13 000 TEU集裝箱船電氣舾裝裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

(南通中遠(yuǎn)川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226005)

13 000 TEU集裝箱船為目前國內(nèi)建造的最大的集裝箱船，全長366 m,型寬51.2 m,考慮到船橋視線的要求，居住區(qū)布置在船體中前部，機(jī)艙區(qū)域布置在船體后部。與其它類型散貨船或油船等相比，該船體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,增加了如下甲板通道、貨艙、艙口圍及綁扎橋等,配置中壓系統(tǒng)，電氣設(shè)備眾多， 在電氣舾裝設(shè)計(jì)上難度較大。本文將重點(diǎn)介紹下甲板通道等區(qū)域裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)，與中壓系統(tǒng)相關(guān)的裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)及電氣舾裝件的防振措施及機(jī)械保護(hù)措施等。

1 下甲板通道設(shè)計(jì)要求

居住區(qū)與機(jī)艙分離的結(jié)構(gòu)特征,決定了連接機(jī)艙與居住區(qū)及艏部的下甲板通道將是電氣舾裝裝置設(shè)計(jì)中重要的一環(huán),統(tǒng)計(jì)顯示,此區(qū)劃電纜的量占全船電纜的30%,比機(jī)艙全區(qū)劃電纜長度還略長，反映了設(shè)計(jì)的重要性。

1)由于電纜多重量大,下甲板通道內(nèi)電路支架構(gòu)造及形式復(fù)雜，以下問題應(yīng)予以考慮。①支架的強(qiáng)度是否滿足要求；②如此大且重的電路的搭載問題；③電纜敷設(shè)作業(yè)空間及安全性問題。

目前下甲板通道內(nèi)的電纜安裝有兩種方式，一種是通過電路橋架安裝，另一種是通過電纜管安裝，現(xiàn)采用的是電路橋架的方式，見圖1。

對于電纜橋架的寬幅和層數(shù)，根據(jù)電纜最多處的計(jì)算，需要3層寬度為800 mm的橋架?？紤]到人在單側(cè)敷設(shè)電纜的可操作性，如將電路橋架設(shè)計(jì)為2層，則寬幅將達(dá)到1 200 mm，無論是施工人員行走空間及單側(cè)施工可行性均無法保證。為了應(yīng)對3層支架的強(qiáng)度，電路橋架及其支撐的制作選擇了厚壁材料。對于使用電路橋架安裝電纜，需要考慮施工人員敷設(shè)電纜及捆扎電纜的可操作性，為此在下甲板通道內(nèi)設(shè)置了一層附加甲板，見圖1中標(biāo)記的“ADD DECK”。如果沒有這一層甲板，需要在貫通整個下甲板通道的首尾方向安裝腳手架，這個工程量也是非常大的，且不如加一層甲板安全。考慮到施工人員在附加甲板上行走，在電路橋架支撐的設(shè)計(jì)上，大量采用了一側(cè)支撐與內(nèi)側(cè)加強(qiáng)材連接，一側(cè)支撐依附在附加甲板上的方法。這樣，在圖1的左側(cè)就留有供施工人員行走的必要的空間?？紤]到電路橋架的搭載，電路橋架與其支撐全部采用螺栓螺母連接的可拆卸式設(shè)計(jì)。另外，國內(nèi)外均有船廠采用電纜管走線。電纜管走線的優(yōu)勢是不需要捆扎電纜，缺點(diǎn)是如采用普通的鋼管，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)管子及管支架的重量將是電路橋架及其支架的重量的3倍，但可以考慮不采用附加甲板，這需要綜合起來考慮。

圖1 下甲板通道電路橋架示意

2)由于下甲板電路貫穿全船艏艉方向，需要考慮采取措施應(yīng)對因船體膨脹變形引起的電纜的伸縮。采用的方法見圖2。

圖2 下甲板電纜伸縮余量設(shè)置方法示意

此方法的原理是電纜敷設(shè)前在橋架一端預(yù)置一根與橋架寬度相當(dāng)?shù)膱A管(32A 鋼管)并綁扎固定，這樣電纜敷設(shè)時，電纜在管子處會抬高，在敷設(shè)完成后將管子抽去，抬起部分的電纜就預(yù)留在端部作為電纜伸縮的余量。

