毕业设计（论文）-船舶舱底水管材选择与制作.doc

船舶舱底水管材选择与制作 作 者 专 业 船舶动力工程 年 级 学 号 25 指导教师 孙月秋 系 部 二一一年五月 泰州师范高等专科学校毕业论文（设计） i 摘要 本文主要介绍 3800t 加油船舱底水系统的管材选择与制作，其以日本船级社规范钢制船 舶入级与建造规范/指南为依据。 文中详细介绍了船舶舱底水系统的作用以及舱底水系统在船舶营运中重要性。在管材选择 章节中主要对舱底水系统管材选择的依据做了简要说明，对管径、壁厚等参数做了详细计算。 在介绍管件制作中，对管件的弯管参数做了详细的计算，对管件在制作时的焊接方法进行了简 要的分析。 关键词：加油船，舱底水系统，机舱，管材选择，管件制作 泰州师范高等专科学校毕业论文（设计） ii abstract this paper mainly introduces the bottom water system 3800t refueling cabin of pipes, the selection and production in japan “steel ships into the classification rules regulations for the construction and classification/guide“ as the basis. this paper introduces the ship bilge water system function and bilge water system in the ship operating importance. the main pipe select chapters to bilge water system is the basis of selection of pipe to make a brief instructions, pipe diameter, wall thickness parameters to do a detailed calculation. on the introduction of pipe fittings in making, tube bending parameters, to do a detailed calculation of pipe welding method in making briefly analysed. keywords: tanker vessel，bilge water system，cabin，tubing choice，pipe production 泰州师范高等专科学校毕业论文（设计） - iii - 目录目录 摘要 i abstractii 目录iii 第一章 概述1 1.1 船舶管路系统的含义1 1.2 船舶舱底水系统的作用与要求1 第二章 船舶舱底水系统的管材选择3 2.1 管材的等级选择.3 2.2 管材的外径选择.3 第三章 船舶舱底水系统的管件制作6 3.1 管材的切割.6 3.2 管件的弯曲.6 3.3 管件的装配与焊接.7 3.3.1 法兰链接.7 3.3.2 钢管对接形式.8 3.3.3 套管连接形式.9 总结11 附录一：12 附录二：14 参考文献 .15 致 谢 .16 泰州师范高等专科学校毕业论文（设计） - 1 - 船舶舱底水系统的管材选择与制作船舶舱底水系统的管材选择与制作 第一章第一章 概述概述 1.1 船舶管路系统的含义船舶管路系统的含义 船舶管路系统泛指为专门用于输送流体的专门辅助机械、设备、检测仪表和管 路的总称，简称管系。其用途分为两大类：为推进装置服务的管系称为动力管系， 以保证推进装置正常工作；为全船服务的管系，以保证船舶的生命力、安全航行以 及船员和旅客的正常生活和工作。 动力管系按任务不同，其组成部分主要有燃油管系，滑油管系，冷却水管系， 压缩空气管系，排气管系等。船舶管系俺任务的不同，其组成部分主要有舱底水管 系，压载水管系，消防管系，供水管系，注入、测深、透气管系，通风管系，蒸汽 管系，疏排水管系等。除此之外，根据不同类型的船舶，在一些专用船舶上，还设 有一些专用系统，常见的有液货装卸系统，洗舱系统，惰性气体保护系统及液货加 热系统等。 动力装置能否可靠的正常工作，出来决定于设备本身的技术性能外，动力管系 的技术性能也起着重要作用，所以动力管系担负着很重要的作用。船舶管系必须具 有可靠性和一定的活跃性。可靠性要求系统在运作中不出现故障，同时也能特殊的 情况，如摇摆，冲击，震动等的抵御能力；活跃性是要求某些不仅在正常情况下， 而且在海损，火险等具有破坏和纵横倾时仍能正常工作。 