船舶管系毕业设计论文.docx

船舶管系毕业设计论文.docx

《船舶管系毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《船舶管系毕业设计论文.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

船舶管系毕业设计论文

毕业设计（论文）

船舶管系放样工艺设计

学生姓名：

XX

指导教师：

XXX

专业名称：

XXXXXXX

渤海船舶职业学院

2012年6月

摘要

在船舶建造中，工程最大的是船体建造，其次是船舶管系制造和安装。

据统计，管系的加工与安装所耗费的工时，约占整个造船工程的12～15％。

以往，设计部门从事管系原理图和管系布置图的设计，只提供管系的大致走向。

而管系的确切走向、管子的制造与安装，由生产部门在船体合拢、设备定位后进行。

管子的制造则按“样棒弯管”法进行。

这种方法不仅使管子的制造与管路安装质量差、劳动强度大、造船周期长，且不利于实现管系的“预制预装”。

为了缩短造船周期，提高造船质量，做出船东满意的船舶，单从船舶管系制造这个角度讲，必须改革落后的“管子制造现场取样法”，出现了船舶管系放样。

Summary

Inshipconstruction,shipbuildingprojectisthelargest,followedbytheshippipingfabricationandinstallation.Accordingtostatistics,processingandinstallationofpipingspenthours,abouttheshipbuildingproject12to15%.Inthepast,thedesigndepartmentintheschematicpipinglayoutandpipingdesign,pipingonlythegeneraldirection.Theexactdirectionofpiping,pipemanufacturingandinstallation,closetothehullbytheproductiondepartment,afterpositioningthedevice.Themanufactureoftubesaccordingto"pipe-likestick"method.Thisapproachnotonlypipemanufacturingandpipelineinstallationqualityispoor,labor-intensiveshipbuildingcyclelength,Andnotconducivetothepipingofthe"pre-pre-installed."Inordertoshortenshipbuildingcycle,improvethequalityofshipbuilding,shipownerstomakethesatisfactionofship,shippipingsystemfromasinglemadethisperspective,wemustreformthebackward"pipemanufacturingfieldsampling,"theshipappearedpipingloft.

关键词：

管系放样压载水

前言

管系放样的目的是布置全船的管系，并为管子的制造与管路的安装提供施工图纸。

它与老的管子制造工艺相比具有以下优点。

（1）在船体开工建造的同时（甚至在开工之前），即可进行管子的预制预装，可以大大缩短工期，提高造船效率。

（2）大量的船内现场工作移到车间或外厂协作完成。

工作条件好，安全可靠，加工质量高。

（3）一次上船安装，减少了不必要的重复劳动，大大减轻劳动强度。

（4）能统筹安排管线，做到合理美观，有利于优化管理和精简节约。

（5）管系参数及空间计算等可以采用计算机技术取代人工计算管系参数，进一步提高了工作效率和准确度。

管系放样可分为以下几个阶段：

（1）60～70年代，在木地板上以1:

1的比例画各种船体背景，画各种机械设备外形及与管路相接的接口，进行管子系统放样，当时用的计算工具是计标尺，这种方法需要的工作场地大，放样人员蹲在地板上进行操作，劳动强度很大。

（2）70～80年代，在工作台上用长涤伦薄膜以1:

10的比例画船体背景，画各种机械设备外形及与管路相接的接口，进行管子系统放样，这种方法比上种工作场地小，减轻了放样人员的劳动强度。

（3）80～90年代，把涤伦薄膜铺设在图板上，以1:

20～1:

25的比例分区综合放样。

所谓综合放样，就是在小小的绘图板上，船体、电器、机械三大专业的放样设计一起进行，综合协调，把很多将会在生产中出现的问题，在绘图板上解决。

在这个舞台上，放样人员按建造方针、管理部门和生产车间的要求，提供各种建造阶段的施工图纸和托盘。

由于此时还没有采用计算机放样，有些好的设计要求，靠设计部门在有限的设计周期内很难实现，这个时期只是生产设计的初期阶段。

（4）90年代后全国较大的造船都用计算机放样，把设计图中的管子走向数椐、管子附件数据，管路数据等输送到计算机“PCPS”系统，通过计算机辅助设计，解决了管子零件弯管程序计算量和出图量很大的难题，大大缩短了生产设计的周期，计算机放样节约人力和时间，提高了设计水平，开辟了生产设计的新纪元。