3)大量電纜布置在下甲板通道中，需要考慮電纜在電路上的合理布置。本船屬美國船級社，根據(jù)規(guī)范第4部分第8章節(jié)的要求：①本安回路與非本安回路在同一橋架上敷設(shè)時，本安回路電纜與非本安回路電纜不可以捆在一束中，至少需要相隔50 mm；②用于船舶推進(jìn)和操作系統(tǒng)相關(guān)的控制，監(jiān)測及安全系統(tǒng)的非屏蔽信號電纜(即通常所說的敏感回路電纜)不可與動力或照明系統(tǒng)的電纜捆在一束中；③高壓回路電纜不可以與低壓回路電纜敷設(shè)在同一橋架上。

為此，設(shè)計(jì)人員針對規(guī)范要求，對電纜在電纜橋架上的合理布置進(jìn)行了詳細(xì)的標(biāo)示，見圖3，以保證現(xiàn)場電纜敷設(shè)的可操作性。

圖3 電纜分開布置示意

4)部分區(qū)劃的船體結(jié)構(gòu)為極厚板，電纜貫穿孔無法按照電裝通常要求開有倒角的方形孔(倒角過小無法處理)。由于涉及強(qiáng)度要求，需要在設(shè)計(jì)初期與船體設(shè)計(jì)協(xié)議開孔方式并由結(jié)構(gòu)直接將開孔在船體圖中體現(xiàn)，一般是開橢圓形孔，開孔的正確性要保證，因?yàn)槌鲥e后再修改會很麻煩。

2 與中壓系統(tǒng)相關(guān)的裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1)本船采用中壓系統(tǒng)(6.6 kV)，機(jī)艙高壓電器設(shè)備較多，布置上的安全性及保護(hù)措施需要考慮。高壓回路與普通回路需要分開布設(shè)，在機(jī)艙這樣管路復(fù)雜區(qū)域尤其需要注意避免在高壓電纜及高壓電器上方布置管路連接用的法蘭等有可能濺出水的連接部件，如無法避免應(yīng)注意采取防止措施。高壓回路電纜直徑較大，應(yīng)注意彎曲半徑是否滿足規(guī)范和廠家的要求，如高壓回路布置在人手可觸碰到的位置，需要設(shè)計(jì)保護(hù)蓋板。高壓設(shè)備布置區(qū)域應(yīng)設(shè)置保護(hù)性隔柵等保護(hù)措施。

2)本船機(jī)艙設(shè)置有單獨(dú)的高壓配電屏室[1-2]，應(yīng)注意在高壓配電屏的上部空間盡量避免設(shè)置管路，此區(qū)域如要設(shè)計(jì)管路，應(yīng)注意避免設(shè)置連接件，無法避免的場合應(yīng)采用焊接形式連接?？紤]到有冷凝水的可能，管路需要進(jìn)行防熱處理。在配電屏廠家指示的用于釋放短路引起的高壓電弧區(qū)域內(nèi)不可以布置電路橋架及電器設(shè)備。配電屏室內(nèi)一般會配置空調(diào)設(shè)備，在布置上應(yīng)注意空調(diào)的出氣口不要正對高壓配電屏，防止產(chǎn)生冷凝水。

3)安裝在高壓配電屏上的高壓開關(guān)非常重，考慮到維修問題，在配備高壓開關(guān)拆卸用的升降機(jī)時，應(yīng)注意升降機(jī)的搭載節(jié)點(diǎn)及方式的指示，同時需要設(shè)置將高壓開關(guān)移至室外的吊耳。

4)一般要求高壓設(shè)備采用電纜下部進(jìn)線方式，但部分區(qū)劃因空間原因，電纜進(jìn)線采用上部填料函進(jìn)線，如舵機(jī)室高壓岸電接入設(shè)備，此時應(yīng)考慮采取措施確保填料函進(jìn)線的水密。