1.2 船舶舱底水系统的作用与要求船舶舱底水系统的作用与要求 船舶舱底水系统的作用是将船舶各舱室内积水（包括机舱、炉舱、货仓、水线 下的起居舱室、空舱及隔离空舱等）及时排出舷外，以保证船舶安全航行，并保证 机电设备正常工作以及货物完好无损。 船舶舱底水系统主要由舱底水泵、吸入口、污水井、连接分配阀箱、污水分离 器、管路及其附件等组成。 舱底水的来源有机械设备的漏水管路漏水、冲洗用水经船壳不严密处的渗水、 舱口流入的雨水以及船舶破损、消防等积水。舱底水不仅腐蚀船体，而且造成货损， 影响操作，严重时影响船舶的稳性和航行安全，所以要及时排除。此外，当发生海 损事故时，船体破损大量进水，舱底水系统可担负排水作用。 泰州师范高等专科学校毕业论文（设计） - 2 - 为了保证有效的排出舱底水，对其管系也有一定的要求，第一应能保证船舶在 正浮或向任何一舷倾斜不超过 5 度时都能排出舱底内积水；其次舱底水管系不允许 舷外海水或其他水舱的水经过该管系进入舱内，即管系中的分配阀箱、舱底水总管 和直通舱底水泵的支管上的阀门等均需用截止止回阀，以防舱底水互相串通；然后 舱底水泵、压载水泵、消防水泵等若相互接通时，管系的布置应保证各泵能同时工 作而不相互妨碍；最后舱底水一般位于舱的底部，吸口很低，故舱底水泵应为自吸 式泵。 泰州师范高等专科学校毕业论文（设计） - 3 - 第二章第二章 船舶舱底水系统的管材选择船舶舱底水系统的管材选择 管子材料的选择主要考虑到管路系统的强度，流量需求以及经济性等因素，即 要满足流量及强度的设计要求，又要考虑经济实用，降低成本。 2.12.1 管材的等级选择管材的等级选择 管材的等级选择可参照表 1。显然舱底水管系的介质为水，本文所分析是 3800t 加油船上的舱底水管路，其设计压力为 0.6mpa，即小于 1.6mpa，从而选择 iii 级管 即可。船用钢管一般选择 20#无缝钢管。 表 1 管系等级 级级级 管系 设计压力 （mpa） 设计温度 （） 设计压力 （mpa） 设计温度 （） 设计压力 （mpa） 设计温度 （） 蒸汽和170 热油 或300和300 和150 燃油、滑油 可燃液压油 1.6 或150 1.6 和150 0.7 和60 其他介质4.0或300 4.0 和300 1.6 和200 注： 当管系的设计压力和设计温度其中一个参数达到表中级规定时，即定为 级管；当设计压力和设计温度两个参数均达到表中级或级规定时， 即定为级管或级管。 所以，3800t 加油船的舱底水管路选择 20#无缝钢管 iii 级管既可满足设计要求。 2.22.2 管材的外径选择管材的外径选择 船舶管路的外径选择主要根据船舶的主尺度以及所需舱室的长度来计算。如下 是 3800t 加油船的主要参数： 船长：l=88.9m 机舱长度 l=9.6m 型宽：b=15.8m 型深 d=7.2m 第一步先计算出该船的舱底水管路的主管管径，其次在计算出其支管管径，这 里支管以机舱舱室为例。 船舶舱底水的主管管径计算公式为：d =1.68+25 （2-2-1） 1 )(dbl 泰州师范高等专科学校毕业论文（设计） - 4 - 计算得 d =100.96mm，根据表 2 可知，其主管外径为 114mm。 1 船舶舱底水的支管计算公式：d =2.15+25 (2-2-2) 2 )(dbl 计算的 d =56.95mm，根据表 2 可知，其主管外径为 76mm。 2 表 2 无缝钢管尺寸 单位 mm 钢 管 壁 厚 公称 通径 dn 钢管 外径 dw 标准管sch.40 加 厚 管 sch.80 加厚 管 sch.160 加 厚 管 特殊用 途管 10142.533.5 15223.55 2027 3 45.5 2534 3 4.5 3242 3.56.5 4048 3.55 7 5060 4 5.59 6576579.5 8089 4 5.57.511 1001146914 125140 4.5 9.5 _ 1501685 7 11 2002196.58 25027379 13 1618 (22) 通过上述计算可以确定舱底水管路的外径。3800t 加油船的舱底水管系的主管 外径为 114mm，机舱舱室的舱底水支管外径为 76mm，其他舱室如泵舱，艏侧推舱， 舵机舱等舱底水管路的支管可类似计算得出。 2.32.3 管材的壁厚选择管材的壁厚选择 管材壁厚的选择主要考虑管内介质的成分，管系所处的环境，以及所取管材的 材质等因素。在计算管件的壁厚时，还要考虑管件所组成系统运行的安全性，从而 增加一定的附加壁厚值。