船用管系、電纜連排可調支架模塊應用研究

張昭

(海軍裝備部,湖北 武漢430060)

1 概述

近年來,隨著我國綜合國力不斷增強,船舶建造數量逐年增長,而船用電纜托架支架和管系支架在選型、標準化、設計及建造方面存在較多問題,為使其從選型到建造各過程能夠革新,因此對于管系、電纜連排可調支架模塊應用研究勢在必行。

2 傳統焊接支架

傳統焊接支架即為目前國內船舶企業在設計和建造過程中所采用的支架型式。傳統焊接支架主要包括傳統焊接電纜托架支架和傳統焊接管系支架。本文將對兩種傳統支架進行簡明闡述。

2.1 傳統管系焊接支架

傳統焊接管系支架分為管路支架和風管支架兩大類。管路支架主要由角鋼或槽鋼組成的支撐件和固定管子的管卡兩部分組成。支撐件根據船體結構材質進行選材,如船體結構為鋼制則支撐件材質也為鋼制,若船體結構為鋁合金材質則支撐件也為鋁合金。支撐件主要分為P型、T型、L型和門字型等。

2.2 傳統焊接電纜托架支架

傳統焊接電纜托架支架一般采用工業上常用的角鋼或槽鋼制作,該類支架通過角鋼或槽鋼下料、拼接、焊接成型和防腐處理等步驟完成支架制作,而后,根據電纜托架的支架布置圖,將電纜托架的支架整體裝焊于甲板或結構上。

3 管系、電纜組合支架

國內外管系、電纜組合支架的整體結構形式分為兩種:一種是采用常規的結構鋼材或特殊形式的鋼材(如方管)制作而成。此種形式支架需要進行生產設計放樣,依據設計的支架尺寸和結構形式進行焊接預制和現場焊接安裝；另一種是采用國際上海工行業運用的支架形式。此類支架由專業支架廠家采用板材壓制結構、孔板結構制作而成,整體打包制作完成后再依托現場環境進行切割、組對拼接安裝,目前以孔板結構支架應用最為廣泛[1]。如圖1為管系、電纜組合支架三維模型。

圖1 管系、電纜組合支架三維模型

4 傳統焊接支架與管系、電纜組合支架對比研究

通過材料選型、標準化、設計理念、建造模式等方面對比研究傳統焊接支架和管系、電纜組合支架的優劣勢,以期能夠得出管系、電纜組合支架能否應用,并產生極大促進作用。

4.1 材料選型對比研究

傳統焊接支架根據承載負荷(管子通徑、電纜捆扎數量)選用不同規格型號的角鋼、槽鋼或鋁合金制作而成。此種支架耗材巨大、數量極多,導致其重占比A極大,進而壓縮其余各設備重占比；另因其為不可控因素,給船舶總體設計帶來較大考驗,在建造過程中必須時刻監測、記錄其重量,以防止出現整艦實際重量超過設計重量的不可逆結果發生。

Mt表示實際船舶總重量；

Mx表示實際船舶某一類設備重量；

A表示實際船舶某一類設備重占比。

如圖2所示,管系、電纜組合支架利用鍍鋅碳鋼或鋁合金組成的孔板結構材料制作而成,此種支架由于在型材上開設一定尺寸、一定規格的孔,而大大減小了單個支架重量,減少量達1/3,進而減少支架重占比A,大大簡化后續建造過程中繁瑣的重量記錄、監測,優化了整體項目建造管理流程。

圖2 管系、電纜組合支架孔板結構型材圖

4.2 標準化對比研究

傳統焊接支架無統一標準要求,各型船舶因不同功能,導致生產設計所形成的三維模型各不相同,進而使得支架形式規格和尺寸不一,故而無法形成標準化產物,因此制造廠家需根據生產設計支架圖對每一個支架進行單獨下料、拼接、焊接、打磨及鍍鋅處理,制作過程極其繁瑣復雜,屬于產品生產低級化的表現,存在較大弊端。

管系、電纜組合支架因采用孔板結構形式,其可保證六自由度伸縮。目前在海工領域已形成相關標準化產物,此無論是廠家制作、設計單位設計或現場建造均可按照標準執行,極大的增加了項目執行效率,且在綜合費用(材料費、人工費及制作費等)上每百套支架可節省約8.7 %。

4.3 設計理念對比研究

目前,國內船企均采用傳統焊接支架,因此設計理念均為各專業分體式設計理念,而采用管系、電纜組合支架形式,則需改變傳統分體式設計理念,轉而采用局部整體式設計理念。

對于新型管系、電纜組合支架,如若采用分體式設計模式,將失去意義,故而,在設計理念上需探索新型設計思路,既要發揮組合支架的優勢,又要縮減設計工作量,還要凸顯區域設計的整體性、美觀性。經過長期調研,筆者發現借助海工行業的局部整體設計理念可以較好得將上述特點融合其中,即管系專業和電氣專業在狹小空間、通道、車輛大艙等主干電纜和管路總管并排較多的位置依托組合支架進行聯合設計。圖3為管系、電纜依托組合支架整體設計的三維模型,從圖中可發現,局部整體設計不僅可以保證整體性、美觀性,同時還能滿足布置的層次性、可維修性。

圖3 管系、電纜依托組合支架整體設計三維模型圖

因此,從設計角度來看,采用管系、電纜組合支架可以很好的解決空間緊湊、整體性較高部位的設計雜亂問題,并且衍生出適合的新型設計理念,對于推動整體設計能力提升具有深遠意義。

4.4 建造過程對比研究

對于船舶領域而言,生產設計與建造相輔相成,相較于傳統焊接支架依賴圖紙施工,組合支架在建造過程中具備更大的靈活性。現代造船模式提出“殼、舾、涂一體化,分段總組”建造理念,為實現上述造船模式,在保證分段總組的情形下,需不斷提高產品預舾裝率。

傳統焊接支架在建造時,將其分為分段支架和區域支架兩大類,而區域支架占比較大,便顯示出無法保證較高預舾裝率；管系、電纜組合支架,因其分為支架生根件和孔板結構型材,其通過卸扣或螺栓連接,故可在分段建造階段完成較大部分支架安裝,大大提高產品預舾裝率,且將部分區域建造的工序提前至分段建造階段完成,后續若出現影響電纜拉敷或管路安裝現象,可靈便拆卸。

5 結論

本文為研究管系、電纜連排可調支架模塊的應用,通過簡述傳統焊接支架和管系、電纜組合支架基本構架,進而從材料選型、標準化、設計理念及建造過程等方面對比分析了兩種支架的優缺點,從而得出關于管系、電纜連排可調支架模塊應用的如下結論:

5.1 管系、電纜組合支架較之傳統焊接支架結構形式更優,重量更輕,更適合應用于較小噸位水面船舶。

5.2 管系、電纜組合支架較之傳統焊接支架標準化程度更高,對于采購、制作及安裝亦優于傳統焊接支架,更利用高標準、高質量要求的水面船舶。

5.3 管系、電纜組合支架較之傳統焊接支架需采用完全不同設計理念,但根據長期設計經驗來看,前者更適用于狹小空間、通道、大艙及其它艙室有連排管路或連排電纜、管系布置的位置。

5.4 管系、電纜組合支架較之傳統焊接支架無論在建造模式亦或船臺建造過程中都處于優勝地位,前者能夠極大調高預舾裝率,同時可以較好促進建造模式的革新；另外,前者因其連接方式優越性,能夠大大提高船臺建造效率,縮短船臺建造時間,加快整船建造周期。