐射面积和降低辐射噪声，还能够减少冷却水泵4的所需要驱动的流量，进一步地降低了冷却水泵4的驱动功率，进而大大减少了该冷却水系统的噪声。

优选地，第一进水口和第一管道21之间通过端口法兰8限位连接。进一步优选地，各个管道分别与引流机构1、冷却水泵4、第一热交换机构3、第二热交换机构5、排水口6之间均采用端口法兰8限位连接。进一步优选地，端口法兰8的接连接面位置设置有密封垫，以确保端口法兰8连接密封性。

当然，如图2中所示，热交换器也并不仅仅局限于上述形式，在本申请另一个优选实施例中，该热交换器通过隔板将其分隔为2个部分，即第一热交换机构3和第二热交换机构5。对应的第一热交换机构3和第二热交换机构5的同样设置有第一进水口32、第二进水口52、第一出水口33、第二出水口53，并分别通过输送管道2分别与冷却水系统的其他部件相连通，进而不仅能够通过在冷却水泵4的入口和出口位置对应设置第一热交换机构3和第二热交换机构5，实现对整个冷却水系统中噪声抑制和减少，还能够显著缩小热交换器的占用空间，进而显著提升了冷却水系统的适用性。

此外，在本申请另一个优选实施例中，热交换器实际上也为双流程热交换器，其进水口即为第一进水口32，出水口即为第二出水口53，第一进水口32和第二出水口53依次布置于热交换器的一侧，且通过隔板分隔开；第一出水口33和第二进水口52依次布置于热交换器的另一侧，且通过隔板分隔开；且热交换器通过隔板间隔形成依次布置的第一换热管31和第二换热管51，同时第一换热管31和第二换热管51平行。

进一步地，第一出水口33通过输送管道22与冷却水泵4的进口连接，第二进水口52通过输送管道23与冷却水泵的出口连接，冷却水介质从第一进水口32进入第一换热管31，再经第一出水口33由冷却水泵4泵送至第二进水口52后，进入第二换热管51，并最终从第二出水口53流出热交换器，相较于传统冷却水系统中常用的单流程热交换器，其同样能够减少冷却水系统在交换相同热量下的冷却水流量的要求，进而可以降低该冷却水系统的噪声。

进一步地，在本申请优选实施例中，为了进一步地降低该冷却水系统中噪声，第一热交换机构3和第二热交换机构5均应进行消声结构设计，用于降低所述冷却水系统中的噪声。优选地，在第一热交换机构3和第二热交换机构5中至少有一个设置有消声结构，用于降低所述冷却水系统中的噪声。优选地，冷却水泵4的轴频、叶频等特征频率应处于第一热交换机构3和第二热交换机构5的有效消声频段内。

进一步地，在本申请优选实施例中，冷却水泵4为容积式泵、叶轮式泵或喷射式泵。

进一步优选地，在本申请优选实施例中，输送管道2的部分或全部为减振管道，用于进一步地减少该冷却水系统中的振动。

本发明中的低噪声船舶通海冷却水系统，结构稳定，降噪优良，使用便捷，其通过在冷却水泵4的入口和出口位置分布设置第一热交换机构3和第二热交换机构5，使得冷却水泵4能够实现在在入口和出口位置流场的均匀性，能够对冷却水泵4中噪声的传递起到良好的衰减作用，降低冷却水泵4所产生的噪声。同时，结合设置在冷却水系统进水口位置的引流机构1，使得冷却水能够随着船舶运动自动进入冷却水系统中，减少了冷却水泵4实际运行过程中所需要的功率，并改善了冷却水泵4的背压环境，不仅能够减少自流循环产生的噪声劣势，同时有效降低冷却水泵自身噪声水平，进而大大降低了该低噪声船舶通海冷却水系统的实际运行噪声，具有较好的推广前景以及使用价值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低噪声船舶通海冷却水系统，用于连通船体外侧海水为船舶内部设备或流体介质提供冷却，其特征在于，包括：

引流机构，所述引流机构为伸出所述船体外壁的管状引流结构，包括引流口，所述引流口垂直于船体并朝向所述船体的船艏；且所述引流机构被配置为：随着所述船体运动，所述海水涌入所述引流机构中形成冷却水并产生动压载荷；

冷却水泵，所述冷却水泵用于驱动所述冷却水循环流动；

热交换器，所述热交换器包括第一热交换机构和第二热交换机构，用于通过冷却水对所述船体内热工质的冷却；所述冷却水泵设置在所述第一热交换机构和所述第二热交换机构之间，用于驱动所述冷却水进入所述热交换器；

排水口，所述排水口设置在所述船体上，用于将冷却完成后的所述冷却水排出到所述船体外；

输送管道，所述引流机构、所述冷却水泵、所述热交换器和所述排水口均设置在所述输送管道上。

2.根据权利要求1所述的低噪声船舶通海冷却水系统，其中，所述冷却水泵的入口与所述第一热交换机构相连通；所述冷却水泵的出口与所述第二热交换机构相连通，用于在入口和所述出口同时抑制所述冷却水泵噪声的传递。

3.根据权利要求2所述的低噪声船舶通海冷却水系统，其中，所述第一热交换机构和所述第二热交换机构为独立的热交换器；或者所述第一热交换机构和第二热交换机构为同一热交换器被隔板分隔的两个组成部分。

4.根据权利要求3所述的低噪声船舶通海冷却水系统，其中，所述第一热交换机构和所述第二热交换机构为独立的所述热交换器；

所述第一热交换机构包括第一进水口、第一出水口和设置在二者之间的第一换热管；所述第一进水口与所述引流机构连通；所述第一出水口与所述入口连通。

5.根据权利要求4所述的低噪声船舶通海冷却水系统，其中，所述第二热交换机构包括第二进水口、第二出水口和第二换热管；所述第二进水口与所述出口连通，所述第二出水口与所述排水口连通；

所述第二进水口和所述第二出水口设置在所述第二换热管一端，所述第二换热管的另一端设置有转向水室；

或者，所述第二换热管设置在所述第二进水口和所述第二出水口之间。

6.根据权利要求3所述的低噪声船舶通海冷却水系统，其中，所述第一热交换机构和第二热交换机构为同一热交换器被隔板分隔的两个组成部分；

所述第一热交换机构包括第一进水口、第一出水口和第一换热管；所述第二热交换机构包括第二进水口、第二出水口和第二换热管；

所述热交换器的一端依次设置有第一进水口和第二出水口，所述热交换器的另一端依次设置有第一出水口和第二进水口；所述热交换器通过隔板隔离相互平行的第一换热管和第二换热管。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的低噪声船舶通海冷却水系统，其中，所述第一热交换机构和所述第二热交换机构均应针对所述冷却水泵的轴频噪声、叶频噪声进行消声性能设计，用于抑制所述冷却水泵噪声的传递。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的低噪声船舶通海冷却水系统，其中，所述冷却水泵为容积式泵、叶轮式泵或喷射式泵。

9.根据权利要求1～6中任一项所述的低噪声船舶通海冷却水系统，其中，所述输送管道的部分或全部为减振接管。

10.根据权利要求1～6中任一项所述的低噪声船舶通海冷却水系统，其中，所述输送管道与所述引流机构、所述冷却水泵、所述热交换器和所述排水口中的至少一个采用法兰相连通。