船用管系、電纜連排可調(diào)支架模塊應(yīng)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(qiáng),船舶建造數(shù)量逐年增長(zhǎng),而船用電纜托架支架和管系支架在選型、標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)計(jì)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(duì)于管系、電纜連排可調(diào)支架模塊應(yīng)用研究勢(shì)在必行。

2 傳統(tǒng)焊接支架

傳統(tǒng)焊接支架即為目前國內(nèi)船舶企業(yè)在設(shè)計(jì)和建造過程中所采用的支架型式。傳統(tǒng)焊接支架主要包括傳統(tǒng)焊接電纜托架支架和傳統(tǒng)焊接管系支架。本文將對(duì)兩種傳統(tǒng)支架進(jìn)行簡(jiǎn)明闡述。

2.1 傳統(tǒng)管系焊接支架

傳統(tǒng)焊接管系支架分為管路支架和風(fēng)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(jù)船體結(jié)構(gòu)材質(zhì)進(jìn)行選材,如船體結(jié)構(gòu)為鋼制則支撐件材質(zhì)也為鋼制,若船體結(jié)構(gòu)為鋁合金材質(zhì)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(tǒng)焊接電纜托架支架

傳統(tǒng)焊接電纜托架支架一般采用工業(yè)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(jù)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(jié)構(gòu)上。

3 管系、電纜組合支架

國內(nèi)外管系、電纜組合支架的整體結(jié)構(gòu)形式分為兩種:一種是采用常規(guī)的結(jié)構(gòu)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(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)放樣,依據(jù)設(shè)計(jì)的支架尺寸和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行焊接預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)焊接安裝；另一種是采用國際上海工行業(yè)運(yùn)用的支架形式。此類支架由專業(yè)支架廠家采用板材壓制結(jié)構(gòu)、孔板結(jié)構(gòu)制作而成,整體打包制作完成后再依托現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行切割、組對(duì)拼接安裝,目前以孔板結(jié)構(gòu)支架應(yīng)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(tǒng)焊接支架與管系、電纜組合支架對(duì)比研究

通過材料選型、標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)計(jì)理念、建造模式等方面對(duì)比研究傳統(tǒng)焊接支架和管系、電纜組合支架的優(yōu)劣勢(shì),以期能夠得出管系、電纜組合支架能否應(yīng)用,并產(chǎn)生極大促進(jìn)作用。

4.1 材料選型對(duì)比研究

傳統(tǒng)焊接支架根據(jù)承載負(fù)荷(管子通徑、電纜捆扎數(shù)量)選用不同規(guī)格型號(hào)的角鋼、槽鋼或鋁合金制作而成。此種支架耗材巨大、數(shù)量極多,導(dǎo)致其重占比A極大,進(jìn)而壓縮其余各設(shè)備重占比；另因其為不可控因素,給船舶總體設(shè)計(jì)帶來較大考驗(yàn),在建造過程中必須時(shí)刻監(jiān)測(cè)、記錄其重量,以防止出現(xiàn)整艦實(shí)際重量超過設(shè)計(jì)重量的不可逆結(jié)果發(fā)生。

Mt表示實(shí)際船舶總重量；

Mx表示實(shí)際船舶某一類設(shè)備重量；

A表示實(shí)際船舶某一類設(shè)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(jié)構(gòu)材料制作而成,此種支架由于在型材上開設(shè)一定尺寸、一定規(guī)格的孔,而大大減小了單個(gè)支架重量,減少量達(dá)1/3,進(jìn)而減少支架重占比A,大大簡(jiǎn)化后續(xù)建造過程中繁瑣的重量記錄、監(jiān)測(cè),優(yōu)化了整體項(xiàng)目建造管理流程。

圖2 管系、電纜組合支架孔板結(jié)構(gòu)型材圖

4.2 標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)比研究

傳統(tǒng)焊接支架無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)要求,各型船舶因不同功能,導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)計(jì)所形成的三維模型各不相同,進(jìn)而使得支架形式規(guī)格和尺寸不一,故而無法形成標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)物,因此制造廠家需根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)支架圖對(duì)每一個(gè)支架進(jìn)行單獨(dú)下料、拼接、焊接、打磨及鍍鋅處理,制作過程極其繁瑣復(fù)雜,屬于產(chǎn)品生產(chǎn)低級(jí)化的表現(xiàn),存在較大弊端。

