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        壓蓋松套伸縮接頭的應(yīng)用與優(yōu)化

        2014-07-05 14:05:59鄧志慶汪家政劉立軍
        船舶標準化工程師 2014年1期
        關(guān)鍵詞:橡皮圈壓蓋管型

        鄧志慶,汪家政,劉立軍

        (金海重工股份有限公司,舟山 316291)

        壓蓋松套伸縮接頭的應(yīng)用與優(yōu)化

        鄧志慶,汪家政,劉立軍

        (金海重工股份有限公司,舟山 316291)

        通過對壓蓋松套伸縮接頭的結(jié)構(gòu)與其在管路上的布置分析,優(yōu)化選型與布置,有效減少管路連接法蘭與分段合攏管的設(shè)置,節(jié)約造船成本,且利于伸縮接頭本身的維護保養(yǎng),可供船舶管路優(yōu)化設(shè)計參考。

        伸縮接頭;應(yīng)用;優(yōu)化;合攏管;成本

        0 引言

        船舶管路熱脹冷縮補償?shù)淖畛S梅椒ㄊ窃诠苈分虚g安裝伸縮接頭來吸收其熱脹冷縮與因船體變形而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,有效避免管路泄漏、彎曲與破裂。壓蓋松套伸縮接頭是補償接頭中的一種,其結(jié)構(gòu)簡單、安裝維護方便、價格相對低廉,適用于輸送海水、淡水、飲用水、污水、原油、成品油、燃油、滑油、空氣等溫度不高于80℃、壓力不大于1.6MPa的介質(zhì)管路補償,因此被廣泛應(yīng)用。以金海重工股份有限公司建造的一條VLCC為例,貨艙區(qū)使用的壓蓋松套伸縮接頭多達一百多只,本文對該伸縮接頭的結(jié)構(gòu)與管路布置進行了分析評估,并進而優(yōu)化選型與布置,有效降低了伸縮接頭本身的采購成本,減少了管路連接法蘭與分段合攏管的設(shè)置,達到節(jié)約造船成本、縮短建造周期的目的,且利于伸縮接頭的維護保養(yǎng)。

        1 壓蓋松套伸縮接頭的應(yīng)用結(jié)構(gòu)形式

        圖1 壓蓋式松套伸縮接頭兩種應(yīng)用形式結(jié)構(gòu)圖

        壓蓋松套伸縮接頭有兩種應(yīng)用結(jié)構(gòu)形式,即“GB基本型”與“伸縮短管型”(圖1)。兩種形式的根本區(qū)別在于:“伸縮短管型”多兩只伸縮短管,管路安裝時直接與伸縮短管的法蘭連接。伸縮接頭安裝在管道上后,彈性密封圈與壓蓋、套筒、管路形成密封,當溫度變化時管子能在接頭中間自由的伸縮,從而起到自動補償之目的。

        2 目前國內(nèi)應(yīng)用形式的弊端

        2.1 伸縮接頭本身的采購成本直接增加

        前國內(nèi)壓蓋式松套伸縮接頭基本上都選用如圖2 所示的“伸縮短管型”,由于其結(jié)構(gòu)本身多兩只短管,所以本身的價格與“GB基本型”相比,相差一倍左右。也許你會注意到國內(nèi)建造的很多船舶選用了填料函式伸縮接頭,它與“伸縮短管型”伸縮接頭一樣與管路直接采用法蘭連接,但其價格更加昂貴,至少是“GB基本型”伸縮接頭的兩倍,特別是油輪,由于數(shù)量多、規(guī)格大,無疑增加船企采購成本。

        圖2 國內(nèi)壓蓋松套伸縮接頭應(yīng)用實例

        2.2 增加管路材料與內(nèi)場制作成本

        圖3 壓蓋松套伸縮接頭兩種形式在管路上的安裝圖

        如圖3所示,國內(nèi)普遍采用的“伸縮短管型”安裝與“GB基本型”相比,管路上多兩只連接法蘭和兩只法蘭墊片。同時,與伸縮接頭連接的兩根管件的內(nèi)場制作由于需要多焊兩只法蘭,工作量明顯增加,當然還涉及到打磨、涂裝等,材料與施工成本都有所增加。

