優(yōu)化機(jī)艙綜合布置的應(yīng)用及探討

■管偉

（福建東南造船有限公司，福州　350015）

優(yōu)化機(jī)艙綜合布置的應(yīng)用及探討

■管偉

（福建東南造船有限公司，福州350015）

本文從機(jī)裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)的角度，結(jié)合53000DWT散貨船機(jī)艙二層平臺(tái)綜合布置的優(yōu)化，進(jìn)行實(shí)船三維建模對(duì)比分析，找出一套切實(shí)可行且具有可比性的優(yōu)化方案，為優(yōu)化類似船舶的機(jī)艙綜合布置提供一些思路，縮短設(shè)計(jì)周期。

機(jī)裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)三維建模優(yōu)化方案機(jī)艙綜合布置

1　引言

機(jī)艙管系放樣是機(jī)艙綜合布置的重要內(nèi)容，機(jī)艙綜合布置又是機(jī)裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)的核心，機(jī)艙管系放樣與機(jī)艙綜合布置相輔相成，對(duì)船舶建造周期和質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。船舶建造常因生產(chǎn)周期比較緊張，對(duì)機(jī)裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)的要求隨著生產(chǎn)計(jì)劃的安排時(shí)高時(shí)低，具有很多的不確定性，機(jī)艙綜合布置設(shè)計(jì)難免有些倉促，導(dǎo)致建造過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)很多技術(shù)問題而造成返工。如何找到一套便捷、可靠的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，既能縮短設(shè)計(jì)周期，又能提高船舶建造的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性，一直是機(jī)裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)努力的方向。

2　問題分析

在進(jìn)行機(jī)艙布置時(shí)，因機(jī)艙設(shè)備多空間狹小，需同時(shí)考慮多個(gè)設(shè)備以求達(dá)到最優(yōu)的效果具有較大的模糊性，而且影響機(jī)艙布置的因素很復(fù)雜，考慮的角度不同就會(huì)導(dǎo)致不一樣的效果。這些因素可分為主觀因素和客觀因素，主觀因素取決于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰痛瑥S的生產(chǎn)工藝要求?？陀^因素粗略的歸納為幾何因素和設(shè)備性能因素，幾何因素包括如設(shè)備的尺寸、操作維護(hù)空間、人員通道及船舶的穩(wěn)性重心等，幾何因素是機(jī)艙布置時(shí)必須考慮的。設(shè)備性能因素一般指設(shè)備功能性要求，顯而易見的功能性要求一般都會(huì)根據(jù)設(shè)備廠家的要求進(jìn)行考慮，如泵的吸高、揚(yáng)程等，而隱藏在各個(gè)系統(tǒng)中的設(shè)備之間相互關(guān)系是在機(jī)艙布置中容易忽略的一個(gè)因素，但對(duì)生產(chǎn)設(shè)計(jì)有很大的影響，因此設(shè)備關(guān)系分析是優(yōu)化機(jī)艙綜合布置需考慮的重要因素之一。優(yōu)化機(jī)艙綜合布置常缺乏可比性，難以判斷優(yōu)化方案的好壞，現(xiàn)通過分析某53000DWT散貨船同在二層平臺(tái)的高、低溫冷卻系統(tǒng)和滑油冷卻系統(tǒng)中的部分設(shè)備間的相互關(guān)系，優(yōu)化平臺(tái)的設(shè)備布置和管系放樣，進(jìn)行實(shí)船三維建模對(duì)比分析，直觀呈現(xiàn)優(yōu)化機(jī)艙綜合布置前后的優(yōu)劣。

3　機(jī)艙綜合初始布置

53000DWT散貨船總長199.89m，垂線間長192m，型寬30m，型深17.85m，設(shè)計(jì)吃水12.3m，單機(jī)單槳。主機(jī)功率6480KW，采用中央冷卻系統(tǒng)，海水經(jīng)中央冷卻器對(duì)低溫淡水進(jìn)行冷卻，然后用低溫淡水分別對(duì)高溫淡水、主機(jī)滑油及低溫冷卻終端進(jìn)行冷卻。

低溫淡水系統(tǒng)主要由3臺(tái)低溫淡水泵、2臺(tái)中央冷卻器、三通溫控閥、低溫膨脹水柜、除氣罐及大氣冷凝器等設(shè)備組成；高溫淡水系統(tǒng)主要由2臺(tái)高溫淡水泵、主機(jī)缸套水預(yù)加熱器水泵、主機(jī)缸套水預(yù)加熱器、主機(jī)缸套水冷卻器、造水機(jī)等設(shè)備組成；滑油系統(tǒng)由2臺(tái)滑油泵、滑油冷卻器、三通溫控閥及滑油自清濾器等設(shè)備組成。上述設(shè)備在二層平臺(tái)的初始布置圖見圖1。

圖1　初始布置圖

從圖1的設(shè)備布置來看，給各個(gè)設(shè)備留有足夠的操作、檢修空間和人員通道，設(shè)備布置需要考慮的幾何因素均有顧及，看不出有大的問題存在。根據(jù)上述布置圖進(jìn)行管系放樣后的三維建模效果圖見圖2。

