浅谈邮轮管路支架轻量化设计

浅谈邮轮管路支架轻量化设计

张婷

南通欣通船舶与海洋工程设计有限公司 江苏 南通 226000

摘要

管路支架在船舶上是必不可少的组成部件，适当的管路支撑能够确保船舶管路在航行过程中被适当固定，并且降低管路晃动带来的振动噪音。

关键词：管路支架；轻量化；易施工；减振降噪；

目录

1船舶管路支架概述………………………………………………………………………………3

2常规管路支架设计………………………………………………………………………3

3极地探险豪华邮轮项目组合支架介绍…………………………………………………………3

3.1 邮轮项目支架特点……………………………………………………………………………3

3.2 组合支架结构介绍……………………………………………………………………………3

3.3 邮轮组合支架选型要求…………………………………………………………………… 5

结论………………………………………………………………………………………………10

1.船舶管路支架概述

船舶设计离不开管路系统，而管路布置离不开管路的固定，所以管路支架是船舶管路固定的最基础的部件之一。而正是因为管路系统的复杂性，决定了即使是最基础的管路支架，为了满足不同场合的需求，衍变出形式多样的管路支架。

2. 常规管路支架设计

在散货、油轮等常规船舶的设计过程中，管路支架的唯一目的就是管路固定。由于船舶在航行过程中无法避免的恶劣海况，管支架布置好坏的重要标准就是管路是否固定牢固，航行过程中是否存在晃动。因此在常规船舶设计时，我们一般均使用角钢和U型管夹来作为主要的管路支架部件。

3.极地探险豪华邮轮项目组合支架介绍

3.1 邮轮项目支架特点

极地探险邮轮项目由招商局重工建造，船东是SUNSTONE,入籍BV船级社。该船全长104.4米，船宽18.4米，设计吃水5.1米，最大吃水5.3米，干舷甲板7.25米，可容纳160名乘客，以FR57#肋位将全船分为两个主竖区，全船系统设计满足安全返港要求。

由于豪华邮轮项目居住区域对震动噪音要求极高，且房间的模块化设计，导致在现场施工过程中，现场堆放了大量易燃内装材料；另外邮轮项目对于单船可变载荷和重量控制要求很高，如使用常规的管路支架，可能会造成空船整体超重，且常规支架在安装时易造成船体结构烧焊变形，并且在施工过程中极易造成火灾风险。现需要一种新型的支架，能够实现支架轻量化、免焊接、降低震动噪音的要求。

3.2 组合支架结构介绍

现在本极地探险邮轮项目采用了如下一种轻型的组合支架，能够达到轻量化，免焊接，低噪音的要求，具体见如下介绍。

轻型组合支架构成：

包括两个固定角钢提前焊接在船体结构上，支架丝杆通过上下两个螺母固定在固定角钢上，槽型钢通过上下两个锁扣固定在支架丝杠上，管夹丝杆通过一个弹簧螺母固定在槽型钢上，双片式管夹通过螺纹接头连接管夹丝杆。

优点：

（1）组合支架采用了轻型槽钢材料及M12丝杆伸根，极大的减轻了支架自重，和传统角钢型支架相比，减轻了至少40%以上的自重，特别在公共支架的使用上，更能体现出减重的优势。

（2）能够通过提前焊接固定角钢，避免了后期居住区装修过程中进行焊接带来的船体变形和火灾风险。槽钢采用卷边带锯齿的设计，能够在保证整体支架轻量化的同时，提供足够的紧固力，避免了管路晃动。双片式管夹的含EPDM内衬的设计，衬垫无毒环保，且能够有效降低管路震动，提高居住区域的舒适性。且在安装过程中，便于管路调整，节省安装时间。在后期维护过程中，双片式管夹可以便于单根管路拆装。EPDM材质橡胶内衬为可拆卸式，在后期内衬老化或者损坏后，也能够在不拆卸管路的情况下，更换支架或者内衬。

