嚴(yán)鋒泉 汪新勇

（廣船國(guó)際技術(shù)中心）

海安線客滾船機(jī)艙鋁合金風(fēng)管設(shè)計(jì)

嚴(yán)鋒泉 汪新勇

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本文主要介紹46車(chē)/999客海口-海安航線客滾船機(jī)艙區(qū)域鋁合金風(fēng)管設(shè)計(jì)。

客滾船 鋁合金風(fēng)管 設(shè)計(jì)

0 前言

46車(chē)/999客是我公司為海南海峽航運(yùn)股份有限公司設(shè)計(jì)并建造的客滾船，主要航行于海口-海安國(guó)內(nèi)沿海航線，按照三級(jí)客船設(shè)計(jì)。3甲板至5甲板為車(chē)道甲板，5甲板以上為旅客甲板，機(jī)艙則設(shè)在艉部3甲板下。機(jī)艙狹小，機(jī)械設(shè)備多，這是客滾船的基本特征，而嚴(yán)格控制空船重量是這類(lèi)船舶的主要特征之一，也是設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一。為了減輕空船重量，機(jī)艙區(qū)風(fēng)管采用鋁合金材質(zhì)，這在我司屬首次使用，設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中遇到問(wèn)題非常多，通過(guò)建造這艘船積累了不少經(jīng)驗(yàn)，下文將詳細(xì)講述海安線客滾船機(jī)艙鋁合金風(fēng)管設(shè)計(jì)，為今后再次設(shè)計(jì)鋁合金風(fēng)管提供參考。

1 風(fēng)管設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)基點(diǎn)

鋼質(zhì)方風(fēng)管是最普通的風(fēng)管，它成本低廉，工藝成熟，是船舶最常用使用的風(fēng)管。但對(duì)于客滾船這樣的特種船來(lái)說(shuō)，鋼質(zhì)方風(fēng)管顯得太重，不利于控制空船重量。為了減輕重量本船考慮采用鋁合金風(fēng)管。由于鋁合金材料屬有色金屬，價(jià)格較高，用于制作風(fēng)管的工藝比鋼質(zhì)風(fēng)管復(fù)雜，成本較高，設(shè)計(jì)時(shí)必須慎重，對(duì)重量與成本之間進(jìn)行優(yōu)化。

主風(fēng)道從機(jī)艙棚將新風(fēng)送進(jìn)機(jī)艙，途中幾乎沒(méi)有分支，常規(guī)船通常采用結(jié)構(gòu)風(fēng)管。結(jié)構(gòu)風(fēng)管一部分是船體結(jié)構(gòu)，是必不可少的，只需增加兩個(gè)面板就形成矩形結(jié)構(gòu)，可作為風(fēng)管，其重量并不會(huì)比獨(dú)立風(fēng)管重，而成本遠(yuǎn)比鋁合金風(fēng)管低，所以采用結(jié)構(gòu)風(fēng)管作為主風(fēng)管是較優(yōu)的選擇。

進(jìn)入機(jī)艙后，風(fēng)管需要向四周發(fā)散，支管較多，風(fēng)管較長(zhǎng)，如果還是采用鋼質(zhì)方風(fēng)管，成本雖然低，但重量會(huì)超標(biāo)，所以，考慮主風(fēng)管進(jìn)入機(jī)艙后，再采用鋁合金風(fēng)管將新風(fēng)送到各處。

1.2 鋁合金風(fēng)管設(shè)計(jì)

1.2.1 鋁合金風(fēng)管

經(jīng)研究決定本船所采用的鋁合金風(fēng)管全部由專(zhuān)業(yè)廠家制作，設(shè)計(jì)過(guò)程中不但要考慮本船的實(shí)際情況，合理布置，優(yōu)化設(shè)計(jì)，還需要考慮廠家制作要求。為了減重盡量將風(fēng)管厚度減薄，結(jié)合廠家的制作工藝，將風(fēng)管厚度定為3 mm，并且只允許負(fù)公差。這樣的壁厚焊接比較困難，廠家做了多次焊接工藝評(píng)定后，最終才答復(fù)可以制作。鋁合金風(fēng)管表面不做任何處理，以便減輕重量。

對(duì)于尺寸較小風(fēng)管，如280×190，設(shè)計(jì)時(shí)將風(fēng)管長(zhǎng)度控制在2.4 m以下，這樣廠家才能保證鋁合金風(fēng)管焊接質(zhì)量，保證風(fēng)管不發(fā)生因過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生扭曲變形。對(duì)于尺寸較大的風(fēng)管，如1140×500，考慮到鋁合金材質(zhì)強(qiáng)度不如鋼材容易變形，設(shè)計(jì)時(shí)在風(fēng)管內(nèi)部順風(fēng)方向設(shè)置圓形支柱進(jìn)行加強(qiáng)。同時(shí)布置時(shí)考慮與其他管路和電纜托架的距離盡量擴(kuò)大，以便隨時(shí)在風(fēng)管較薄弱的部位增加支架，保證鋁合金風(fēng)管牢固的固定在設(shè)計(jì)位置上。