        3 壓蓋式松套伸縮接頭的特性分析與優(yōu)化選型布置

        表1 壓蓋松套伸縮接頭的特性與允許安裝偏差表

        表1是根據(jù)GB/T 12465-2002 管路松套補償接頭而制定的。

        3.1 壓蓋松套伸縮接頭的特性分析

        金屬管路熱脹冷縮,壓蓋松套伸縮接頭的伸縮量是指短管在套筒內(nèi)允許自由移動的距離,通過改變套筒的長度就可達到改變伸縮量的目的,關(guān)于伸縮量GB伸縮接頭設(shè)置了兩種標準,即短型與長型,長型的伸縮量比短型伸縮量多60mm。根據(jù)鋼管熱脹 冷 縮 特 性 , 鋼 管 的 伸 縮 量△L=10-5×(1118K+0.526K2)·L,其中K為鋼管的溫差,L為鋼管的長度。例如鋼管受熱后,每升高30℃,將使1m的鋼管伸長0.34mm。根據(jù)表1可知,伸縮接頭的伸縮量至少達30mm,所以對一般船舶管路而言,短型伸縮接頭的伸縮量是完全可以滿足由于管路溫度變化導(dǎo)致的管子熱脹冷縮的位移量,也就是說如果選擇長型的伸縮接頭,管路安裝的軸向方向允許有30mm的調(diào)整距離,非常有利于船舶建造誤差補償。

        關(guān)于伸縮接頭的設(shè)計總長L,對于DN800mm以下的伸縮接頭,根據(jù)日韓造船相關(guān)管附件標準,長度在300mm~370mm之間,與GB設(shè)計長度相比,約長 100mm,這樣管子在套筒內(nèi)的伸縮量將大50mm,這樣更易管子的布置安裝與建造誤差縱向補償,供伸縮接頭設(shè)計制作與采購參考。

        3.2 壓蓋松套伸縮接頭優(yōu)化選型與布置

        1)優(yōu)化選型與布置,可以有效減少管路連接法蘭與分段合攏管的設(shè)置

        管舾裝生產(chǎn)設(shè)計中,分段預(yù)裝的管子由于考慮到分段吊裝、合攏精度等原因,兩個分段通常需要設(shè)置合攏管,合攏管(一般長約500mm)需待兩個分段合攏后現(xiàn)場調(diào)整,法蘭點焊好后送內(nèi)場焊接并在表面處理后再送回外場重新安裝,工作量大。貨艙區(qū)要求安裝伸縮接頭的管路布置基本上都為縱向直管,分段合攏管設(shè)置的目的是為解決管子縱向距離誤差,GB長型壓蓋松套伸縮接頭的管路縱向調(diào)整范圍是30mm,根據(jù)造船質(zhì)量相關(guān)標準與船廠實際建造經(jīng)驗,長度30m內(nèi)的一路直管路縱向誤差控制30mm以內(nèi)是非常容易的,所以完全可以把伸縮接頭設(shè)置在兩分段的合攏縫之間,起到合攏管的作用,即使管路安裝在徑向上稍有偏差,伸縮接頭安裝允許的偏移量與可繞度也是可以補償。根據(jù)相關(guān)管路設(shè)計標準,伸縮接頭在管路上一般在30m之內(nèi)設(shè)計布置一個伸縮接頭,所以安裝位置調(diào)整也是比較充裕的,盡量把伸縮接頭布置在分段合攏縫之間,完全可以有效減少合攏管的設(shè)置,同時與國內(nèi)普遍采用的“伸縮短管型”相比,明顯減少了管路的連接法蘭,節(jié)約造船成本,具體布置形式如圖4所示。

        圖4 壓蓋松套伸縮接頭兩種形式管路布置圖

        對于新船建造,船舶壓載艙全面執(zhí)行 PSPC,管子大而空間小,施工不方便,合攏管的制作與運輸施工難免會導(dǎo)致涂裝一定程度上的破損。對于原油輪更是如此,根據(jù)IMO規(guī)范要求,原油輪油艙保護涂層性能標準2012年1月1日正式生效,2013年1月1日或以后簽訂的合同、7月1日或以后安放龍骨或處于類似階段、2016年1月1日交付或以后都必須按新涂層標準強制執(zhí)行,原油輪貨油艙也將執(zhí)行PSPC,這對建造油輪又是一大挑戰(zhàn),減少合攏管的設(shè)置明顯可以有效減少涂裝破損,提高建造質(zhì)量,縮短造船周期。