目录

一、概述1

二、管系的放样目的2

2.2研究内容2

三、系统的设计与分析3

3.1的排量和排出压力4

3.2水管路口径的计算5

3.3压载水管路管材和附件的选择5

3.4根据管子施工零件图进行弯管工作8

四、管系放样的方法12

4.1管子的校对12

4.2法兰连接13

4.3管子的化学清洗13

4.4管子的表面处理14

4.5管系的油漆15

4.6压载水管路布置的设计15

4.7钢管的焊接20

4.8管路的紧密性试验20

结论22

参考文献23

致谢24

一、概述

随着集装箱船舶的发展，船舶国际公约的修订和船级社规范的更新，船舶动力装置中的船舶管系的设计面临更高的要求。

深入研究和分析船舶管系，对提高船舶管系的设

计和优化具有实际指导意义。

船舶的设计分为三个阶段：

初步设计阶段、详细设计阶段和生产设计阶段。

本文所探讨的内容属于详细设计阶段，对3300TEU集装箱船船舶管系的整体设计起着承上启下的关键作用，既要完全体现基本设计阶段所确定的基本内容，又要很好的为生产设计阶段做好铺垫。

对3300TEU集装箱船船舶管系的研究和分析，在详细设计层面为此类船舶的管系设计提供了参考模版，具有一定的指导意义。

船舶管系是为全船服务的管路系统，主要包括压载水系统、舱底水系统、消防系统、透气测深系统和生活用水系统等。

船舶管系的设计有其特殊的方面，即管系的设计必须符合国际公约的要求，必须满足船级社规范的要求。

本文介绍了各个管路系统的组成部分，分析了压载水系统的工作原理，指出了压载水系统的特点，说明了该系统应该遵循的国际公约和船级社规范本

文通过分析3300TEU集装箱船的结构和舱室，给出了压载水系统的详细设计步骤方案。

再次，船舶管系的设计方案需要通过原理图来体现，本文应用绘图软件AutoCAD设绘了一些系统的原理图，通过分析这些原理图，更加明确了设计方案。

最后，船舶管系的材料千差万别，本文通过比较各种材料的优缺点，本着降低建造成本的理念，选择了适合系统使用且成本较低的一些材料。

二、管系的放样目的

管系放样的目的是布置全船的管系，并为管子的制造与管路的安装提供施工图纸。

它与老的管子制造工艺相比具有以下优点。

（1）在船体开工建造的同时（甚至在开工之前），即可进行管子的预制预装，可以大大缩短工期，提高造船效率。

（2）大量的船内现场工作移到车间或外厂协作完成。

工作条件好，安全可靠，加工质量高。

（3）一次上船安装，减少了不必要的重复劳动，大大减轻劳动强度。

（4）能统筹安排管线，做到合理美观，有利于优化管理和精简节约。

（5）管系参数及空间计算等可以采用计算机技术取代人工计算管系参数，进一步提高了工作效率和准确度。

2.1管系放样”的原理

是采用投影原理，在平台上按照一定比例放出船体型线图、结构布置图，并分别绘出每一段系统的管路及有关装置设备，再根据此图通过计算以求得各管路的实际形状、尺寸，并绘制弯管、校管用的管子施工零件图、各系统布置图的过程

2.2研究内容

本文介绍了压载水系统的组成，计算了压载泵的排量和管路口径，分析了压载水管路布置，画出了压载水原理图，选择了压载水管路的管材和附件，设计了压载水管理系统、防横倾系统和阀门遥控系统。

压载水管理是当前船舶管系设计面临的一个新课题，本文根据国际公约的要求，分析了各个压载水管理系统的特点，在满足公约的前提下，选择了适合本船的系统。

三、系统的设计与分析

船舶上设置压载水系统是为了对全船各个压载舱按需注入或排出压载水，以便使船舶保持适当的排水量、吃水深度和船体纵倾度，维持恰当的稳心高度，减轻船体振动，调整船舶的横向平衡。