1.2.2 鋁合金風(fēng)管支架設(shè)計(jì)

從成本角度考慮，本船還是采用鋼質(zhì)風(fēng)管支架和管碼。常規(guī)船風(fēng)管支架一般2 m一個(gè)，考慮到鋁合金材質(zhì)輕，容易發(fā)生變形和錯(cuò)位，設(shè)計(jì)時(shí)有意縮短支架間距，大概1.5 m一個(gè)，使得本船風(fēng)管支架總量比普通鋼風(fēng)管支架大約多出約25%。由于本船風(fēng)管支架形式多種多樣，支架碼腳布置不一致，設(shè)計(jì)時(shí)先將所有支架在TRIBON建模，再單獨(dú)出管碼表，而不是按照傳統(tǒng)由風(fēng)管系統(tǒng)出管碼表。

管碼采用扁鐵包風(fēng)管形式，在扁鐵管碼與風(fēng)管之間用橡膠襯墊纏繞一圈 ，防止鋼支架長(zhǎng)期直接與鋁合金接觸發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)避免鋼支架碰花鋁合金風(fēng)管，以保證鋁合金風(fēng)管不被刮花，詳見(jiàn)圖1。

圖1 鋁合金風(fēng)管管支架安裝形式

1.2.3 鋁合金風(fēng)管與結(jié)構(gòu)風(fēng)管連接

本船鋁合金風(fēng)管與結(jié)構(gòu)風(fēng)管的連接是采用鋼質(zhì)短管連接型式，鋼質(zhì)短管一端直接與結(jié)構(gòu)風(fēng)管開(kāi)孔對(duì)接，另一端鋼質(zhì)短管上裝配法蘭與鋁合金風(fēng)管法蘭連接。常規(guī)的鋁合金風(fēng)管法蘭比鋼質(zhì)風(fēng)管法蘭扁小，不能很好與鋼質(zhì)短管配對(duì)，為了保證短管與鋁合金風(fēng)管配對(duì)妥貼，在設(shè)計(jì)過(guò)程中適當(dāng)改變工藝路線，先由萬(wàn)達(dá)公司制作鋼質(zhì)短管，將相應(yīng)的法蘭取下，發(fā)至風(fēng)管廠家，廠家在制作與相對(duì)接的鋁合金風(fēng)管法蘭時(shí)，與鋼質(zhì)短管法蘭進(jìn)行一對(duì)一配對(duì)，然后取回鋼法蘭，并與短管焊接妥。工藝改進(jìn)后沒(méi)有出現(xiàn)鋼制風(fēng)管與鋁合金風(fēng)管對(duì)接不上的問(wèn)題。

1.2.4 鋁合金風(fēng)管墊片

常規(guī)風(fēng)管墊片為橡膠墊片，塊狀結(jié)構(gòu)，安裝在對(duì)接法蘭之間。本船為了防火需要采用陶瓷棉材質(zhì)的墊片，為了減重同時(shí)安裝方便，對(duì)墊片做了工藝改進(jìn)，將常規(guī)的塊狀墊片做成條狀，安裝時(shí)不是將墊片放在兩個(gè)法蘭之間，而是卡在連接法蘭的頂部邊緣，這種改進(jìn)既安裝方便，又輕便，還防火，是較優(yōu)的改進(jìn)，這種墊片還適用于普通鋼質(zhì)風(fēng)管。

2 鋁合金風(fēng)管布置

本客滾船機(jī)艙為單層結(jié)構(gòu)，大多數(shù)設(shè)備都布置在花鋼板面，風(fēng)管主要集中在主甲板下區(qū)域。風(fēng)管的特點(diǎn)是管徑大，支管多，變徑多，需要在船體大結(jié)構(gòu)間穿梭，同時(shí)需要要跨越吊梁，避讓管路和主干電纜，風(fēng)管布置十分困難。

設(shè)計(jì)時(shí)將主風(fēng)管布置于大結(jié)構(gòu)之間，并且平行于大結(jié)構(gòu)，在合適的位置開(kāi)支管，讓支管貼著大結(jié)構(gòu)走并跨越吊梁和主干電纜，詳見(jiàn)圖2。這樣設(shè)計(jì)支管是多了些，成本也高了些，但支風(fēng)管尺寸可以靈活多變，方便穿梭于結(jié)構(gòu)、吊梁、主干電纜、管路之間，將新風(fēng)送到各處。將大風(fēng)管化作若干小風(fēng)管，更方便布置，更適合狹小機(jī)艙。

