64000DWT散貨船機(jī)艙管系放樣設(shè)計(jì)研究

于曉靜 謝君陽 闞國強(qiáng)

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海201203）

0 前言

管系是船舶一個重要組成部分，對于保證船舶各種機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和船舶的安全航行起著不可替代的作用。由于船舶上管子及其附件的數(shù)量和種類較多，使得管子的設(shè)計(jì)任務(wù)十分繁重。縮短管系設(shè)計(jì)時(shí)間，提高管系設(shè)計(jì)效率，對于縮短整個造船周期，有著不可估量的意義。隨著造船規(guī)模的不斷擴(kuò)大，逐步發(fā)展就形成了“管系放樣”新工藝。

按管系放樣工藝的具體施工步驟為：根據(jù)原理圖與設(shè)備資料，利用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行管系建模工作；繪制三圖二表，即管系零件圖、管系安裝圖、管系支架制造圖、管系托盤表和管系開孔表；根據(jù)管系零件圖進(jìn)行彎管工作；利用校管機(jī)進(jìn)行單管校正、點(diǎn)焊法蘭；進(jìn)行法蘭的焊接、水壓試驗(yàn)、清洗、鍍鋅和油漆工作；按管系安裝圖（或單元組裝圖、分段預(yù)裝圖）進(jìn)行管路安裝。

64 000 DWT海豚型散貨船是一種新船型。由于其特殊性，機(jī)艙空間已經(jīng)由傳統(tǒng)的大空間縮小為小空間，整個船舶的底部比較狹小，有效地提高了船舶航速，機(jī)艙前壁也由傳統(tǒng)的豎直位置變?yōu)閮A斜放置，貨艙空間得到了最大程度的增加，所以給機(jī)艙管系布置人員的工作帶來了更大的難度，提出了新的挑戰(zhàn)。要在如此狹小的空間做到合理而又滿足功能要求的管系布置，是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。下面就以艙底壓載和冷卻水系統(tǒng)為例，介紹一下管系放樣。

1 機(jī)艙設(shè)備綜合布置

機(jī)艙布置必須保證整個動力裝置持續(xù)穩(wěn)定工作，保證船舶在各種海況和工況下安全航行。根據(jù)各設(shè)備的自身功能，考慮各設(shè)備間合理的相對位置，既滿足各設(shè)備相互之間的功能聯(lián)系要求，又發(fā)揮出自身的功能，使船員對各設(shè)備的操作管理、檢查修理方便，合理考慮人員通道和各設(shè)備的維修空間。布置在機(jī)艙左右兩側(cè)的機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量，應(yīng)盡量保持平衡，以免影響船舶的傾側(cè)。同時(shí)，為增加船舶穩(wěn)性，布置時(shí)應(yīng)使重心盡可能降低。

在實(shí)際布置中，首先根據(jù)船廠給定的設(shè)備資料，在TRIBON中完成設(shè)備建模。根據(jù)機(jī)艙布置圖完成機(jī)艙設(shè)備的布置，具體位置根據(jù)實(shí)際情況由放樣人員進(jìn)行調(diào)整。圖1為生產(chǎn)設(shè)計(jì)的實(shí)際設(shè)備布置情況。

圖1 機(jī)艙設(shè)備實(shí)際布置圖

2 壓載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 壓載水管系的功用

壓載水管系是指船舶在航行、裝卸、停泊等各種營運(yùn)狀態(tài)下能保持穩(wěn)性的一種重要系統(tǒng)。船舶在航行時(shí)，若為空載，則船體上浮，吃水減少，從航行經(jīng)濟(jì)性考慮，吃水少則阻力小可使航速提高，但重心太高，造成穩(wěn)性變差，易形成船舶橫搖，搖擺周期短，人員會感覺不舒服；又由于船舶受風(fēng)面積增大而使船舶有被傾覆的危險(xiǎn)；吃水太淺會使得螺旋槳和舵露出水面，降低其工作效率，還會產(chǎn)生水擊、槳空轉(zhuǎn)及船體嚴(yán)重振動等危害。

