船舶轮机管系建造设计方法分析

船舶轮机管系建造设计方法分析

王进涛

青岛海西重机有限责任公司   山东青岛   266520

摘要：船舶轮机及管路系统作为船舶的重要组成部分，无论在货船或海工船上，都能为整个船舶各个系统和设备的正常运行提供重要支撑和保障，保证船舶平稳高效运营，如果轮机或管路系统出现问题,会对船舶产生巨大负面影响,严重事故会对危及相关人员的生命健康。因此必须对船舶管系的设计进行改善，提高其生产效率。

关键词：船舶轮机管系；建造；设计方法

在经济飞速发展的背景下，船舶轮机管系方面依然存在较多的问题需要进行及时解决和处理，这些问题的存在具有较大的局限性和弊端，通过和西方发达国家之间进行对比，存在着比较大的差距，但也存在较大的提升和发展空间。要想我国船舶行业竞争力进行全面的提高，必须要对存在的问题进行及时的解决，紧跟时代发展脚步，促进我国船舶事业的不断发展。对于船舶管系而言，其在整个船舶中的地位，我给它的定义是如同贯穿人体的筋络与血脉。不同于船体的”躯壳“，管路遍布在整个船舶的各个角落。有供水系统、燃油系统，有排气排水系统，有压缩空气系统，还有压载管舱底水系统等等，这些大大小小的管路系统，按照系统功能之分，遍布在整个船舶的方方面面和角角落落。而作为船舶在运行时的重要组成内容，其走管质量和船舶整体质量存在密切联系，也和船舶是否能稳定运行存在直接联系。如果管路的某个环节存在问题或缺陷，那么对船舶的整体会存在负面影响，如果问题严重的话，会对工作人员的生命安全带来威胁，因此在实际工作开展的过程中，需要引起高度重视。同时，在不断发展的过程中，需要不断地与时俱进，提高船舶轮机管系建造设计水平。

1 船舶管系概述内容

1.1 船舶轮机管系概念

船舶轮机管系是一条船不可缺少的一个部分。为了更好的建设轮船轮机管系，计算机辅助系统可以发挥很大的作用。当下的信息化越来越发达，各种机械制造系统都会应用计算机辅助技术进行改进。而船舶轮机管系也可以说是很虚无缥缈的概率，是用在船舶上的管路，设备检测仪器的总和，这个系统是为了更好的保障船舶在建设与运行中的安全。其管系不是指管理系统，而是指管道系统，所以管道在这个系统中当然是不可缺少的部分，而管道又大体可以分为输送液体介质的管道和在搭建中起到了固定结构的管道两种。这些管道都遍布在船舶的各个角落，使航行时更加安全。

1.2 船舶管系内容

船舶管系内容并不是很复杂，主要包括船舶管路系统原理和船用管材和管路附件，自制附件的制作与安装，船舶管系放样；管系加工工艺，管路安装及系统运行调试，计算机辅助管系设计。同时由于在船舶建造和航行的过程中，管道起到的连接作用是必不可少的，这与船只以后的使用感的好坏以及在水面上的安全性息息相关，所以管系的重要性又进一步凸现出来。

2 管系设计的要求

2.1安全要求。

a.管道设计上应避免布置在高振动设备上，如水泵、压缩机等。油管应避免布置在管道和高温设备(如高温蒸汽)之上；

b.安装管路时，设计图纸上需注明必要的管路安装要求，满足管道系统的机械要求，并在安装期间考虑管道系统布局的灵活性，以便管路系统能安全健康的运行。因为管道系统的热膨胀会影响活动管道系统的力。

2.2维修要求。

确保管路与管路、管路与设备、管路中阀门零件和控制装置之间的间隙，应避免障碍物，并位于易于维护的区域内；为移动设备(如工具扳手、绞盘等)预留足够的工作空间。方便在安装和维护阶段使用。

