船用供氣模塊集成化技術(shù)

宋　劭，嚴(yán)　軍，陸　煊

(中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064)

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船用供氣模塊集成化技術(shù)

宋劭，嚴(yán)軍，陸煊

(中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064)

摘要：結(jié)合現(xiàn)代化船舶集成優(yōu)化的設(shè)計(jì)思想，提出船用壓縮空氣供氣模塊的集成化設(shè)計(jì)概念。采用模塊化設(shè)計(jì)思想，在船上狹小空間內(nèi)將空氣瓶、減壓閥件、高壓閥件、壓力表等零部件集成優(yōu)化，減少現(xiàn)場(chǎng)施工量，提高船舶設(shè)計(jì)的維修性、安全性和集成化水平。

關(guān)鍵詞：供氣模塊；集成化；壓縮空氣；維修性；安全性

傳統(tǒng)船舶上各供氣系統(tǒng)中，主要通過從布置在船上各位置的氣瓶引出管路，再通過分散安裝的高壓減壓閥、安全閥、濾器、截止閥等單元閥件獲得所需壓力的氣體。設(shè)計(jì)人員需針對(duì)每個(gè)用戶單獨(dú)設(shè)計(jì)氣路系統(tǒng)，船廠施工單位也必須按樣施工，管路復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)量大，高壓空氣管路壓力高、剛度大、密封技術(shù)要求高[1]。受現(xiàn)場(chǎng)施工條件和施工工藝的限制，往往難以達(dá)到強(qiáng)度、密性等試驗(yàn)要求，獲得較高的施工質(zhì)量，造成返工率比較高。為此，結(jié)合現(xiàn)代化船舶集成優(yōu)化的設(shè)計(jì)思想，提出船用壓縮空氣供氣模塊的設(shè)計(jì)概念。采用模塊化設(shè)計(jì)思想，在船上狹小空間內(nèi)將空氣瓶、減壓閥件、高壓閥件、壓力表等零部件集成優(yōu)化。

1國(guó)內(nèi)外研究、應(yīng)用概況

集成化的設(shè)計(jì)思想越來越多地被運(yùn)用到船舶領(lǐng)域。船舶上供氣模塊一般應(yīng)具有儲(chǔ)氣、減壓、過濾、安全泄放、安全輸出及供氣等功能，將來自系統(tǒng)高壓管路內(nèi)的壓縮空氣儲(chǔ)氣、減壓至相應(yīng)壓力值，滿足模塊用氣需要。

目前船舶行業(yè)中各種閥門、管路及附件采用模塊式結(jié)構(gòu)較少，隨著船舶裝備現(xiàn)代化的提高，迫切需要研制先進(jìn)的、集成化、模塊化及智能化的船舶用供氣模塊。集成化供氣模塊符合市場(chǎng)的需求，其耐高壓性能好，現(xiàn)場(chǎng)施工難度小，安裝簡(jiǎn)單，密封性能好，操作方便快捷等特點(diǎn)非常適合船舶上的惡劣環(huán)境，符合客戶對(duì)產(chǎn)品的使用要求。

2供氣模塊集成化設(shè)計(jì)技術(shù)方案

在海上惡劣的外部條件下，船舶會(huì)產(chǎn)生一定程度的橫搖、縱傾等，對(duì)供氣模塊的安全性、結(jié)構(gòu)的可靠性等要求更高；同時(shí)，由于船舶上空間比較狹小，在進(jìn)行供氣模塊集成化設(shè)計(jì)時(shí)還要充分考慮到供氣模塊易于操作和維修。

本文主要以某型船舶壓縮空氣供氣模塊為例，進(jìn)行供氣模塊集成化設(shè)計(jì)和模塊適裝性技術(shù)分析，包括供氣模塊的組成，原理與功能流程，船用條件下供氣模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安全性、維修性、可靠性分析等。

2.1供氣模塊集成化

2.1.1供氣模塊組成

壓縮空氣供氣模塊用于將來自高壓管路的一定壓力的壓縮空氣減壓至相應(yīng)壓力值，滿足設(shè)備用氣需要，壓縮空氣供氣模塊具有儲(chǔ)氣、減壓、過濾、安全泄放、安全輸出及供氣等功能。