对于集装箱船，压载舱一般分为边压载舱和底压载舱，大中型集装箱船舶货舱区域底部一般设有管隧，供压载水管布置用。

图2．1为集装箱船的典型剖面图。

由图2．1可知，集装箱船舶一般两舷舷侧布置有边压载舱，底部布置有底压载舱。

根据本船建造说明书的要求，全船共有26个压载舱，其中底压载舱12个，边压载舱12个，1个艏尖舱和1个艉尖舱。

船舶的压载水量相当大，约相当于船舶重量的40％～80％。

本船的总压载水量为14500m3，约14800吨海水，而本船的重量约30000吨，压载水量占船舶重量的50％左右。

本船压载水系统的作用是通过压载泵、阀门和压载水管路将压载水注入各个压载舱、将压载水从各个压载舱排出，以及进行各个压载舱之间的压载水调拨。

3.1管子的排量和排出压力

通常，大中型集装箱船设有两台离心式压载泵，都位于机舱内，由海底门吸入海水。

根据压载舱的舱容和压载与排载时间要求，压载泵的排量按照公式2．1计算，如下：

本船的总压载水量为14500m3，注排水所需的时间依船型不同而不同，一般，散货船取10h'--'12h，油船取10h'---"14h，集装箱船取10h--．-,16ht51。

本船取排载时间为15h，由此得压载泵的总排量为12083m3／h，即每台压载泵的排量qv为600m3／h。

集装箱船压载泵的排出压力根据船体结构选择，一般情况下，压载泵的排出压力为0．25MPa。

由于本船需要采用压载水管理，压载水管路的设置较为复杂，因此需要提高压载泵的排出压力，选择0．3MPa。

对于集装箱船舶，压载舱内有3％～5％的剩余压载水无法排净，故需设置扫舱泵。

扫舱泵一般选用活塞泵或者喷射泵。

由于本船的扫舱泵可以将海水消防系统的水作为驱动水，因此选用喷射泵作为扫舱泵。

扫舱泵的排量按照公式2．2来计算：

qs=Kqv（2.2）

式中：

q。

：

扫舱泵的排量（m3／h）

K：

比例系数

qv：

压载泵的排量（m3／h）

由于压载泵的排量已经算出，qv为600m3／h，通常K取O．1~o．2。

本船K取0．2，则扫舱泵q。

为120rn3／h。

3.2水管路口径的计算

通常，压载水总管及其支管采用镀锌碳钢管，为了减少钢管的腐蚀，吸入管管内的流速以不小于2m／s进行设计，而压载泵排出管不大于3m／s的流速进行设计。

对采用玻璃钢管（GRP）的管路可采用2m／s．．．4m／s[51。

管径的计算一般按照公式2．3计算，管径是根据管内流体的流量及流速而定。

其关系如下：

式中：

di：

管子内径（m）

qv：

体积流量（m3，h）

v：

流体流速（m／s）

根据本船的压载水泵的排量600m3／h，压载总管内的流速2．5m／s，计算得总管内径为0．291m，即291mm，取管子外径325mm的标准钢管，壁厚选择12．5mm。