2.3精细要求。

布置管道系统时，轮机及管路系统应全部建模，这样可以全面细致检查管路的完整性及与相关专业的干涉情况。然后布置大口径管路，再布置小口径管路，管道应尽可能与舱壁或甲板

、设备和管道支撑正交；管路应整齐排列，系统阀门应整齐排列；安装水平和垂直管路时，必须将支撑放置在管路的垂直偏移最小的位置，以避免管路过度变形。

3 船舶轮机管系建造设计方法

3.1 舱底管系

船舶轮机管系的建造设计方法中，舱底管系是一个重要的组成部分。舱底管系主要包括船舶底部的各类管道系统，如冷却水管道、燃油管道、压缩空气管道等。在设计舱底管系时，需要考虑以下几个方面的因素。舱底管系的设计需要根据船舶的功能和使用需求进行合理布局。不同类型的船舶有不同的功能和使用需求，因此舱底管系的设计应根据具体情况进行布局。例如，客船的舱底管系需要考虑乘客舱室的通风、空调和给排水系统，货船的舱底管系需要考虑货物的冷却、供气和供油等。通过合理布局，可以确保舱底管系的功能和使用效果。

其次，舱底管系的设计需要考虑管道的材质和尺寸选择。舱底管系中的管道需要承受压力和流体的作用，因此在设计时需要选择合适的材质和尺寸。常用的管道材质包括钢、铜、不锈钢等，尺寸选择要根据管道的流量、压力和使用环境来确定。选择合适的材质和尺寸可以确保舱底管系的强度和耐用性。舱底管系的设计还需要考虑管道的支撑和固定方式。舱底管系中的管道需要固定在船舶底部的结构上，以保证管道的稳定性和安全性。在设计时，需要合理选择管道支撑和固定的方式，如使用支架、吊杆、管夹等。通过合适的支撑和固定方式，可以防止管道在船舶运行中出现松动和振动的问题。舱底管系中的管道在船舶运行过程中可能需要进行维修和保养，因此在设计时需要考虑维修人员的操作空间和设备的安装位置。合理的设计可以简化维修和保养工作，提高船舶的可维护性和可靠性。

3.2 压载管系

压载管系的设计需要根据船舶的尺寸和载重要求进行合理布局。不同尺寸和载重的船舶需要不同类型和数量的压载管道。船舶的设计载重量和稳定性要求决定了压载管系的设计方案，包括压载水箱的容量和位置、压载泵的数量和位置等。通过合理布局，可以确保压载管系的功能和使用效果。压载管系的设计需要考虑管道的材质和尺寸选择，压载管系中的管道需要承受压力和流体的作用，因此在设计时需要选择合适的材质和尺寸。常用的管道材质包括钢、铜、不锈钢等，尺寸选择要根据管道的流量、压力和使用环境来确定。选择合适的材质和尺寸可以确保压载管系的强度和耐用性。此外，压载管系的设计还需要考虑管道的支撑和固定方式。压载管系中的管道需要固定在船舶的结构上，以保证管道的稳定性和安全性。在设计时，需要合理选择管道支撑和固定的方式，如使用支架、吊杆、管夹等。通过合适的支撑和固定方式，可以防止管道在船舶运行中出现松动和振动的问题。

3.4 船舶管系材料的选取

船舶管系承担着输送液体、气体和电力等功能，因此材料的选择直接影响到管系的性能和可靠性。首先，船舶管系的材料需要具备良好的耐腐蚀性能。由于船舶在海洋环境中运行，管系会接触到海水、盐雾等腐蚀性介质。因此，选取耐腐蚀材料是必要的。常用的耐腐蚀材料包括不锈钢、镍合金等，它们能够有效地抵抗腐蚀，延长管系的使用寿命。船舶管系的材料需要具备良好的耐压性能。船舶管系承受着较高的压力，因此材料需要具备足够的强度和刚度，以确保管系的安全运行。常用的耐压材料包括碳钢、合金钢等，它们具有较高的强度和刚度，能够承受较大的压力。油船等船舶管系的设计还需要考虑良好的防静电性。船舶在航行过程中，管系会受到摩擦而产生静电，这对油船及LNG来说会有爆炸危险，管系的法兰之间要连接电线导电，管路与管卡支架要垫付绝缘材料。