2.2 壓載系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）海水總管的設(shè)計(jì)。海水總管是船舶管系的根源，艙底、壓載、消防等系統(tǒng)都來自這里，直徑達(dá)到530 mm，是全船通徑最大的管子，是設(shè)計(jì)重中之重。常規(guī)散貨船高低位海水箱肋位及高度相差不多，海水總管以直管為主。64 000 DWT散貨船高低位海水箱高差較大，前后相差兩檔肋位，因此總管布置的肋位及高度就有很大的選擇性。經(jīng)過研究，將海水總管布置于高低位海水箱之間，與低位海水箱相距770 mm，中心高度距離雙層底艙頂800 mm。這樣的布置滿足了主機(jī)前端的維修空間，總管與機(jī)艙前壁也有足夠的距離，為泵組及基座的布置、大型蝶閥的安裝預(yù)留充分的空間（見圖2）。

2）機(jī)艙泵的布置。海水總管前從左舷到右舷依次布置有3臺冷卻海水泵、2臺壓載泵、消防總用泵、艙底總用泵，負(fù)責(zé)全船的冷卻、壓載、艙底水、消防等工作。泵與泵間距在600 mm以上，保證主通道暢通。這樣的布置是充分考慮到了左右設(shè)備質(zhì)量平衡、系統(tǒng)分工有序的原則，考慮到中央冷卻器位于左舷，冷卻泵組布置在左舷可以最大程度的節(jié)約能效，節(jié)省管材，是較合理的布置方案（見圖3）。

3）壓載泵及管路布置。該船設(shè)有2臺壓載水泵，其中1臺備用；也可2臺并聯(lián)工作，以加速壓載水的排注。這種雙壓載泵的特點(diǎn)是：平時(shí)使用時(shí)左、右壓載泵分別實(shí)施左、右舷壓載艙的注、排水，且當(dāng)1臺泵發(fā)生故障時(shí)，另一臺泵可以作為備用。這種形式既縮短了注、排水時(shí)間，又降低了電動機(jī)單機(jī)功率，還提高了使用可靠性。

圖2 海水總管布置圖

圖3 海水總管前機(jī)艙泵的布置

壓載水管系主要布置于機(jī)艙底層和管弄，利用2臺壓載泵實(shí)現(xiàn)全船壓載。設(shè)計(jì)時(shí)，泵的進(jìn)出口留有犧牲短管，如果發(fā)生海水腐蝕，更換時(shí)不需要更換整根管路，維修方便。該船下平臺預(yù)留有壓載水處理裝置的空間，故壓載管路也預(yù)留有二進(jìn)二出的管路接口。由于海水總管至機(jī)艙前壁空間較為狹小，而壓載泵進(jìn)出口間距較大，故將壓載泵進(jìn)出口左右布置，出口管路引至機(jī)艙前壁，利用空間轉(zhuǎn)換的思路，將原本在花鋼板下難以布置的蝶閥轉(zhuǎn)移到機(jī)艙前壁安裝，便于蝶閥的使用及維護(hù)，也使管系的布置美觀實(shí)用（見圖4）。

圖4 壓載泵及管路布置

3 冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 冷卻水系統(tǒng)的基本形式

冷卻水系統(tǒng)的基本形式見圖5。

圖5 冷卻水系統(tǒng)的基本形式

所謂開式和閉式冷卻水系統(tǒng)是指柴油機(jī)本身冷卻水系統(tǒng)而言。開式冷卻系統(tǒng)是指柴油機(jī)本身直接用舷外海水或江水冷卻。現(xiàn)今，除江河小船外，基本上已不采用開式系統(tǒng)。

在閉式冷卻系統(tǒng)中，柴油機(jī)是用淡水冷卻，而淡水再經(jīng)熱交換器用舷外水冷卻，就減少了對柴油機(jī)的腐蝕和對環(huán)境的污染，并提高了可靠性。