3 實(shí)施設(shè)計(jì)方案的注意事項(xiàng)和防范措施

3.1 防振措施

本船機(jī)艙位于船艉，主機(jī)功率超過7萬kW,艏艉部各配置有一臺側(cè)推器，側(cè)推功率大。機(jī)艙區(qū)域靠近下部甲板振動大，特別是布置在靠近主機(jī)兩側(cè)通道附近以及與艉部相連的主機(jī)軸通道，側(cè)推室及舵機(jī)室內(nèi)的電器設(shè)備的防振對策均需加以考慮。

目前的主要思路是：①盡可能不要將電器設(shè)備布置在振動大的區(qū)域內(nèi)；②確需布置在其中的設(shè)備，通過設(shè)計(jì)復(fù)合型的底座以及在設(shè)備底座上安裝防振橡膠墊圈來應(yīng)對，見圖4。

圖4 復(fù)合底座及防振橡膠

防振主要是因?yàn)榇w振動帶動了設(shè)備振動，解決的思路是如果設(shè)備與船體結(jié)構(gòu)件為非剛性連接，設(shè)備就應(yīng)該不受結(jié)構(gòu)影響。圖4中通過螺栓螺母將兩片有凸槽的橡膠對接在連接設(shè)備的角鋼上，因凸槽插在角鋼的安裝孔上后阻止了螺栓與角鋼的剛性連接，達(dá)到了防振的效果。

3.2 機(jī)械保護(hù)措施

貨艙內(nèi)空間小，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有要求，電路應(yīng)盡可能隱藏在船體結(jié)構(gòu)內(nèi)，利用結(jié)構(gòu)開孔穿線。集裝箱艙口圍及綁扎橋上的舾裝設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到集裝箱的吊入吊出，應(yīng)通過圖面進(jìn)行詳細(xì)指示,避免任何電器設(shè)備、舾裝件、電纜突出船體。

3.3 安裝維修措施

貨艙內(nèi)的結(jié)構(gòu)不規(guī)則，有些部分沒有甲板或平臺，電器設(shè)備的安裝要考慮維修的需要，貨艙梯道內(nèi)布置有照明用的燈具及電纜橋架，應(yīng)盡量安裝到梯子附近以便現(xiàn)場施工及今后燈具更換燈泡的需要。

3.4 安全措施

1)應(yīng)明確危險區(qū)域范圍，注意非此區(qū)劃的電纜應(yīng)避免敷設(shè)在內(nèi)，防爆區(qū)貫穿方法應(yīng)明確指示。

2)重要設(shè)備或應(yīng)急用的電纜除非采用防火電纜否則不要通過高危險區(qū)域。本船配置5臺主發(fā)電機(jī)，左側(cè)兩臺發(fā)電機(jī)的下部是分油機(jī)間，因此相關(guān)的電纜應(yīng)注意不要向下貫穿。本船應(yīng)急發(fā)電機(jī)室布置在機(jī)艙上部，從應(yīng)急發(fā)電機(jī)房出來到艏部去的電纜很多，為節(jié)約成本，本船線路設(shè)計(jì)是從應(yīng)急發(fā)電機(jī)室出來貫穿上甲板進(jìn)入到下甲板通道后再向艏部送線。

4 結(jié)束語

電氣舾裝裝置設(shè)計(jì)的正確與否，往往與電氣舾裝的材料用量及成本緊密相連。根據(jù)相關(guān)調(diào)查，相同的船型如6萬噸散貨船，進(jìn)行電氣詳細(xì)舾裝設(shè)計(jì)的電氣舾裝的材料用量比不采用詳細(xì)設(shè)計(jì)節(jié)約3/4。

因此，重視和加強(qiáng)電氣舾裝裝置設(shè)計(jì)工作非常重要，詳細(xì)的舾裝設(shè)計(jì)將為船舶制造部門的精益管理打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，有利于船廠的生存和發(fā)展。

[1] 中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊電器分冊[M].北京：國防科技出版社,1997.

[2] 黃從武，熊 浩.三相坐標(biāo)系下帶非平衡負(fù)載的船舶電力系統(tǒng)的仿真與實(shí)驗(yàn)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報：交通科學(xué)與工程版，2011，35(1)：76-79.