再如阀件的选取，需要严格按照阀门标准的适用压力、介质范围进行选取，避免出现不匹配的情况出现，当阀门压力大于系统压力，会造成经济性差，当阀门压力小于系统压力时，会发生安全事故。材质同样重要，阀门的材质如果不能与系统介质相匹配，会大大减少阀门的使用寿命。

4 船舶建造过程中管系制造的相关策略

4.1 加强管路系统检查

在船舶建造过程中，管系制造是一个至关重要的环节，它涉及到船舶的供水、供气、排水、油料输送等关键系统。为了确保管系的质量和安全性，我们应当加强管路系统的检查。在管系制造过程中，应严格按照设计图纸和规范要求进行施工，并在每个关键节点进行检查和验收。检查应包括管道材料的质量、焊接接头的质量、管道支撑的牢固性等方面。通过加强检查，可以及时发现和解决潜在问题，确保管系的质量和安全性。

4.2 单元安装法

在船舶建造过程中，管系制造的一个重要策略是单元安装法。单元安装法是将管系按照模块化的方式预先制造好，并在船舶建造现场进行组装安装的方法。单元安装法可以提高施工效率。通过将管系预先制造成单元模块，可以减少现场加工和安装的时间，提高施工效率。在制造过程中，可以利用工厂化生产的优势，提前完成管路的制造和测试，减少现场施工时间。

单元安装法可以提高管路系统的质量和一致性。在工厂环境下进行制造和组装，可以更好地控制质量，并确保每个单元模块的一致性。通过严格的质量控制和检验，可以避免现场加工和安装中可能出现的错误和缺陷。单元安装法还可以减少现场作业风险。在船舶建造现场，存在各种危险因素，如高空作业、狭小空间等。通过采用单元安装法，可以减少现场作业的时间和频率，降低作业风险，提高施工安全性。单元安装法还可以提高资源利用效率。通过在工厂环境下进行制造，可以更好地利用设备、人力和材料资源，避免现场资源浪费和损耗。同时，由于单元模块的重复使用，可以减少材料的浪费，提高资源利用效率。

4.3 控制调试工作质量

在船舶建造过程中，管系的调试工作涉及到管道的连接、密封、压力测试以及系统的调试和运行。有效控制调试工作质量不仅可以提高船舶建造的效率和质量，还可以确保船舶在投入使用后的可靠性和安全性。控制调试工作质量需要制定详细的工作流程和标准。在管系制造过程中，应根据相关规范和标准，制定详细的调试工作流程和操作规程。这些流程和规程应包括管道连接方式、密封材料的选择和使用、压力测试的方法和标准等。通过明确的工作流程和标准，可以确保调试工作的一致性和规范性。在管系制造完成后，应进行全面的质量检验和测试，包括对管道连接的检查、密封性能的测试以及压力测试等。这些检验和测试应按照相关标准进行，确保管系的质量和可靠性。如果发现问题或缺陷，应及时进行修复和调整，确保管系的正常运行。管系的调试工作需要经验丰富的工程师和技术人员进行操作和判断。因此，船舶建造过程中应加强对调试工作人员的培训和技能提升，使其具备丰富的专业知识和实践经验。只有具备专业技能的人员才能有效控制调试工作的质量。

 