輔助設(shè)備艙處于尾部，與主機(jī)艙是水密分隔，不能與主機(jī)艙的通風(fēng)系統(tǒng)相連，只能設(shè)計(jì)獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。由于這個(gè)區(qū)域船體線型變化大，強(qiáng)結(jié)構(gòu)多，空間高度緊張，設(shè)計(jì)時(shí)考慮該區(qū)域非常狹小，風(fēng)管總量不多，但受到空間環(huán)境限制修改量將增大，還是選用鋼質(zhì)方型風(fēng)管比較合適。左邊送風(fēng)管從主甲板左舷下來(lái)后沿著5#壓載艙壁布置，從后壁進(jìn)入機(jī)修間，再?gòu)臋C(jī)修間主風(fēng)管中部上方開(kāi)支管，沿16號(hào)大肋橫向走，往輔助設(shè)備間和冷水機(jī)組區(qū)域送風(fēng)。同理在右舷設(shè)計(jì)一路抽風(fēng)管路，左舷送風(fēng)，右舷抽風(fēng)，依靠?jī)膳_(tái)風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了狹小區(qū)域空氣循環(huán)，船東對(duì)此表示滿意。

圖2 機(jī)艙風(fēng)管布置圖

3 鋁合金風(fēng)管安裝及保護(hù)

鋁合金風(fēng)管比較嬌貴，運(yùn)輸和安裝過(guò)程都需要受到保護(hù)。首選要求廠家對(duì)鋁合金風(fēng)管加以保護(hù)，再裝車(chē)運(yùn)輸。在船廠鋁合金風(fēng)管安排在分段涂裝后、小合攏組裝前進(jìn)行預(yù)裝。鋁合金風(fēng)管在分段吊裝時(shí)使用尼龍吊帶綁扎，做到輕拿輕放，嚴(yán)禁拖曳鋁合金風(fēng)管，嚴(yán)禁施工過(guò)程中隨意踩踏，防止風(fēng)管壁產(chǎn)生拉痕和凹痕。鋁合金風(fēng)管在分段安裝完畢后用三防布進(jìn)行包扎保護(hù)。預(yù)裝課在分段預(yù)裝階段在結(jié)構(gòu)風(fēng)管上開(kāi)孔定位焊鋼質(zhì)短管，與外接的鋁合金風(fēng)管相接完整，用三防布進(jìn)行包扎保護(hù)。進(jìn)入特涂階段時(shí)在分段進(jìn)沙棚前拆下所有鋁合金風(fēng)管交機(jī)裝保管，待分段出棚后，由機(jī)裝重新安裝。鋁合金風(fēng)管上船后用三防布保護(hù)，直到海上試驗(yàn)前才能揭開(kāi)。由于實(shí)施嚴(yán)格的保護(hù)措施，鋁合金風(fēng)管沒(méi)有發(fā)生破損事件。

4 結(jié)束語(yǔ)

盡管本船是首次使用鋁合金風(fēng)管，取得了不少經(jīng)驗(yàn)，鋁合金風(fēng)管由專(zhuān)業(yè)廠家制作，修改都要進(jìn)廠實(shí)施，比較困難，運(yùn)輸成本較高，所以一定要提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，爭(zhēng)取零修改零返工。由于鋁合金風(fēng)管十分嬌嫩，每個(gè)環(huán)節(jié)都要注意保護(hù)，以免拉傷、碰傷風(fēng)管，造成不必要的損失。本船鋁合金風(fēng)管設(shè)計(jì)，可以為今后相關(guān)客滾船提供一定的借鑒，相信本船的風(fēng)管設(shè)計(jì)還有許多細(xì)節(jié)可以優(yōu)化處理，希望今后客滾船鋁合金風(fēng)管設(shè)計(jì)能越做越好。

[1] 陳可越，《船舶設(shè)計(jì)使用手冊(cè)（輪機(jī)分冊(cè)）》。北京：中國(guó)交通科技出版社，2000.

[2]中國(guó)船級(jí)社，《國(guó)內(nèi)航行海船入級(jí)規(guī)則（2006）》。北京：人民交通出版社，2006.

10.3969/j.issn.2095-4506.2016.04.005

2016-5-16）

嚴(yán)鋒泉（1986--）， 男，助理工程師，船舶輪機(jī)。

汪新勇（1988--）， 男，助理工程師，船舶舾裝。