壓縮空氣供氣模塊主要組成見表1。

2.1.2供氣模塊系統(tǒng)原理

儲(chǔ)氣量為125 L×2，減壓后兩路供氣的壓縮空氣供氣模塊內(nèi)部原理見圖1。

1)供氣模塊在進(jìn)氣總管上設(shè)有高壓截止止回閥，保證本供氣模塊在充滿壓力后不會(huì)向壓縮空氣系統(tǒng)總管倒流，不會(huì)因總管的漏氣而影響供氣模塊的使用。

2)供氣模塊在進(jìn)氣總管上設(shè)有高壓濾器，在壓縮空氣進(jìn)入氣瓶之前先進(jìn)行過濾，避免管路內(nèi)的雜質(zhì)進(jìn)入空氣瓶及后面的閥件而引起閥件密封面的損壞。

表1　壓縮空氣供氣模塊組成

圖1　供氣模塊系統(tǒng)原理

3)供氣模塊在輸出管路上設(shè)置有高壓模塊式減壓閥組，能夠根據(jù)用戶需要提供所需壓力和流量的壓縮空氣。

4)供氣模塊的氣瓶上設(shè)有積水排放口，長(zhǎng)期使用的氣瓶其中可能會(huì)有積水，此時(shí)打開排污截止閥就能排放相應(yīng)氣瓶中的積水。

5)供氣模塊在進(jìn)氣管路、高壓空氣瓶上和減壓閥后均設(shè)置有壓力表，用于讀取相應(yīng)的壓力值；模塊高壓部分設(shè)置有壓力傳感器，用于監(jiān)測(cè)高壓空氣瓶?jī)?nèi)的壓力，外界可通過壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供氣模塊的壓力狀態(tài)。

6)考慮到空氣瓶高壓壓力容器的周期性檢驗(yàn)需求[2-3]，按狹小高度空間要求合理設(shè)計(jì)氣瓶組框架結(jié)構(gòu)以滿足方便拆卸的要求。

2.1.3供氣模塊功能流程

1)充氣。高壓壓縮空氣氣流通過高壓空氣濾器過濾后進(jìn)入截止止回閥，再通過氣瓶前截止閥向氣瓶供氣。

2)調(diào)壓供氣。分別打開兩組減壓閥前的截止閥，調(diào)節(jié)減壓閥使出口壓力達(dá)到用戶要求值；再分別打開兩組出口截止閥，減壓后的空氣即可供至用戶，模塊采用備用節(jié)流閥。壓縮空氣供氣模塊樣機(jī)的氣瓶中設(shè)有安全放泄口和積水排放口。當(dāng)氣瓶中的高壓氣體到達(dá)一定程度時(shí)，就會(huì)通過高壓安全閥泄放氣瓶中的高壓空氣，保證氣瓶和管路安全。

3)排污排水。打開排污截止閥能排放長(zhǎng)期使用的氣瓶中的積水。

2.2供氣模塊適裝性技術(shù)

2.2.1安全性設(shè)計(jì)

1)供氣模塊的氣瓶中設(shè)有安全放泄口，當(dāng)氣瓶中的高壓氣體到達(dá)一定程度時(shí)，可以主動(dòng)泄放氣瓶中的高壓空氣，保證氣瓶和管路的安全。

2)在供氣模塊進(jìn)氣管路和每個(gè)空氣瓶上均設(shè)置有安全閥[4]，當(dāng)氣瓶中的高壓氣體超出壓力設(shè)定值時(shí)，就會(huì)泄放氣瓶中的高壓空氣，保證氣瓶和管路的安全；供氣模塊的減壓閥后也設(shè)有安全閥，當(dāng)減壓閥減壓后的壓力超過安全閥設(shè)定值時(shí)，安全閥將會(huì)開啟，降低管路中的壓力，保證管路和設(shè)備的安全。

3)安全閥泄放口連接管路，將管路出口向下，避免泄放出的高壓氣體對(duì)人員或其他設(shè)備造成損害，各泄放管相互獨(dú)立。

4)壓力容器的焊接工藝應(yīng)當(dāng)符合JB4708《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》的要求[5-6]，管路接頭等的焊縫質(zhì)量評(píng)定參照GB/T 3323-2005《金屬融化焊焊接接頭射線照相》中的Ⅱ級(jí)要求對(duì)高壓管路進(jìn)行焊縫探傷檢測(cè)[7-8]。

2.2.2維修性設(shè)計(jì)

