陳春亮

（南通中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226005）

0 引言

船舶機(jī)艙通風(fēng)設(shè)計(jì)的目的是保證動力裝置的正常運(yùn)行和改善輪機(jī)人員的工作環(huán)境?？偟膩碚f主要作用有：1）提供主機(jī)、發(fā)電機(jī)和鍋爐在運(yùn)轉(zhuǎn)時需要空氣助燃的用風(fēng)；2）用來對溫度較高部位、機(jī)器進(jìn)行降溫以及對需要空氣流通的部位吹風(fēng)。

機(jī)艙通風(fēng)分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)。自然通風(fēng)是借助室內(nèi)外的空氣壓力差、溫度差，通過室壁的間隙、出入口來實(shí)現(xiàn)空氣對流的通風(fēng)方式。一般通過設(shè)置菌型、方型、圓型的通風(fēng)筒完成通風(fēng)。機(jī)械通風(fēng)是將室內(nèi)或艙內(nèi)的空氣用風(fēng)機(jī)（FAN）強(qiáng)制供風(fēng)或排風(fēng)的方式來實(shí)現(xiàn)空氣對流的通風(fēng)方式。機(jī)械送風(fēng)、自然排風(fēng)是機(jī)艙通風(fēng)的主要方式，但是機(jī)艙有些艙室如燃油分油機(jī)間和滑油分油機(jī)間等處由于油霧和廢氣非常嚴(yán)重，除用風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)送風(fēng)外，還需設(shè)置排風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械排風(fēng)。

圖1 機(jī)艙通風(fēng)設(shè)計(jì)步驟

1 超大型集裝箱船機(jī)艙通風(fēng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1 機(jī)艙通風(fēng)的設(shè)計(jì)步驟

機(jī)艙通風(fēng)的設(shè)計(jì)步驟如圖1 所示。

1.2 超大型集裝船機(jī)艙通風(fēng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

2018 年1 月1 日，國產(chǎn)首制具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的2 萬標(biāo)箱集裝箱船“中遠(yuǎn)海運(yùn)白羊座”輪在南通中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎命名交付，這是南通中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎自主研發(fā)的新一代船型，是當(dāng)時中國船廠完工交付的最先進(jìn)集裝箱船，該船船長400 m，型寬58.6 m，型深30.7 m，最大載重量達(dá)19.7 萬噸，是當(dāng)時世界上尺度最長的船舶之一。因其具有船舶裝載量、營運(yùn)快速性等特點(diǎn)，其主機(jī)、發(fā)電機(jī)、鍋爐的功率較大，船舶機(jī)艙內(nèi)設(shè)備大而繁多，對空氣的需求量和通風(fēng)散熱要求較大，需要的用風(fēng)量也較大，所以船舶機(jī)艙涉及的風(fēng)管尺寸也非常大，最大的方形風(fēng)管的水平、豎直尺寸達(dá)到2.2 m×1.0 m，重量達(dá)到了100 kg/m，如此形狀較大且重量較重的大型風(fēng)管，如何在有限的機(jī)艙空間內(nèi)加以有效固定，是當(dāng)時面臨的一個重要技術(shù)問題。

2 船舶機(jī)艙風(fēng)管傳統(tǒng)固定方式

無論是船上的鋼管，還是風(fēng)管，或者其他任何舾裝品，為防止移動及振動，都需要進(jìn)行固定位置安裝。風(fēng)管支架，是用于固定船舶通風(fēng)系統(tǒng)的裝置，風(fēng)管支架一方面可以對船舶風(fēng)管起到很好的固定作用，另一方面也有利于風(fēng)管的先行安裝調(diào)整，提高先行舾裝的效率和安全性，實(shí)現(xiàn)船廠殼、舾、涂的一體化。

對于機(jī)艙方形風(fēng)管，固定的方法很多，比較普遍和傳統(tǒng)的固定方式是采用吊耳與支架焊接固定，如圖2 所示。

角鋼吊耳焊接固定在所述方風(fēng)管上表面兩側(cè)邊緣，且焊接在所述方風(fēng)管上表面，扁鋼吊耳通過連接件與角鋼吊耳固定連接，角鋼支架焊接固定在連接扁鋼上表面已固定。

圖2 機(jī)艙風(fēng)管傳統(tǒng)固定吊耳及支架

上述風(fēng)管固定方式先行舾裝時，對風(fēng)管能起到很好的支撐作用，便于現(xiàn)場的搭載、安裝和焊接，對于口徑不大的方風(fēng)管，具有很好的固定效果，同時對風(fēng)管安裝誤差有一定的調(diào)節(jié)作用，在安裝完成后船舶的實(shí)際運(yùn)行中，可以有效減少噪聲與振動。

但是，當(dāng)風(fēng)管口徑較大時，特別是對于超大型集裝船，截面為2.2 m×1.0 m、重量達(dá)到100 kg/m 的風(fēng)管，由于其外形較大，水平距離較大，而風(fēng)管的固定點(diǎn)位于風(fēng)管的兩端，距離風(fēng)管的實(shí)際重心較遠(yuǎn)，這樣在安裝、調(diào)運(yùn)、實(shí)際運(yùn)行過程中，都容易使風(fēng)管手拉變形，甚至出現(xiàn)中間撕裂的現(xiàn)象，在船舶航行過程中，風(fēng)管的振動很大，長期處于這種狀態(tài)下，會較大地影響風(fēng)管的使用壽命和通風(fēng)系統(tǒng)的有效運(yùn)行。