3.3压载水管路管材和附件的选择

对于压载水管路，管子材料的选择非常重要。

目前，压载水管路主要采用的管材有镀锌钢管、铜镍管和玻璃钢管（GRP）。

首先，-管子材料的选择决定着管内流体流速的选择。

如果选择镀锌碳钢管，压载水排出管路的流速可达到3m／s；如果选择GRP管，压载水排出管路的流速可达到4rn／sIs】。

其次，如果选择镀锌碳钢管，其耐海水腐蚀能力较差；如果选择GRP管或铜镍管，其抗腐蚀能力很好，但铜镍管成本较高。

再次，镀锌碳钢管和铜镍管的重量较GRP管大，GRP管的重量一般都不大于同规格钢管的1／3。

再有，GRP管水力学特性优异，流体压头损失小，见图2．5。

图2．5中的压头损失是基于淡水计算出的。

综合以上特点，为了提高设计流速，增强防腐蚀能力，降低空船重量，减少压载水压头损失，本船的货舱区域的压载水管路采用GRP管。

由于船级社规范不允许在机舱内使用塑料管【2”，本船机舱内的管路采用镀锌钢管。

应该注意的是，GRP管路的通舱件和膨胀节仍应采用碳钢制作，GRP法兰之间的垫片采用硬度较软的NBR（丁腈橡胶）材质，不应使用非石棉芳纶橡胶垫片。

由于压载水是海水，压载水管路阀门和附件的选择应特别注意其防腐蚀性能。

常用的阀门材料有灰铸铁、球磨铸铁、铸钢、不锈钢和青铜等。

由于铸钢和不锈钢材料不耐海水腐蚀，，且价格较灰铸铁贵，因此压载水管路一般不予采用。

青铜的价格较高，一般在口径较小的阀门采用。

本船管隧内和机舱内的的压载遥控蝶阀都采用本体为灰铸铁、阀板为青铜的对夹式蝶阀。

但是，根据船级社规范要求，舷侧阀门和防撞舱壁上的阀门不能使用灰铸铁材质。

因此，本船压载水舷外排出阀门和首尖舱的阀门都采用铸钢材质。

另外，如果采用偏心型蝶阀，因海水与本体接触，本体内部需用特涂；如果采用中心型蝶阀，因海水不与本体接触，就不需特涂。

压载水管路设置伸缩接头的目的就是为了管路的热胀冷缩，其本体材质一般选择碳钢，密封材料选择NBR：

其型式一般采用滑动式，即松套式。

3.4根据管子施工零件图进行弯管工作

（1）首段长度计算

首段计算如图3.4所示。

图中管段到首先点AE的长度，E点是第一个弯点：

AE=AB-EB=AB--Rtgα1/2=200（mm）

（2）中间段长度计算

在图3.4中，EG是中间长度，G为第二起的弯点（相继）。

EG=

+FG=

+（BC--BF--GC）=

+BC--BF--GC=557（mm）

（3）弯头间长度计算

在图3.4中，切点F,G之间的长度计算如下：

FG=BC--BF--GC=BC--Rtgα1/2--Rtgα2/2=400（mm）

弯头间直线长度在实际弯管工作中很重要的，此长度必须大于紧固件的长度，否则会影响下面一个起弯点G的正确性，最后造成整个管子长度增大。

（4）尾段长度计算

图3.4中GD计算方法如下:

GD=

+HG=

+CD--CH=2

R

+CD--Rtg

=200（mm）

（5）展开长度

展开长度计算如下：

L=AE+

+FG+

+HD=200+157+400+157+200=1114（mm）

（6）弯管顺序编制

当上诉各项工作完成后，就要编制弯管顺序。

从A开始，先送进200（即AE）,时E在弯模的切点上，然后弯曲

，再送进400（即FG）使G在弯模的切点上，再以FG为轴转

（因转角

，顺、逆转均可），再弯

，最后量取200（即HD），弯曲完毕。

上述过程可写成如下顺序：

长

弯

长

转

弯

长

200

400

200

图-管件手工零件图

表5-4管子热弯的加热温度

管子材料

开始弯曲温度℃

弯曲终了温度℃

碳钢

1050～1080（淡黄色）

660～630（深红色）

紫铜

850～860

300

黄铜

830

300

双金属

850（深橙色）

580（微红色）

钼钢－钼铬钢

950～1050（橙黄色）

750～770（樱红色）

不锈钢

1050（浅黄色）

800（浅红色）

四、管系放样的方法

4.1管子的校对

管子校对工作是指管子弯曲（无余量加工管子除外）之后,按图纸规定各部分形状和尺寸来固定法兰，支管和管子接头等。

按照修造船的不同形式，校管工作可分为现场校管、靠模校管、坐标平台校管和校管机校管。

校管机具有四种运动：

（1）通过手轮4可调整导架8沿丝杆2作上下升降运动；

（2）转盘5可在底座6上作360°定轴旋转运动；

（3）底座6可在导轨7上作直线往复运动；

（4）模板3可根据所校管子的法兰平面的要求作任意转动。

校管机是安装在内场车间的轨道上，轨道铺设的方向应是相互垂直布置，供一组校管机（两台）配合使用，如图5-23所示（俯视图）。

校管机校管的方法如下：

1．先看清管子零件图上管子的形状、尺寸，并加以校对；

2．将被校管入在平台上进行管端切割长度的划线，并按照画出的管端线割至规定尺寸；

3．调整校管机位置的尺寸（图例所示的校管必须调整到y、x、H1、H2四个尺寸）

4．然后安装法兰在模板上（螺孔位置必须放正）；

5．将被校管子安装在校对的位置（用水平尺检查水平管段）；

6．最后点焊定位法兰。

校管机校管，既保证了质量又减轻了劳动强度，改善了劳动条件，从而大大地提高了劳动生产率，对批量造船来说，特别有利。

4.2法兰连接

法兰是连接附件中最可靠的连接方法之一，使用范围也很广泛，可用于DN≥20mm以上的各种管子的连接，应用时可根据需要按标准选用。

目前常用的法兰种类有搭焊法兰、对焊法兰、松套法兰等。

该系统使用搭焊钢法兰连接，这种船用法兰的特点是结构简单、制造方便，它适用于公称通径为10—2000mm，PN≤0.25～1.6MPa，工作温度低于300℃的各种钢管的连接，制造这种法兰的材料一般为普通碳素钢中的Q235－A类，但如果连接不锈钢管，其法兰的材料也相应为管子的同种材料。

4.3管子的化学清洗

管子清洗的目的是清除管内的杂质（铁锈、金属屑、砂子、油垢等）,以免机件在试车时,因管子内的杂质进入机件,可能使机件受损,造成重大事故。

对于清洗质量要求较高的管路,一般均采用化法。

3．化学除油

除油液加温至沸腾时,应立即停止加热同时给液面添加少量冷水使液温稍降,防止碱液溢出。

除油过程中吹入压缩空气,帮助除油液翻动,以提高除油效果；为保证管内腔除油质量,除油过程中提起吊架1～2次以更换管腔溶液。

4．化学除油后应进行热水清洗，60℃以上浸泡3～5min,然后用流动冷水清洗。

5．酸洗

将管子全部浸泡于酸洗液中,待锈层松动,用手轻拭铁锈,易掉时取出,为防止过度腐蚀,浸泡时间一般为2h左右,具体浸泡时间由操作者依管璧锈层情况和气温高低酌情延长或缩短。

清洗溶液的游离酸含量在2Og/L以下,或FeS04浓度高达150g/L时,溶液应补充酸液或更换新液。

6．流动冷水冲洗，用压力水冲洗锈层至管壁清洁,风压不小于0.392MPa。

7．浸酸

冲洗干净的管子由于受氧化作用很快产生浮锈,需浸入酸中3～1Os以去浮锈。

然后用流动冷水清洗。

8．中和

浸入5～1Og/L的碳酸纳溶液中进行中和处理,然后再用流动冷水清洗。

9．钝化

经漂洗后的管件应立即浸泡于钝化液中处理然后用无油、无水的压缩空气将管子逐根吹干。

4.4管子的表面处理

管子的内部处理结束之后，还有表面处理，一般不锈钢钢管表面都采用镀锌处理，锌是一种化学性质很活泼的金属,既溶于碱也溶于酸。

干燥的锌几乎不起变化,但在含有二氧化碳的潮湿空气或水中较易氧化。

氧化后,其表面会生成一层碱性碳酸锌和一层致密的白色氧化物,这种表面生成物具有保护性。

钢（铁）管镀锌后,由于锌的电位较铁低,所以镀锌层对钢管来说就是阴极。

在锌层和钢管之间形成了锌-铁微电池。

在水、蒸汽、二氧化碳等介质中,锌逐渐地放出电子而氧化,这样,就防止了铁的氧化,使钢管少受或不受腐蚀,从而延长了钢管的寿命。

因此,镀锌工艺在船舶管路上得到广泛的使用。

电镀原理是将经过除油、除锈等清洁工作后的被镀零件（管子）与直流电源的负极接通后,放入盛满电解液的电镀槽内,槽内还放置着与直流电源正极连接的高纯度（99.9%）的锌板。

