船用管系、电缆连排可调支架模块应用研究

张昭

(海军装备部,湖北 武汉430060)

1 概述

近年来,随着我国综合国力不断增强,船舶建造数量逐年增长,而船用电缆托架支架和管系支架在选型、标准化、设计及建造方面存在较多问题,为使其从选型到建造各过程能够革新,因此对于管系、电缆连排可调支架模块应用研究势在必行。

2 传统焊接支架

传统焊接支架即为目前国内船舶企业在设计和建造过程中所采用的支架型式。传统焊接支架主要包括传统焊接电缆托架支架和传统焊接管系支架。本文将对两种传统支架进行简明阐述。

2.1 传统管系焊接支架

传统焊接管系支架分为管路支架和风管支架两大类。管路支架主要由角钢或槽钢组成的支撑件和固定管子的管卡两部分组成。支撑件根据船体结构材质进行选材,如船体结构为钢制则支撑件材质也为钢制,若船体结构为铝合金材质则支撑件也为铝合金。支撑件主要分为P型、T型、L型和门字型等。

2.2 传统焊接电缆托架支架

传统焊接电缆托架支架一般采用工业上常用的角钢或槽钢制作,该类支架通过角钢或槽钢下料、拼接、焊接成型和防腐处理等步骤完成支架制作,而后,根据电缆托架的支架布置图,将电缆托架的支架整体装焊于甲板或结构上。

3 管系、电缆组合支架

国内外管系、电缆组合支架的整体结构形式分为两种:一种是采用常规的结构钢材或特殊形式的钢材(如方管)制作而成。此种形式支架需要进行生产设计放样,依据设计的支架尺寸和结构形式进行焊接预制和现场焊接安装；另一种是采用国际上海工行业运用的支架形式。此类支架由专业支架厂家采用板材压制结构、孔板结构制作而成,整体打包制作完成后再依托现场环境进行切割、组对拼接安装,目前以孔板结构支架应用最为广泛[1]。如图1为管系、电缆组合支架三维模型。

图1 管系、电缆组合支架三维模型

4 传统焊接支架与管系、电缆组合支架对比研究

通过材料选型、标准化、设计理念、建造模式等方面对比研究传统焊接支架和管系、电缆组合支架的优劣势,以期能够得出管系、电缆组合支架能否应用,并产生极大促进作用。

4.1 材料选型对比研究

传统焊接支架根据承载负荷(管子通径、电缆捆扎数量)选用不同规格型号的角钢、槽钢或铝合金制作而成。此种支架耗材巨大、数量极多,导致其重占比A极大,进而压缩其余各设备重占比；另因其为不可控因素,给船舶总体设计带来较大考验,在建造过程中必须时刻监测、记录其重量,以防止出现整舰实际重量超过设计重量的不可逆结果发生。

Mt表示实际船舶总重量；

Mx表示实际船舶某一类设备重量；

A表示实际船舶某一类设备重占比。

如图2所示,管系、电缆组合支架利用镀锌碳钢或铝合金组成的孔板结构材料制作而成,此种支架由于在型材上开设一定尺寸、一定规格的孔,而大大减小了单个支架重量,减少量达1/3,进而减少支架重占比A,大大简化后续建造过程中繁琐的重量记录、监测,优化了整体项目建造管理流程。

图2 管系、电缆组合支架孔板结构型材图

4.2 标准化对比研究

传统焊接支架无统一标准要求,各型船舶因不同功能,导致生产设计所形成的三维模型各不相同,进而使得支架形式规格和尺寸不一,故而无法形成标准化产物,因此制造厂家需根据生产设计支架图对每一个支架进行单独下料、拼接、焊接、打磨及镀锌处理,制作过程极其繁琐复杂,属于产品生产低级化的表现,存在较大弊端。

管系、电缆组合支架因采用孔板结构形式,其可保证六自由度伸缩。目前在海工领域已形成相关标准化产物,此无论是厂家制作、设计单位设计或现场建造均可按照标准执行,极大的增加了项目执行效率,且在综合费用(材料费、人工费及制作费等)上每百套支架可节省约8.7 %。

4.3 设计理念对比研究

目前,国内船企均采用传统焊接支架,因此设计理念均为各专业分体式设计理念,而采用管系、电缆组合支架形式,则需改变传统分体式设计理念,转而采用局部整体式设计理念。

对于新型管系、电缆组合支架,如若采用分体式设计模式,将失去意义,故而,在设计理念上需探索新型设计思路,既要发挥组合支架的优势,又要缩减设计工作量,还要凸显区域设计的整体性、美观性。经过长期调研,笔者发现借助海工行业的局部整体设计理念可以较好得将上述特点融合其中,即管系专业和电气专业在狭小空间、通道、车辆大舱等主干电缆和管路总管并排较多的位置依托组合支架进行联合设计。图3为管系、电缆依托组合支架整体设计的三维模型,从图中可发现,局部整体设计不仅可以保证整体性、美观性,同时还能满足布置的层次性、可维修性。

图3 管系、电缆依托组合支架整体设计三维模型图

因此,从设计角度来看,采用管系、电缆组合支架可以很好的解决空间紧凑、整体性较高部位的设计杂乱问题,并且衍生出适合的新型设计理念,对于推动整体设计能力提升具有深远意义。

4.4 建造过程对比研究

对于船舶领域而言,生产设计与建造相辅相成,相较于传统焊接支架依赖图纸施工,组合支架在建造过程中具备更大的灵活性。现代造船模式提出“壳、舾、涂一体化,分段总组”建造理念,为实现上述造船模式,在保证分段总组的情形下,需不断提高产品预舾装率。

传统焊接支架在建造时,将其分为分段支架和区域支架两大类,而区域支架占比较大,便显示出无法保证较高预舾装率；管系、电缆组合支架,因其分为支架生根件和孔板结构型材,其通过卸扣或螺栓连接,故可在分段建造阶段完成较大部分支架安装,大大提高产品预舾装率,且将部分区域建造的工序提前至分段建造阶段完成,后续若出现影响电缆拉敷或管路安装现象,可灵便拆卸。

5 结论

本文为研究管系、电缆连排可调支架模块的应用,通过简述传统焊接支架和管系、电缆组合支架基本构架,进而从材料选型、标准化、设计理念及建造过程等方面对比分析了两种支架的优缺点,从而得出关于管系、电缆连排可调支架模块应用的如下结论:

5.1 管系、电缆组合支架较之传统焊接支架结构形式更优,重量更轻,更适合应用于较小吨位水面船舶。

5.2 管系、电缆组合支架较之传统焊接支架标准化程度更高,对于采购、制作及安装亦优于传统焊接支架,更利用高标准、高质量要求的水面船舶。

5.3 管系、电缆组合支架较之传统焊接支架需采用完全不同设计理念,但根据长期设计经验来看,前者更适用于狭小空间、通道、大舱及其它舱室有连排管路或连排电缆、管系布置的位置。

5.4 管系、电缆组合支架较之传统焊接支架无论在建造模式亦或船台建造过程中都处于优胜地位,前者能够极大调高预舾装率,同时可以较好促进建造模式的革新；另外,前者因其连接方式优越性,能够大大提高船台建造效率,缩短船台建造时间,加快整船建造周期。