3 超大型集裝箱船機(jī)艙風(fēng)管固定方式優(yōu)化思路

3.1 原因分析

1）風(fēng)管中間彎矩過大。大口徑風(fēng)管由于水平尺寸較大，其重心位于風(fēng)管的正中間，而風(fēng)管支架的固定點(diǎn)為風(fēng)管的兩端，這樣在風(fēng)管的中心會產(chǎn)生極大的彎矩，導(dǎo)致在調(diào)運(yùn)及使用過程中間易產(chǎn)生變形或者撕裂。

2）風(fēng)管強(qiáng)度不夠。一般小口徑風(fēng)管的鋼板厚度為1.6 mm，當(dāng)風(fēng)管口徑較大時，其變形也會變大，這樣在風(fēng)管彎矩變大而壁厚不變的情況下，其強(qiáng)度明顯不夠，變形可能會變大。如果能將風(fēng)管的壁厚加厚，可能會對風(fēng)管本體的變形情況起到一定的改善，如果能在風(fēng)管的內(nèi)部或者外部增加補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)行加固，應(yīng)該能對風(fēng)管的強(qiáng)度起到很好的增強(qiáng)作用。

3.2 優(yōu)化思路及對策

1）減少彎矩。設(shè)計(jì)一種安裝調(diào)節(jié)方便且減少噪音及振動的船舶機(jī)艙大口徑方風(fēng)管可調(diào)固定支架。經(jīng)過反復(fù)研討及實(shí)驗(yàn)，針對大口徑的通風(fēng)管（水平口徑大于等于700 cm 時），在原有固定方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，在原有的2 個固定點(diǎn)的中間增加固定點(diǎn)，優(yōu)化后的固定方式，如圖3 所示。

優(yōu)化后的方風(fēng)管可調(diào)固定支架，包括方風(fēng)管，2 個風(fēng)管加強(qiáng)筋，角鋼吊耳，復(fù)數(shù)連接扁鋼，扁鋼吊耳及角鋼支架，其中2 個風(fēng)管加強(qiáng)筋平行焊接于所述方風(fēng)管上表面，所述角鋼吊耳焊接固定在所述方風(fēng)管上表面兩側(cè)邊緣，且所述角鋼吊耳位于2 個風(fēng)管加強(qiáng)筋中間，所述扁鋼吊耳位于2 個風(fēng)管加強(qiáng)筋中間，且焊接在所述方風(fēng)管上表面，所述角鋼吊耳及扁鋼吊耳上設(shè)有第一通孔，所述連接扁鋼上設(shè)有第二通孔，所述連接扁鋼通過連接件與所述角鋼吊耳固定連接，所述連接扁鋼通過連接件與所述扁鋼吊耳固定連接，所述角鋼支架焊接固定在所述連接扁鋼上表面。

圖3 優(yōu)化后的機(jī)艙風(fēng)管固定方式

2）增加風(fēng)管本體強(qiáng)度。經(jīng)過反復(fù)研究計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，對于大口徑風(fēng)管（水平口徑大于等于700 cm 時），可將風(fēng)管的壁厚提升為2.5 mm，增強(qiáng)風(fēng)管自身的強(qiáng)度，同時為進(jìn)一步防止變形，在風(fēng)管的四周增加如圖2 所示的風(fēng)管補(bǔ)強(qiáng)加強(qiáng)筋，一方面給風(fēng)管補(bǔ)強(qiáng)，另一方面能給固定支架提供有力支撐。

安裝時，風(fēng)管上的補(bǔ)強(qiáng)和吊耳由廠家制造完成，船廠作業(yè)時，船體處于倒置狀態(tài)，先將角鋼支架固定到船體上，根據(jù)方風(fēng)管安裝位置，將連接扁鋼焊接固定到角鋼支架上，再將焊接有角鋼吊耳及扁鋼吊耳的方風(fēng)管安裝到連接扁鋼上，通過通孔進(jìn)行二次調(diào)節(jié)，整體安裝方便快捷。

4 結(jié)語

通過在南通中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎建造的連續(xù)4 條2 萬箱集裝箱船實(shí)船運(yùn)用，優(yōu)化后的機(jī)艙大口徑方風(fēng)管可調(diào)固定支架，將固定支架安裝于方風(fēng)管上部，方便現(xiàn)場安裝時方風(fēng)管的整體吊裝、搭載，減少吊機(jī)使用，提高了工作效率；同時在方風(fēng)管上表面設(shè)置風(fēng)管加強(qiáng)筋，在加強(qiáng)筋中間設(shè)置了復(fù)數(shù)連接扁鋼，增大了風(fēng)管的壁厚，有效加強(qiáng)方風(fēng)管的固定，控制風(fēng)管的拉伸變形，減少船舶航行中風(fēng)管的噪音及振動。

由于各船機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)具有相似性，此文也可以為其他類型大型船舶建造的類似情況提供參考，通過實(shí)際改善，以期真正達(dá)到高效造船、綠色造船、安全造船的目的。