圖2　放樣后三維建模效果圖

從管系放樣后的效果圖（圖2）可以看出，單一考慮幾何因素的設(shè)備布置圖，雖然在管路放樣后沒出現(xiàn)空間上大的干涉，但管路散亂的占據(jù)了檢修空間，閥件阻礙了原先預(yù)留的通道，人員無法直接靠近艉部的部分設(shè)備和閥件，已經(jīng)影響到設(shè)備操作面和檢修空間。僅有的主通道已被迫布置到靠平臺(tái)艏部的一個(gè)角落，整體布局顯得雜亂無章，最終綜合布置效果也不太理想，有違設(shè)備布置圖的初衷。從整體布局上消除船舶生產(chǎn)過程中的返工隱患，優(yōu)化機(jī)艙綜合布置就是問題的解決方案。

4　機(jī)艙綜合布置優(yōu)化方案

4.1設(shè)備關(guān)系分析及優(yōu)化布置

以上述設(shè)備初始布置圖為基礎(chǔ)，根據(jù)各個(gè)系統(tǒng)原理圖分析可知，主機(jī)高、低溫冷卻水管路系統(tǒng)屬閉式冷卻，通過系統(tǒng)管路將主機(jī)與各設(shè)備連成一個(gè)閉式回路，因此各個(gè)系統(tǒng)中的設(shè)備可以簡單地按介質(zhì)流向組成的環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)備安裝位置以主機(jī)為中心，分析設(shè)備關(guān)系，將相同用途的設(shè)備或者執(zhí)行同一操作的有關(guān)設(shè)備布置在一起，兼顧同一個(gè)設(shè)備有不同系統(tǒng)的管路接入的問題：讓連接大管徑管路的距離短，連接小管徑管路距離長的原則，權(quán)衡利弊，綜合考慮。

經(jīng)分析，上述三個(gè)系統(tǒng)中以低溫淡水系統(tǒng)為貫穿線，低溫淡水管連接各冷卻系統(tǒng)中的板式冷卻器，其中中央冷卻器是被海水冷卻，需將中央冷卻器布置在靠近海水冷卻泵的地方。滑油冷卻器是要冷卻主機(jī)滑油，將滑油冷卻器布置在靠近主機(jī)滑油泵的位置。經(jīng)優(yōu)化后，中央冷卻器布置在二層平臺(tái)的前側(cè)，而滑油冷卻器改到平臺(tái)后側(cè)。

高溫淡水冷卻系統(tǒng)中的造水機(jī)的工作原理是蒸餾式，其熱源來自于主機(jī)缸套冷卻水，故造水機(jī)應(yīng)靠近主機(jī)高溫水出口；主機(jī)缸套水冷卻器的低溫側(cè)進(jìn)口來自主機(jī)滑油冷卻器出口，其低溫側(cè)出口接至低溫淡水泵組進(jìn)口；其高溫側(cè)進(jìn)口來自造水機(jī)，其高溫出口至高溫淡水泵組，故缸套水冷卻器需布置在滑油冷卻器與造水機(jī)之間，并靠近低溫淡水泵組。高溫淡水泵布置在缸套水冷卻器附近。缸套水預(yù)加熱器及水泵與上述設(shè)備在系統(tǒng)中是并聯(lián)關(guān)系，且功能相對(duì)獨(dú)立，可以布置在平臺(tái)的左前角。

滑油冷卻系統(tǒng)中滑油自清濾器需貼近滑油冷卻器布置，考慮管路的連接順序，需將有壓差計(jì)的一端轉(zhuǎn)至朝左舷側(cè)，并與艙壁間留出操作空間。通過分析系統(tǒng)中幾臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備的功能，理清各設(shè)備間的相互關(guān)系，最終確定了各設(shè)備的安裝位置。優(yōu)化后的平臺(tái)設(shè)備布置圖見圖3。

圖3　優(yōu)化后的平臺(tái)設(shè)備布置圖

4.2優(yōu)化管系放樣

機(jī)艙管系放樣依附于機(jī)艙設(shè)備布置，對(duì)機(jī)艙綜合布置效果來說，機(jī)艙的設(shè)備布置與管系放樣是一個(gè)有機(jī)的整體，優(yōu)化了機(jī)艙設(shè)備布置，管路放樣勢必跟著優(yōu)化，最終對(duì)船舶建造產(chǎn)生影響。機(jī)艙布置圖是船舶建造中重要的指導(dǎo)性圖紙之一，是機(jī)艙管系放樣的重要依據(jù)。機(jī)艙設(shè)備布置的自由度越大，管系放樣的約束就會(huì)越多，而管系放樣的難度與其約束成正比，放樣難度加大就會(huì)增加放樣管的數(shù)量，進(jìn)而影響建造成本。優(yōu)化管系放樣需遵循船廠生產(chǎn)工藝要求，以方便操作、節(jié)省材料、提高機(jī)艙整體布局的美觀性為目標(biāo)。

解決圖2中管系放樣存在的問題，需選擇針對(duì)性的優(yōu)化方式。將低溫淡水泵組出口的直通閥改直角閥，清理出閥件阻礙的通道；將各設(shè)備進(jìn)出口的管路、閥件盡量向上布置，釋放管路占據(jù)的檢修空間。各個(gè)系統(tǒng)中的板式冷卻器前均有三通溫控閥，溫控閥布置的位置直接影響放樣管路的多少，溫控閥離冷卻器越近管路越短，空間布置就越緊湊。因此溫控閥布置盡量靠近在相應(yīng)的冷卻器附近?？紤]溫控閥有手動(dòng)操作要求，三通溫控閥需布置在易于操作且能看見板式冷卻器上溫度表的地方。優(yōu)化后的綜合布置三維建模效果見圖4。