為使主機(jī)以外的其他機(jī)械設(shè)備均用淡水，且用一個系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，便形成了中央冷卻系統(tǒng)。在獨(dú)立式中央冷卻系統(tǒng)中，高溫水熱交換器可用低溫水冷卻，也可用海水冷卻，本船采用海水冷卻的形式［1］。

3.2 冷卻水系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)

1）冷卻系統(tǒng)設(shè)備布置。冷卻系統(tǒng)主要設(shè)備位于下平臺左舷，機(jī)艙布置圖方案中溫控閥沒有合適的地方布置，中央冷卻器至溫控閥的管路需要從底層過渡；而生活污水艙位于機(jī)艙底層左舷，F(xiàn)R21-FR29肋位，導(dǎo)致管路無法完成過渡。根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)備位置做出調(diào)整，中央冷卻器移至機(jī)艙前壁，面對面放置，3臺冷卻淡水泵移至舷側(cè)，主溫控閥布置在中央冷卻器和淡水泵之間（圖6）。經(jīng)過優(yōu)化后的設(shè)備布置，滿足了每個設(shè)備的拆裝維修空間和行人通道，同時(shí)保證了管路布置的合理性，既節(jié)省管路，節(jié)約能效，又有利于冷卻系統(tǒng)功能的發(fā)揮。

2）中央冷卻器單元設(shè)計(jì)。現(xiàn)代船舶建造工藝中，為提高生產(chǎn)效率，減少船上作業(yè)，越來越多的采用管系與設(shè)備形成單元的設(shè)計(jì)方案。本船設(shè)計(jì)中，將中央冷卻器及其管路設(shè)計(jì)成一個單元，中央冷卻器采用面對面的布置，兩側(cè)預(yù)留足夠的維修空間，便于冷卻片的拆卸。管路設(shè)計(jì)成“豐”字型，設(shè)備接口留有短管，便于管路維修，蝶閥手輪布置合理，操作方便。中央冷卻器單元的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一體化吊裝，提高了船廠的作業(yè)效率（圖7）。

圖6 優(yōu)化后冷卻系統(tǒng)設(shè)備布置

圖7 中央冷卻器單元設(shè)計(jì)

3）發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本船每臺發(fā)電機(jī)配備有1臺缸套水冷卻器。其中1號發(fā)電機(jī)缸套水冷卻器依附立柱放置（圖8）。這樣設(shè)計(jì)考慮到每臺發(fā)電機(jī)右側(cè)有維修平臺，凸出發(fā)電機(jī)本體，已占用部分通道，所以水冷卻器與維修平臺錯開布置。同時(shí)，由于發(fā)電機(jī)冷卻水進(jìn)出口位于設(shè)備左側(cè)，冷卻器緊鄰發(fā)電機(jī)布置則過于緊湊，管路難以放樣，故將2號發(fā)電機(jī)的冷卻器布置于1號發(fā)電機(jī)平臺同側(cè)，以此類推。這樣冷卻水管路可以順利通過花鋼板下接至發(fā)電機(jī)接口。

圖8 發(fā)電機(jī)缸套水冷卻器布置方案

4 結(jié)語

機(jī)艙管系的綜合布置在整個機(jī)艙的生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中占有極為重要的地位，通過管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)，縮短了建造周期，在船體開工建造的同時(shí)就可以進(jìn)行管子的預(yù)制和管路的安裝工作，將大量船上的外場作業(yè)改為車間的內(nèi)場作業(yè)。這樣勞動條件好、生產(chǎn)質(zhì)量高，且安全；實(shí)現(xiàn)了“一次安裝”，減少了不必要的重復(fù)勞動，大大地減輕了施工人員的勞動強(qiáng)度；由于進(jìn)行了綜合布置、全面協(xié)調(diào)，做到了管路布置的合理、美觀、安裝方便，避免了不必要的返工。

［1］中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊（輪機(jī)分冊）［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1999.