船舶舱底水管系的介质是油污水，其腐蚀性较大，加之其 管件所处的环境在机舱等舱室的底层，环境恶劣。所以为保证船舶舱底水系统安全 可靠的运行，在选择管材时应选择较厚规格的管材。 钢管的壁厚应符合公式 2-3-1 的要求，并根据其用途和位置，钢管的壁厚应不 小于附录一中所列值。 船舶舱底水管件总管路的壁厚计算如下： t=t +b+c （2-3-1） 0 式中 t -基本计算壁厚，mm 0 b-弯曲附加余量，mm 泰州师范高等专科学校毕业论文（设计） - 5 - c-腐蚀余量，mm 首先计算基本计算壁厚： t = （2-3-2） 0 pfj pd 2 式中 p-设计压力，mpa d-钢管外径，mm f-钢管的许用应力，n/mm 2 j-接头的强度系数。 已知 p=0.6mpa d=114mm j=138 n/mm j=1 2 计算得：t0.3mm 0 即基本计算壁厚取 1。 弯曲附加余量 b=0.4 t =0.14mm。 （2-3-3） r d 0 式中 d-管子外径，mm r-弯摸半径，mm 腐蚀余量 c 取 3mm. 所以 t= t +b+c=4.14mm. 0 即主管壁厚 t 取 5mm。 同理可计算出机舱内舱底水系统的支管壁厚 t=4mm 将计算所得的数值与附录一中数值比较取大值，即： 舱底水主管的壁厚至少为 8mm，支管的壁厚至少为 6.3mm。根据船用无缝钢管 尺寸表（表 2）可确定其主管壁厚为 9mm,支管壁厚为 7mm。 结论：3800t 加油船舱底水系统管材选择 iii 级无缝钢管，其主管的规格为 114*9（mm）,支管的规格为 76*7(mm)。 泰州师范高等专科学校毕业论文（设计） - 6 - 第三章第三章 船舶舱底水系统的管件制作船舶舱底水系统的管件制作 3.13.1 管材的切割管材的切割 管材的切割有两种，即机械切割和氧-乙炔切割（火焰切割） 。 船舶无缝钢管根据管径的不同选择不同的切割方法。在制作时，一般通径大于 100mm 的管子允许使用氧-乙炔切割法，通径小于或等于 100mm 的管子一般不允许 采用火焰切割。如果在船上进行现校的管子，通径大于 65mm 的管子允许采用火焰 切割。 3800t 加油船舱底水管系的管子通径为 100mm 和 65mm，所以在内场预制时的 切割必须使用机械切割的方法施工，在船上进行现校的管子允许采用氧-乙炔切割。 不论是机械切割还是火焰切割，均需要切割后的管口打磨光滑，不得有毛刺，氧化 渣及飞溅等缺陷，不允许有不利于焊接的锈迹和杂质等存在，且管子端面与轴向垂 直允许偏差不超过 2mm。 3.23.2 管件的弯曲管件的弯曲 由于机舱设备的拥挤，船体结构和空间位置的限制，在船舶建造中，管件的弯 制是不可缺少的工艺之一。 管件的弯制主要有两种方法，即冷弯和热弯。当空间狭小或两弯头间直线距离 不足弯管夹头长度的场合采用标注弯头；凡是无法进行弯制且无定型弯头的场合， 都可采用虾壳弯，一般用于主辅机排烟管等。 冷弯的基本原理是金属材料当其受外力超过材料的屈服极限时，将产生永久性 的塑性变形，从而达到弯制效果。 在弯制管件时主要确定弯管参数，即管子的弯角，弯头的起弯点和管长以及弯 摸半径的选择。 这里主要介绍科进船业内场弯管机弯制管子的参数计算，以 3800t 加油船舱底 水系统中以简单支管为例，如图 1。管径为 76mm，弯摸半径为 230mm。 泰州师范高等专科学校毕业论文（设计） - 7 - 图 1 管子的弯角是指一根直管子要完成一定形状时，管子的一端所弯过的角度，一 般用 表示。 tan= 即：tan= x y 300 400 =arctan=arctan =53 x y 300 400 0 在弯制管件时，要计算出管子初端的起弯点，即管子的送长。假设 a 端为管子 制作时的起弯点。 首先计算管段实长 = =500mm。 22 yx 22 400300 其次计算弯头的圆弧处的切线长度 ec=fc=rtan ec=fc=230tan26.5 =115mm。 0 即管端送长量为=-ec=500-115=385mm。 管件制作时要确认管子的下料长度，已知 ec=fc=115mm 所以管件的直管段为l=ae+fb=1270mm. 圆弧 ef 长为 =2r=217mm。设余量为 a=20mm。 0 360 a 所以图中该管件的下料长度为 l=l+a=1507mm。 结论：3800t 加油船一支管的制作程序如下，首先取 1507mm 长的 76*7 的船用 无缝钢管，在弯管机上送长为 385mm，弯角为 53 度开始弯制，量取管件实际长度， 切除余量，配制法兰进行焊接法兰即可。 