管系、電纜組合支架因采用孔板結(jié)構(gòu)形式,其可保證六自由度伸縮。目前在海工領(lǐng)域已形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)物,此無論是廠家制作、設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)或現(xiàn)場(chǎng)建造均可按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,極大的增加了項(xiàng)目執(zhí)行效率,且在綜合費(fèi)用(材料費(fèi)、人工費(fèi)及制作費(fèi)等)上每百套支架可節(jié)省約8.7 %。

4.3 設(shè)計(jì)理念對(duì)比研究

目前,國內(nèi)船企均采用傳統(tǒng)焊接支架,因此設(shè)計(jì)理念均為各專業(yè)分體式設(shè)計(jì)理念,而采用管系、電纜組合支架形式,則需改變傳統(tǒng)分體式設(shè)計(jì)理念,轉(zhuǎn)而采用局部整體式設(shè)計(jì)理念。

對(duì)于新型管系、電纜組合支架,如若采用分體式設(shè)計(jì)模式,將失去意義,故而,在設(shè)計(jì)理念上需探索新型設(shè)計(jì)思路,既要發(fā)揮組合支架的優(yōu)勢(shì),又要縮減設(shè)計(jì)工作量,還要凸顯區(qū)域設(shè)計(jì)的整體性、美觀性。經(jīng)過長(zhǎng)期調(diào)研,筆者發(fā)現(xiàn)借助海工行業(yè)的局部整體設(shè)計(jì)理念可以較好得將上述特點(diǎn)融合其中,即管系專業(yè)和電氣專業(yè)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(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)。圖3為管系、電纜依托組合支架整體設(shè)計(jì)的三維模型,從圖中可發(fā)現(xiàn),局部整體設(shè)計(jì)不僅可以保證整體性、美觀性,同時(shí)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(shè)計(jì)三維模型圖

因此,從設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)雜亂問題,并且衍生出適合的新型設(shè)計(jì)理念,對(duì)于推動(dòng)整體設(shè)計(jì)能力提升具有深遠(yuǎn)意義。

4.4 建造過程對(duì)比研究

對(duì)于船舶領(lǐng)域而言,生產(chǎn)設(shè)計(jì)與建造相輔相成,相較于傳統(tǒng)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?，F(xiàn)代造船模式提出“殼、舾、涂一體化,分段總組”建造理念,為實(shí)現(xiàn)上述造船模式,在保證分段總組的情形下,需不斷提高產(chǎn)品預(yù)舾裝率。

傳統(tǒng)焊接支架在建造時(shí),將其分為分段支架和區(qū)域支架兩大類,而區(qū)域支架占比較大,便顯示出無法保證較高預(yù)舾裝率；管系、電纜組合支架,因其分為支架生根件和孔板結(jié)構(gòu)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(chǎn)品預(yù)舾裝率,且將部分區(qū)域建造的工序提前至分段建造階段完成,后續(xù)若出現(xiàn)影響電纜拉敷或管路安裝現(xiàn)象,可靈便拆卸。

5 結(jié)論

本文為研究管系、電纜連排可調(diào)支架模塊的應(yīng)用,通過簡(jiǎn)述傳統(tǒng)焊接支架和管系、電纜組合支架基本構(gòu)架,進(jìn)而從材料選型、標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)計(jì)理念及建造過程等方面對(duì)比分析了兩種支架的優(yōu)缺點(diǎn),從而得出關(guān)于管系、電纜連排可調(diào)支架模塊應(yīng)用的如下結(jié)論:

5.1 管系、電纜組合支架較之傳統(tǒng)焊接支架結(jié)構(gòu)形式更優(yōu),重量更輕,更適合應(yīng)用于較小噸位水面船舶。

5.2 管系、電纜組合支架較之傳統(tǒng)焊接支架標(biāo)準(zhǔn)化程度更高,對(duì)于采購、制作及安裝亦優(yōu)于傳統(tǒng)焊接支架,更利用高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量要求的水面船舶。

5.3 管系、電纜組合支架較之傳統(tǒng)焊接支架需采用完全不同設(shè)計(jì)理念,但根據(jù)長(zhǎng)期設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)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(tǒng)焊接支架無論在建造模式亦或船臺(tái)建造過程中都處于優(yōu)勝地位,前者能夠極大調(diào)高預(yù)舾裝率,同時(shí)可以較好促進(jìn)建造模式的革新；另外,前者因其連接方式優(yōu)越性,能夠大大提高船臺(tái)建造效率,縮短船臺(tái)建造時(shí)間,加快整船建造周期。