        2)優(yōu)化選型利于伸縮接頭的維護保養(yǎng)

        關(guān)于壓蓋松套伸縮接頭,其維護保養(yǎng)主要是對橡皮圈由于損壞或老化進行更換(圖 5),主要工藝如下:

        (1)先將伸縮接頭的壓蓋處螺母以及限位螺釘松開;

        (2)將壓蓋與套筒向管件一側(cè)位移,直至套筒與管段間有足夠的空間S,能把的密封圈取出;

        (3)將新的密封圈裝上,壓蓋與套筒放在規(guī)定位置,按照工藝把伸縮接頭安裝上。

        圖5 橡皮圈間隙示意圖

        根據(jù)其維護保養(yǎng)工藝要求,只要能保證壓蓋在管路的自由移動距離B1,則橡皮圈很容易更換,如圖4中壓蓋的移動空間非常大。而國內(nèi)普遍選用的“伸縮短管型”伸縮接頭,設(shè)計訂貨時常常未考慮短管的長度,計算好壓蓋在伸縮短管上能夠自由移動的距離B1,未能確保在不需整體拆除伸縮接頭的前提下就能更換橡皮圈,給后續(xù)維護工作帶來很大的不便。圖6是某國內(nèi)大型船廠建造的VLCC使用的伸縮接頭,由于設(shè)計的短管長度不夠,壓蓋根本沒辦法移動,而伸縮接頭本身很重,若需要更換橡皮圈,船員必須拆除法蘭上的所有連接螺栓,并用專門的起吊工具把伸縮接頭整體吊到甲板上,才能完成橡皮圈的更換工作,對維護工作造成極大的不便,如果是在壓載艙、貨油艙那工作量將更大。而如果采用“GB基本型”安裝,完全不存在該問題,一個人很容易完成維護工作。

        圖6 國內(nèi)某船上安裝的伸縮接頭實例

        4 結(jié)語

        通過對壓蓋松套伸縮接頭的結(jié)構(gòu)與性能進行分析,優(yōu)化選用“GB基本型”可以有效減少伸縮接頭本身的采購成本與管路的法蘭接頭,切實減少建造成本;進行優(yōu)化布置,把“GB基本型”設(shè)在分段合攏逢之間,可以有效減少合攏管的設(shè)置,從而有效節(jié)約船廠的造船成本,提高造船精度、縮短建造周期與減少涂裝破損,且有利于維護保養(yǎng)。與國內(nèi)大多船廠選用的“伸縮短管型”壓蓋松套接頭或填料函式伸縮接頭相比較,一艘VLCC可以至少節(jié)約80萬元。并且該優(yōu)化布置在日韓發(fā)達國家造船應(yīng)用非常廣泛,值得國內(nèi)船廠推廣應(yīng)用。

        [1] 中國船舶工業(yè)總公司. 船舶設(shè)計使用手冊: 輪機分冊[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2002.

        [2] IMO. 原油輪油艙保護涂層性能標準[S]. 2010.

        [3] GB/T 12465-2002, 管路松套補償接頭[S].

        [4] 中國造船質(zhì)量標準[S]. 2005.

        [5] 姜興峰. 船舶管路[M]. 吉林: 吉林大學出版社, 2005.

        [6] IMO. 船舶壓載艙保護涂層性能標準[S]. 2010.

        Application and Optimization of Gland-type Sleeve Expansion Joint

        Deng Zhi-qing, Wang Jia-zheng, Liu Li-jun
        (JinHai Heavy Industry Co., Ltd., Zhoushan 316291, China)

        This paper analyzes the structure of gland-type sleeve expansion joint and its layout on pipeline for optimal selection and arrangement optimization. It can effectively reduce the connecting flanges of pipeline and blocks-adjusting pipe pieces, saving the cost of shipbuilding. Also it is good for the maintenance of expansion joint and can provide some reference for ship design optimization.

        expansion joint; application; optimize; adjusting- pipe pieces; cost

        U663

        A

        1005-7560(2014)01-0041-04

        鄧志慶(1984-),男,工程師,主要從事船舶輪機設(shè)計工作。

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