3.33.3 管件的装配与焊接管件的装配与焊接 船舶管路系统是由附件、设备以及管件所组成。管子零件的装配制作质量将直 接影响到系统的安全和焊缝的美观，所以管件的装配与焊接必须严格按工艺施工。 本文主要介绍 3800t 加油船舱底水系统管件的制作，管子的链接形式有法兰链 接，钢管对接和套管链接等。 3.3.13.3.1 法兰链接法兰链接 泰州师范高等专科学校毕业论文（设计） - 8 - 法兰连接时，其钢管伸入法兰内部预留焊接量为管子壁厚 t+1mm，以保证焊脚 高度均匀，在装配时注意法兰面与钢管轴向垂直度偏差不超过 2mm，伸入法兰内的 管子外径与法兰内径的间隙不得超过 2mm，且直径方向的间隙之和不得超过 3mm。 调整符合工艺后进行点焊，电焊固定一般为四个对称点焊，对于管径在 32mm 以下 的可以三点均分点焊，一般大管径由 6-8 点进行固定点焊且平分均匀，如图 2 所示 为法兰连接的焊前固定。 管子装配完后进入焊接工序。法兰连接焊接一般将管子内外两侧焊缝焊接即可， 一般采用手工焊或二氧化碳气体保护焊，如图 3 所示为法兰连接的焊接。当管径小 于 22mm 时，内部焊缝采用氩弧焊焊接，防止焊料堵住管子，在验船师同意的情况 下内部焊缝可以不焊接。 图 2 法兰连接（焊前） 图 3 法兰连接（焊后） 3.3.23.3.2 钢管对接形式钢管对接形式 在船舶系统中，为满足需要钢管的对接焊接形式是不可避免的，如对接焊，狭 小区域采用定型弯头及变径接头等。图 4 为异径接头的对接形式。 泰州师范高等专科学校毕业论文（设计） - 9 - 图 4 钢管对接连接 采用钢管对接焊接形式时应注意：当钢管壁厚小于 5mm 时，管子的焊接处可以 不需开破口，焊缝间隙在 1-3mm 之间，焊缝高度在 1.5-2mm 左右；当管子壁厚大于 5mm 时，管子焊缝处需要开坡口以防未焊透，一般开 v 字形坡口，坡口角度为 60 焊缝间隙在 2-4mm，之间，焊缝高度在 2-2.5mm 左右。钢管对接焊接时，一般 0 5 采用氩弧焊打底，手工焊或二氧化碳气体保护焊盖面，以保证管子内表面焊接处光 滑，特别是定型弯头焊接处难以打磨到的区域。对于大管径的管子，可以采用陶瓷 衬垫焊进行单面焊双面成型的焊接方法。 3.3.33.3.3 套管连接形式套管连接形式 套管连接形式一般分为两种，即连接套管和穿舱套管。 连接套管是将管子使用套管进行连接，其管子伸入套管内部即可，管子外径 2 1 与套管内径间隙小于 2mm，且直径方向间隙之和不大于 3mm。使用套管的长度 l 及厚度 1如表 3。 表 3 套管规格选用表 单位 mm 管子套管规格 管径 dn管子外径 d套管外径厚度 1长度 l 15 2234 4.560 20 2742 6.060 25 3448 6.060 32 4260 8.060 40 4863.5 7.060 50 6076 7.090 65 7695 8.0100 80 89114 11.0100 100 114140 12.0120 125 140168 13.0150 150 168194 12.0170 200 219245 12.0220 225 245273 13.0250 250 273299 12.0280 泰州师范高等专科学校毕业论文（设计） - 10 - 300 325351 12.0330 350 377402 11.0360 400 426450 11.0410 待装配完毕后进行焊接工序。套管连接与法兰连接焊接类似，采用手工焊或二 氧化碳气体保护焊将内外焊缝焊接即可。穿舱套管连接形式具有连接和加强强度两 种作用，装配方法与套管连接形式应类似，不同在于钢管伸入套管内部的长度，一 般伸入的套管长度。 3 2 套管连接（焊后） 套管连接（焊前） 不论是何种连接方式，待装配完工进入焊接工序，其焊缝处必须进行处理，待 焊区域不得有铁锈、油水、氧化渣等有害焊缝质量的因素存在，处理范围应不小于 焊缝两侧 50mm。焊接完毕后应进行打磨处理，使焊接处金属光滑，不得存在飞溅、 夹渣等不合格现象。 泰州师范高等专科学校毕业论文（设计） - 11 - 总结 船舶管路系统的质量是船舶制造过程中的重点之一，其质量的好坏直接影响到 船舶安全航行的可靠性。 本文通过对管件材料的选择与制作方法，详细说明了船舶管件的设计与制作流 程。管材的选择由表 1 可以选择出适合各系统的管材。在设计管件的壁厚和管径时， 根据所入级的规范进行计算选择，特别注意壁厚的选择，其应考虑到管材所处环境、 作用及内部的介质流量等因素而产生的腐蚀余量。管件的制作要严格按照工艺要求， 弯管时要把握管件的回弹量；管件焊接前必须做好焊缝处理，以保证焊缝质量；管