5 轮机管系设计的自动化应用

轮机管系设计的自动化，是以计算机建模理论和各类信息技术为基础发展而来的，属于一种全新的设计形式。相较于传统的手动设计而言，效率更高、质量更好。在过往非自动化设计过程中，基本都是靠设计人员的手工操作，在图纸上进行大量的测绘、绘图、对比、修改，所耗费的时间成本巨大。同时，传统的手绘设计中，修改图纸花费的时间也比较长，有时一个小变更出现，就会“牵一发而动全身”导致图纸作废，设计效率就无从谈起。而利用新型计算机设计模式，可以弥补传统设计的不足。首先，提升了设计效率。目前国内的计算机软件（造船主流设计软件：AM及SPD6.0）已经朝着自动化、智能化的方向发展，很多计算机软件在船舶轮机设计中，发挥了重要作用，例如利用VBA技术，就可以在计算机上创建和编辑二维船舶轮机系统图像，利用这些技术，能较好的辅助设计人员进行精细化设计，充分表达设计理念，并完成一部分自动出图功能，已极大解放设计人员的双手。其次，提高了船舶设计质量。传统的图纸设计中，设计师需要对每一个计算数据，进行反复核算，从而确保数据计算的准确性。而利用一些计算机软件，通过软件编辑，就可以快速而准确的计算出所需要数据，从而提升了数据的计算速度，保证了数据计算的质量。最后，提升了客户满意度。传统的设计，是在平面图纸上，构建三维设计模型，这种方式不能从全面、整体的角度，构建船舶轮机管系内部复杂的结构，设计结果也更偏向专业性，整个设计规划不能充分展现设计人员的思路理念。同时，这种方式让客户在二维空间中，自主构思三维轮机管系模型，对客户的要求也比较高，很多客户因此不能充分了解设计者的设计构思，导致设计工作者和客户之间交流得不够顺畅，不利于客户满意度的提升。

6 管系设计的发展趋势

6.1 实现自动化管系布局

提高管系设计效率和布局精度的根本方法是进行自动化管系布局。三维数字化管系布局将管系设计工作从二维平面发展到了三维空间，但本质上还是依赖经验丰富的设计者，且设计不一定是最优的。一套成熟的自动化管系优化布局系统是利用预设的专家知识、算法自动输出最优的管系布局。

6.2 船舶设计与建造数字化进程加快

优化船舶数字化平台数据集成系统，实现船舶设计与建造数据的全流程覆盖，基于统一的数据库，构建一个从概念设计、详细设计到生产设计的三维模型，实现不同系统的数据模型一致。以数字化船舶产品为导向，促进整个船舶设计与建造过程的数字化变革，构建包括船舶数字化设计研发系统、生产建造系统、运营管理系统和维修保障系统等在内的数字化体系平台，实现船舶全寿命周期的数字化。未来，船舶数字化将面向自动化、集成化、数字化、网络化和智能化方向发展。

6.3 船舶设计与建造一体化逐步融合

我国船舶行业的传统是船舶的开发设计与建造分别进行，经常会出现设计与建造部门之间的协调和沟通问题，从而降低了生产效率，甚至拖延造船周期。为了适应船舶业的发展需求，需要加大船舶设计与建造一体化软件开发力度，实现一体化和模块化的要求，使船舶实现设计、建造、管理一体化。普及虚拟现实技术（VR）运用，开发涵盖船舶整个生命周期的虚拟设计系统，提供船舶全寿命周期（PLM）虚拟现实解决方案，预告发现并解决船舶建造过程的问题，从而实现设计、制造和管理一体化。

7 结束语

船舶中的管系设计系统是重要组成部分，其应用和发展直接影响着建设质量、效率。随着船舶管系设计系统的发展，其应用范围也逐渐扩大，应用过程更加完善高效，我国造船行业对管系系统也更加重视，成为船舶生产制造的重要技术引导。船舶设计人员也应当在经济快速发展的背景下不断优化设计思路和理念，考虑将船舶管系系统与机舱布置、电气系统相互连接起来，从而做到设计的最优化和系统的集成化，最大限度地降低生产成本，缩短建造的周期，进一步提高我国船舶企业的经济效益，提升我国造船企业的综合竞争力，从而让广大造船企业更加自信地走出国门，更加从容地走向世界，获取更广阔的发展空间。

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