图1为轻型槽型钢结构示意图

图1

图2为双片式管夹结构示意图

图2

图中1.M12丝杆，2.可拆卸式EPDM橡胶衬垫，3.紧固螺母，4.紧固螺栓

图3为本实用新型的结构示意图：

图3

图中1.固定角钢，2.紧固螺母，3.支架丝杆，4.锁扣，5.槽型钢，6.弹簧螺母，7.管夹丝杆，8：双片式管夹

具体安装方式

如图3所示，在船体分段制作阶段，将固定角钢1焊接在船体结构上（本工序在分段制作时完成，完成后后续支架安装无需再进行焊接，能够避免在后期内装装修过程中由于焊接存在的火灾风险），待船体总组之后，连接管夹丝杆7和双片式管夹8，用弹簧螺母6连接管夹丝杆7和槽型钢5，用锁扣连接槽型钢5和支架丝杆3，最后用紧固螺母将支架丝杆连接在固定角钢上。由于弹簧螺母6在卡死前可以在槽型钢上滑动，可以快速方便的根据管路实际布置来调节管夹位置。

3.3 豪华邮轮组合支架选型要求

豪华邮轮管路支架在轻量化的设计过程中，支架的有效载荷和强度要求是一切轻量化设计的基本条件，只有优先保证支架能够具备足够的强度支撑才是轻量化设计的有力保障。因此在轻型组合支架的实际应用之前，根据实船实际情况，进行了支架的实验以满足邮轮使用要求。

在探险邮轮设计初期，首先对全船管路系统进行综合管路布置，明确全船支架强度要求最高的节点形式，如下图4所示，明确每个支架所承受的管路重量后进行模拟计算明确槽钢扰度，管夹支撑强度，选择合适型号槽钢及管夹。

图4

由于本项目为该型探险邮轮首制船，为了确保支架的稳定性，在明确组合支架部件选型后，对于重要部件又进行了破坏性试验。

槽钢拉力试验：

槽钢拉力试验如下图5/6所示，在单一受力点拉力达到50KG的情况下，槽钢饶度变化为1.2mm，现本项目节点单一受力最大值仅为12KG，饶度变化在0.15mm左右，固现规格槽钢完全能够满足项目使用；

图5

图6

管夹拉力试验：

分别对轻型和重型两种形式的管夹进行了拉力试验，具体如下：

（1）轻型管夹：

见拉力曲线图7/8，当拉力达到100KG时，管夹变形量为7mm左右；当拉力达到430KG时，管夹最终变形量为35mm。具体变形后状态如下图,在430KG拉力破坏试验后，管夹变形严重，但主体结构未发生断裂，仍能支撑整体管路；

2. 重型管夹：

见拉力曲线图9/10，当拉力达到50KG时，管夹变形量为1.5mm左右；当拉力达到494KG时，管夹最终变形量为28mm。具体变形后状态如下图，在494KG拉力破坏试验后，管夹变形量不大，且主体结构完整，能稳固支撑整体管路；

3. 综合对比：

在分别对两种管夹进行了破坏试验后，都能满足本项目的使用要求，经过综合对比，选择了相对更稳定的重型管夹。

图7

图8

图9

图10

降噪性：

由于船舶航行过程不可避免的带来的结构变形及船舶晃动，传统管夹采用钢性管夹支撑管路，钢制件之间的晃动摩擦易产生噪音，影响邮轮乘客体验。现组合支架采用EMDP衬垫固定于管夹和管路之间，有效的降低了管路与支架由于晃动等原因导致的噪音情况。根据如下资料，平均噪音等级可以减少22分贝，极大的提高了乘客舒适度。

结论

极地探险邮轮在使用了该轻型组合支架之后,极大的减轻了支架重量。由于组合支架基本采用卡扣连接固定，减少了焊接工作，从而降低了施工火灾风险和焊接人力安装成本。在后期船舶运营维护过程中，支架能够在不拆卸管路和无需动火的情况下替换支架部件，能够有效的降低维护过程中的火灾风险和维护成本。本支架采用EPDM材料橡胶衬垫，该衬垫无毒环保，且能够有效降低管路震动，提高居住区域的舒适性，更好的满足豪华邮轮对舒适度的要求。