優化機艙綜合布置的應用及探討

■管偉

（福建東南造船有限公司，福州　350015）

優化機艙綜合布置的應用及探討

■管偉

（福建東南造船有限公司，福州350015）

本文從機裝生產設計的角度，結合53000DWT散貨船機艙二層平臺綜合布置的優化，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化方案，為優化類似船舶的機艙綜合布置提供一些思路，縮短設計周期。

機裝生產設計三維建模優化方案機艙綜合布置

1　引言

機艙管系放樣是機艙綜合布置的重要內容，機艙綜合布置又是機裝生產設計的核心，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量產生直接影響。船舶建造常因生產周期比較緊張，對機裝生產設計的要求隨著生產計劃的安排時高時低，具有很多的不確定性，機艙綜合布置設計難免有些倉促，導致建造過程中會發現很多技術問題而造成返工。如何找到一套便捷、可靠的優化設計方案，既能縮短設計周期，又能提高船舶建造的質量和經濟性，一直是機裝生產設計努力的方向。

2　問題分析

在進行機艙布置時，因機艙設備多空間狹小，需同時考慮多個設備以求達到最優的效果具有較大的模糊性，而且影響機艙布置的因素很復雜，考慮的角度不同就會導致不一樣的效果。這些因素可分為主觀因素和客觀因素，主觀因素取決于設計人員的經驗能力和船廠的生產工藝要求。客觀因素粗略的歸納為幾何因素和設備性能因素，幾何因素包括如設備的尺寸、操作維護空間、人員通道及船舶的穩性重心等，幾何因素是機艙布置時必須考慮的。設備性能因素一般指設備功能性要求，顯而易見的功能性要求一般都會根據設備廠家的要求進行考慮，如泵的吸高、揚程等，而隱藏在各個系統中的設備之間相互關系是在機艙布置中容易忽略的一個因素，但對生產設計有很大的影響，因此設備關系分析是優化機艙綜合布置需考慮的重要因素之一。優化機艙綜合布置常缺乏可比性，難以判斷優化方案的好壞，現通過分析某53000DWT散貨船同在二層平臺的高、低溫冷卻系統和滑油冷卻系統中的部分設備間的相互關系，優化平臺的設備布置和管系放樣，進行實船三維建模對比分析，直觀呈現優化機艙綜合布置前后的優劣。

3　機艙綜合初始布置

53000DWT散貨船總長199.89m，垂線間長192m，型寬30m，型深17.85m，設計吃水12.3m，單機單槳。主機功率6480KW，采用中央冷卻系統，海水經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備組成；高溫淡水系統主要由2臺高溫淡水泵、主機缸套水預加熱器水泵、主機缸套水預加熱器、主機缸套水冷卻器、造水機等設備組成；滑油系統由2臺滑油泵、滑油冷卻器、三通溫控閥及滑油自清濾器等設備組成。上述設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的設備布置來看，給各個設備留有足夠的操作、檢修空間和人員通道，設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備布置圖，雖然在管路放樣后沒出現空間上大的干涉，但管路散亂的占據了檢修空間，閥件阻礙了原先預留的通道，人員無法直接靠近艉部的部分設備和閥件，已經影響到設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，有違設備布置圖的初衷。從整體布局上消除船舶生產過程中的返工隱患，優化機艙綜合布置就是問題的解決方案。

4　機艙綜合布置優化方案

4.1設備關系分析及優化布置

以上述設備初始布置圖為基礎，根據各個系統原理圖分析可知，主機高、低溫冷卻水管路系統屬閉式冷卻，通過系統管路將主機與各設備連成一個閉式回路，因此各個系統中的設備可以簡單地按介質流向組成的環形拓撲結構，設備安裝位置以主機為中心，分析設備關系，將相同用途的設備或者執行同一操作的有關設備布置在一起，兼顧同一個設備有不同系統的管路接入的問題：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，權衡利弊，綜合考慮。

經分析，上述三個系統中以低溫淡水系統為貫穿線，低溫淡水管連接各冷卻系統中的板式冷卻器，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。滑油冷卻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。經優化后，中央冷卻器布置在二層平臺的前側，而滑油冷卻器改到平臺后側。

高溫淡水冷卻系統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，故造水機應靠近主機高溫水出口；主機缸套水冷卻器的低溫側進口來自主機滑油冷卻器出口，其低溫側出口接至低溫淡水泵組進口；其高溫側進口來自造水機，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。缸套水預加熱器及水泵與上述設備在系統中是并聯關系，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至朝左舷側，并與艙壁間留出操作空間。通過分析系統中幾臺關鍵設備的功能，理清各設備間的相互關系，最終確定了各設備的安裝位置。優化后的平臺設備布置圖見圖3。

圖3　優化后的平臺設備布置圖

4.2優化管系放樣

機艙管系放樣依附于機艙設備布置，對機艙綜合布置效果來說，機艙的設備布置與管系放樣是一個有機的整體，優化了機艙設備布置，管路放樣勢必跟著優化，最終對船舶建造產生影響。機艙布置圖是船舶建造中重要的指導性圖紙之一，是機艙管系放樣的重要依據。機艙設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量，進而影響建造成本。優化管系放樣需遵循船廠生產工藝要求，以方便操作、節省材料、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；將各設備進出口的管路、閥件盡量向上布置，釋放管路占據的檢修空間。各個系統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的冷卻器附近。考慮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。優化后的綜合布置三維建模效果見圖4。