■管偉
(福建東南造船有限公司,福州 350015)
優(yōu)化機艙綜合布置的應(yīng)用及探討
■管偉
(福建東南造船有限公司,福州350015)
本文從機裝生產(chǎn)設(shè)計的角度,結(jié)合53000DWT散貨船機艙二層平臺綜合布置的優(yōu)化,進行實船三維建模對比分析,找出一套切實可行且具有可比性的優(yōu)化方案,為優(yōu)化類似船舶的機艙綜合布置提供一些思路,縮短設(shè)計周期。
機裝生產(chǎn)設(shè)計三維建模優(yōu)化方案機艙綜合布置
機艙管系放樣是機艙綜合布置的重要內(nèi)容,機艙綜合布置又是機裝生產(chǎn)設(shè)計的核心,機艙管系放樣與機艙綜合布置相輔相成,對船舶建造周期和質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。船舶建造常因生產(chǎn)周期比較緊張,對機裝生產(chǎn)設(shè)計的要求隨著生產(chǎn)計劃的安排時高時低,具有很多的不確定性,機艙綜合布置設(shè)計難免有些倉促,導(dǎo)致建造過程中會發(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)計方案,既能縮短設(shè)計周期,又能提高船舶建造的質(zhì)量和經(jīng)濟性,一直是機裝生產(chǎn)設(shè)計努力的方向。
在進行機艙布置時,因機艙設(shè)備多空間狹小,需同時考慮多個設(shè)備以求達到最優(yōu)的效果具有較大的模糊性,而且影響機艙布置的因素很復(fù)雜,考慮的角度不同就會導(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)計人員的經(jīng)驗?zāi)芰痛瑥S的生產(chǎn)工藝要求。客觀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、操作維護空間、人員通道及船舶的穩(wěn)性重心等,幾何因素是機艙布置時必須考慮的。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根據(jù)設(shè)備廠家的要求進行考慮,如泵的吸高、揚程等,而隱藏在各個系統(tǒng)中的設(shè)備之間相互關(guān)系是在機艙布置中容易忽略的一個因素,但對生產(chǎn)設(shè)計有很大的影響,因此設(shè)備關(guān)系分析是優(yōu)化機艙綜合布置需考慮的重要因素之一。優(yōu)化機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)化平臺的設(shè)備布置和管系放樣,進行實船三維建模對比分析,直觀呈現(xiàn)優(yōu)化機艙綜合布置前后的優(yōu)劣。
53000DWT散貨船總長199.89m,垂線間長192m,型寬30m,型深17.85m,設(shè)計吃水12.3m,單機單槳。主機功率6480KW,采用中央冷卻系統(tǒng),海水經(jīng)中央冷卻器對低溫淡水進行冷卻,然后用低溫淡水分別對高溫淡水、主機滑油及低溫冷卻終端進行冷卻。
低溫淡水系統(tǒng)主要由3臺低溫淡水泵、2臺中央冷卻器、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臺高溫淡水泵、主機缸套水預(yù)加熱器水泵、主機缸套水預(yù)加熱器、主機缸套水冷卻器、造水機等設(shè)備組成;滑油系統(tǒng)由2臺滑油泵、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艏部的一個角落,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)化機艙綜合布置就是問題的解決方案。
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)各個系統(tǒng)原理圖分析可知,主機高、低溫冷卻水管路系統(tǒng)屬閉式冷卻,通過系統(tǒng)管路將主機與各設(shè)備連成一個閉式回路,因此各個系統(tǒng)中的設(shè)備可以簡單地按介質(zhì)流向組成的環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu),設(shè)備安裝位置以主機為中心,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?;屠鋮s器是要冷卻主機滑油,將滑油冷卻器布置在靠近主機滑油泵的位置。經(jīng)優(yōu)化后,中央冷卻器布置在二層平臺的前側(cè),而滑油冷卻器改到平臺后側(cè)。
高溫淡水冷卻系統(tǒng)中的造水機的工作原理是蒸餾式,其熱源來自于主機缸套冷卻水,故造水機應(yīng)靠近主機高溫水出口;主機缸套水冷卻器的低溫側(cè)進口來自主機滑油冷卻器出口,其低溫側(cè)出口接至低溫淡水泵組進口;其高溫側(cè)進口來自造水機,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,且功能相對獨立,可以布置在平臺的左前角。
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)化后的平臺設(shè)備布置圖見圖3。
圖3 優(yōu)化后的平臺設(shè)備布置圖
4.2優(yōu)化管系放樣
機艙管系放樣依附于機艙設(shè)備布置,對機艙綜合布置效果來說,機艙的設(shè)備布置與管系放樣是一個有機的整體,優(yōu)化了機艙設(shè)備布置,管路放樣勢必跟著優(yōu)化,最終對船舶建造產(chǎn)生影響。機艙布置圖是船舶建造中重要的指導(dǎo)性圖紙之一,是機艙管系放樣的重要依據(jù)。機艙設(shè)備布置的自由度越大,管系放樣的約束就會越多,而管系放樣的難度與其約束成正比,放樣難度加大就會增加放樣管的數(shù)量,進而影響建造成本。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、提高機艙整體布局的美觀性為目標。
解決圖2中管系放樣存在的問題,需選擇針對性的優(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。