超大型集裝箱船機艙風(fēng)管固定方式優(yōu)化

陳春亮

（南通中遠海運川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226005）

0 引言

船舶機艙通風(fēng)設(shè)計的目的是保證動力裝置的正常運行和改善輪機人員的工作環(huán)境。總的來說主要作用有：1）提供主機、發(fā)電機和鍋爐在運轉(zhuǎn)時需要空氣助燃的用風(fēng)；2）用來對溫度較高部位、機器進行降溫以及對需要空氣流通的部位吹風(fēng)。

機艙通風(fēng)分為自然通風(fēng)和機械通風(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)。機械通風(fēng)是將室內(nèi)或艙內(nèi)的空氣用風(fēng)機（FAN）強制供風(fēng)或排風(fēng)的方式來實現(xiàn)空氣對流的通風(fēng)方式。機械送風(fēng)、自然排風(fēng)是機艙通風(fēng)的主要方式，但是機艙有些艙室如燃油分油機間和滑油分油機間等處由于油霧和廢氣非常嚴重，除用風(fēng)機進行機送風(fēng)外，還需設(shè)置排風(fēng)機進行機械排風(fēng)。

圖1 機艙通風(fēng)設(shè)計步驟

1 超大型集裝箱船機艙通風(fēng)設(shè)計特點

1.1 機艙通風(fēng)的設(shè)計步驟

機艙通風(fēng)的設(shè)計步驟如圖1 所示。

1.2 超大型集裝船機艙通風(fēng)設(shè)計的特點

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“中遠海運白羊座”輪在南通中遠海運川崎命名交付，這是南通中遠海運川崎自主研發(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、營運快速性等特點，其主機、發(fā)電機、鍋爐的功率較大，船舶機艙內(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、豎直尺寸達到2.2 m×1.0 m，重量達到了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，實現(xiàn)船廠殼、舾、涂的一體化。

對于機艙方形風(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際運行中，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)管的固定點位于風(fēng)管的兩端，距離風(fēng)管的實際重心較遠，這樣在安裝、調(diào)運、實際運行過程中，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)的有效運行。

3 超大型集裝箱船機艙風(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)運及使用過程中間易產(chǎn)生變形或者撕裂。

2）風(fēng)管強度不夠。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)部或者外部增加補強進行加固，應(yīng)該能對風(fēng)管的強度起到很好的增強作用。

3.2 優(yōu)化思路及對策

1）減少彎矩。設(shè)計一種安裝調(diào)節(jié)方便且減少噪音及振動的船舶機艙大口徑方風(fēng)管可調(diào)固定支架。經(jīng)過反復(fù)研討及實驗，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)上進行優(yōu)化，在原有的2 個固定點的中間增加固定點，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)管加強筋中間，所述扁鋼吊耳位于2 個風(fēng)管加強筋中間，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)化后的機艙風(fēng)管固定方式

2）增加風(fēng)管本體強度。經(jīng)過反復(fù)研究計算和實驗，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，增強風(fēng)管自身的強度，同時為進一步防止變形，在風(fēng)管的四周增加如圖2 所示的風(fēng)管補強加強筋，一方面給風(fēng)管補強，另一方面能給固定支架提供有力支撐。

安裝時，風(fēng)管上的補強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

通過在南通中遠海運川崎建造的連續(xù)4 條2 萬箱集裝箱船實船運用，優(yōu)化后的機艙大口徑方風(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)管加強筋，在加強筋中間設(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，通過實際改善，以期真正達到高效造船、綠色造船、安全造船的目的。