供氣模塊采用集成框架式結(jié)構(gòu)對(duì)氣瓶有一定的保護(hù)作用，在氣瓶底部安裝有減震橡膠墊，防止瓶體受撞擊而引起壓力變化，造成潛在危險(xiǎn)。

供氣模塊需要操作和觀察的截止閥、壓力表、壓力表閥等集中布置在供氣模塊的正面，需要維修的截止閥、減壓閥、安全閥等盡量布置在設(shè)備一側(cè)，方便后期拆裝維修，同時(shí)也減小了設(shè)備需要的維修空間。

供氣模塊采用框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要進(jìn)行空氣瓶的周期性檢驗(yàn)時(shí)，可以較方便地將供氣模塊中氣瓶逐個(gè)拆卸下來，搬運(yùn)出艙，不必將整個(gè)供氣模塊出艙檢驗(yàn)，可提高設(shè)備的維修性。

圖2　壓縮空氣供氣模塊結(jié)構(gòu)

3集成化供氣模塊技術(shù)特點(diǎn)

1)依據(jù)集成設(shè)計(jì)的思想，供氣模塊將高壓氣瓶、高壓模塊式減壓閥組、高壓安全閥、高壓截止閥、高壓濾器、壓力傳感器及耐震壓力表等部件集成設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)模塊化供氣，尺寸緊湊，對(duì)外接口簡(jiǎn)單，操作維護(hù)及安裝靈活方便。減少現(xiàn)場(chǎng)施工量，提高系統(tǒng)可靠性，減少總體資源的占用。

2)供氣模塊設(shè)計(jì)，只需將不同供氣壓力要求的模塊設(shè)計(jì)安放在相應(yīng)位置，改變了以往高壓氣瓶、各種高壓減壓閥、安全閥、濾器及截止閥等單元閥件離散分布式的供氣系統(tǒng)，將空氣瓶、核心減壓閥、壓力表安裝在緊湊的框架內(nèi)，節(jié)省了安裝空間，減少了對(duì)外接口和現(xiàn)場(chǎng)施工工作量，安裝操作更為簡(jiǎn)便。同時(shí)，方便了元器件的集中檢測(cè)、維修及保養(yǎng)操作，便于壓力及流量的集中控制。

3)以高度集成化模塊式整體設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)及供貨，將質(zhì)量控制環(huán)節(jié)從船上轉(zhuǎn)移到承制廠，可充分利用工廠的技術(shù)力量、制造環(huán)境及試驗(yàn)手段等，并通過型式試驗(yàn)、陸上模擬試驗(yàn)及出廠試驗(yàn)等方式，有助于解決高壓氣體管路密封不嚴(yán)、漏氣損耗等問題，提高船舶設(shè)計(jì)的安全性和可靠性。

4)有利于提高船舶設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、集成化水平，設(shè)計(jì)方便、快捷。

5)便于對(duì)壓縮空氣供氣模塊閥件元器件進(jìn)行集中檢查、調(diào)整、維修及保養(yǎng)工作的操作。

6)有利于通過壓縮氣體壓力、流量傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)高壓空氣系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制及集中控制。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉安漣.模塊化設(shè)計(jì)與建造管路對(duì)接技術(shù)探討[J].中國(guó)船舶研究，2006，1(5/6)：64-67.

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[5] 魏振興，楊力能，張煒，等.壓力容器無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用[J]. 裝備制造技術(shù),2013(2):136-137.

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[8] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

Investigation on Integrated Air Feed Modular Technique of Ships

SONG Shao, YAN Jun, LU Xuan

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Abstract:Combining integrated and optimization design ideas of modern ships, design concepts of compressed air feed modular are proposed. Adoption modularized design methods, gas cylinders, a large number of valves, pressure gauges are integrated together on the ship. The functions of air feed module include gas storage, decompression, filtration, security release, exporting signal, etc, which reducing the workload on site, improving the level of maintainability, security and integration.

Key words:air feed module; integration; compressed air; maintainability; security

中圖分類號(hào)：U664.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-7953(2016)02-0013-03

第一作者簡(jiǎn)介：宋劭(1986-)，男，碩士，工程師E-mail:songshao1986@126.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家部委基金資助項(xiàng)目

收稿日期：2016-01-06

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.02.004

修回日期：2016-01-21

研究方向:船舶輔助系統(tǒng)