接通电源后,经过一定时间的电化学反应,就能在管子的外表面得到一层（30～40μm）锌镀层。

如果管子的内表面也需要镀锌,则要在管子的内表面添加辅助正极。

辅助正极用锌丝绞成,外面用草绳或塑料带环周包扎,包扎不可过紧或过松。

过紧会阻止锌的散发,过松则可能发生短路。

目前,在造船工业的管系镀锌中,大部仍采用氰化电解液,因为这种电解液获得晶粒细且厚度均匀的锌镀层。

4.5管系的油漆

管系的油漆包括管子油漆和特征记号的油漆两个方面。

管子油漆的目的在于避免锈蚀；而特征记号的油漆其目的是便于识别不同功用的管系。

特征记号的油漆颜色应符合CB248-75标准。

一般情况下，燃油管路用棕色表示；滑油管路用黄色表示；海水管路用绿色表示；淡水管路用灰色表示；舱底水管路用黑色表示；压缩空气管路用浅蓝色表示；蒸汽管路用银色表示；消防管路用大红色表示；透气、测量和溢流管路则依其介质而定。

但有的国家表示淡水、压缩空气的颜色与我国不同，故应以船上的标志说明为准。

管路上还有用标志颜色表示介质流向的箭头符号。

在个别情况下,管系的油漆还可以与船方及有关主管机关协商决定。

4.6压载水管路布置的设计

压载水管路的布置有多种方式，包括支管式、总管式、环形总管式、管隧式和半管隧式等。

目前，绝对多数集装箱船舶的压载水系统采用管隧式或半管隧式，这两种压载水管路的各种布置方式都有自身的特点，如表2．1。

管隧式压载水管路见图2．2，管隧式压载水管路呈环形总管式，环形总管和各个压载舱的阀门位于管隧内，由于管路和阀门都呈干式布置，有利于维修和保养。

根据本船的船体结构，双层底内设有一个管隧，位于船纵中处，管隧的长度从机舱前壁延伸至首部，见图2．1。

因此，本船的压载水管路可以布置成管隧式，压载总管和遥控阀均位于管隧内。

根据本船的船体结构和压载舱数量，绘制了本船的压载水管路原理图。

压载水管路原理图分为机舱和货舱两部分，机舱压载管路见见图2．3，货舱压载水管路见图2．4。

由图2．3可已看出，机舱内两台压载泵，排量都是600m3／h，排出压力0．3MPa：

一台扫舱喷射泵，排量120m3／h，由海水消防系统来的海水驱动；压载水来自两个海底门。

由图2．4可知，本船有两根压载水总管，位于管隧内，并在管隧前部通过阀门互相连接，属于环形总管式压载水管路；每个压载舱设置一个遥控蝶阀和一个吸口，供压载和排载使用；本船不设专门的扫舱吸口，由主吸口代替；压载舱的吸口有法兰连接式和焊接连接式，本船选用前者，便以更换；压载水总管安装有松套式伸缩接头，用以吸收管路的变形；首尖舱的蝶阀根据SOLAS公约的要求，需要在上甲板上进行遥控操作，本船配置了液压式手摇泵。

当注入压载水时，压载泵从一个海底门吸水，通过排出管路将压载水送至压载总管。

将需要注入压载水的压载舱的遥控阀门打开，压载水随即注入压载舱。

当需要排出压载水时，压载舱的遥控阀门打开，压载泵从压载总管吸水，然后通过舷外排出管路将压载水排出。

当舱内的压载水量很小时，可以开启压载水喷射泵，将舱内的残余压载水排出。

压载管路与扫舱管路共用一根压载总管，而不需要另外设置扫舱总管。

尽管压载总管通径较大，但经过实践证明这种设计可以较好的发挥作用。

4.7钢管的焊接

焊接连接的主要优点是重量轻、尺寸小、装配方便、密闭性强；但其缺点是不可拆御、焊接后管内的氧化皮不能清除且易腐蚀。

焊接连接，主要有对