论文高架索海上纵向重油补给系统设计研究.doc

武汉理工大学毕业论文武汉理工大学本科生毕业论文高架索海上纵向重油补给系统设计研究学院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导老师： 目 录摘 要1Abstract21 绪论32 补给装置的分类42.1 按补给方式分类42.2 按装置类型分类52.3 舰艇补给接收装置的设计要求82.4 补给接收装置发展趋势82.5 绞车发展过程93 部分参数的确定及设备的选型103.1 母型船的选择103.3 输油软管的选取113.4 补给船距的确定113.5 油泵的选择113.6 加热器的选取123.7 快速接头的选取124 输油管道强度的校核及高架索拉力的计算144.1 高架索海上纵向重油补给系统示意图144.2 输油管道强度的校核145 高架索及绞车的选取255.1 高架索的选取255.2 绞车的选取256 输油管道沿程阻力的计算及其泵的校核276.1 管道的沿程摩阻损失276.2 局部损失的计算287 管道抗压强度的校核298 总结30参考文献3134摘 要海上补给对保障后勤维护，保证海上运输畅通提供了强大的物质、技术基础。特别是随着全球经济的发展，各国之间的贸易往来也越来越频繁，船舶作为目前最主要的海上运输工具，其发展也越来越受到各国政府的重视。因此，为海上运输提供后勤补给和物质保障的高架索补给系统自然成了重中之重，各国都为补给系统的研究投入了大量的人力和物力。经过几十年的发展，海上补给技术已经得到很大发展。我国也对海上补给装置的研发做了大量的工作并取得了较大的成果。但是对于船舶编队的高架索补给系统，尚有许多缺陷与不足之处。因此，开展船舶大型纵向高架索补给系统研究具有重要的工程应用价值。本文以船舶的大型纵向高架索补给系统为研究对象，建立其力学模型及其补给系统分析模型，为研制开发一种简便易行、高效经济的针对各型船艇进行补给的综合系统提供了技术基础。作为综合补给船上重要设备的海上纵向补给装置，其选型设计十分重要。通过选型设计，确定补给海况、船距、能力、装置形式等相关参数，使得所设计的纵向补给装置性能最优、经济性最好。在本文给定条件下，经过相关的分析和计算，掌握了高架索、输油软管的受力状况，为高架索、输油软管的选择提供了理论依据。关键字：高架索；纵向补给；发送装置；接收装置；燃料油；绞车；输油管道AbstractThe marine supplies provide a powerful material and technical basis to the maintenance of logistical preserve and the smooth flow of maritime transport. Especially, with the development of global economy, the trade between countries is more and more frequent. Now, as the main means of transport, the developments of ships attract, more and more attention of government. Therefore, overhead cable systems become top priorities which provide logistical supplies and Material protection. Various countries have thrown massive manpower and physical resource to the studies of supply systems. After the development of several decades, marine supply technologies have a great development. China has also done a lot of work to the study of marine supply systems, and achieved greater results. But there are many flaws and deficiencies in the overhead cable supply systems of ship formation. Therefore, to carrying out the supply system research of large-scale longitudinal elevated cable for ships has significant value for project application.This paper took large-scale longitudinal elevated cable supply system of ships as an example. Establishes its mechanical model and securities analysis model of supplies systems, which provide technical basis to research and develop a simple and efficient supplies systems for all types of ships. As an important equipment of Comprehensive supply ships, the selection and design longitudinal supplies equipment is very important. Ensuring the supplies of sea condition, distance between ships, ability and equipment through selection and design make the horizontal supply systems designed optimal and the best in economy. Through the relevant analysis and calculations under the given conditions. Get the tension status of elevated cable and oil transportation hose, it could provide theoretical basis to choose elevated cable and oil hose.Key Words: overhead cable; longitudinal supply; sending device; receiving device; Fuel oil; winch; oil pipeline1 绪论21世纪，对海洋资源的探索开发对人类的生存将起到至关重要的作用。我国也是一个海洋大国，开发和利用海洋资源在我国长远建设中的地位越来越重要。随着经济全球化的不断发展和完善，各个国家的经济往来也越来越频繁，海洋船舶运输成为了联系各个国家经济关系的不可或缺的纽带，因此船舶运输的时效性就越来越受到人们的重视，而影响船舶时效性的最主要的因素就是其持航的能力；由于船舶自身的的燃料储备是有限的，有些船舶很难在没有补给的的情况下完成全程航行，因此在船舶航行途中对其进行补给是非常必要和必须的。另外，随着各国军事的的发展，各国海军对其军舰的持航能力也有了新的要求，这甚至直接关系到战争的走向和胜败。为了延长舰队舰艇的海上停留时间，并使其处于良好的战备状态，随时能执行各种指定的任务，就需要对舰艇及时地进行干货(如给养、弹药等)和液货(如油料、淡水等)的补给。就目前世界各国海军的海上补给方式而言，有停泊靠绑补给、纵向航行补给、横向航行补给以及直升机垂直补给等多种方式。其中海上航行横向补给和纵向补给是比较先进的补给方式。随着这几年我国经济、军事、科技的发展，涉及的远洋活动也日益频繁。但各种船舶舰艇所携带的燃料有限，必须进行中途的补给，既海上补给。尤其对于军事行动来说，近年来随着我国海军战略重点由近岸防御向近海防御的转移，对于海上补给的需要尤为重要。通过海上的补给可以扩大军舰的行动的范围，延长其舰队在海上停留时间，并使其处于良好的战备状态，随时执行各种指定任务。近年来，海上补给需求日益增加，我国在海上补给装备和技术方面也有较大发展，在运载火箭试射、海军编队出访四大洲以及首次环球航行中发挥了重要作用。此外，在科学探索和考察活动中，通过海上补给可以延长船舶在海上的停留时间和活动范围，可以完成一些需长时间大范围的科研活动，从而提高活动的效率和价值。在商业方面，由于港口、航道、海况等多方面的因素，船舶往不能进港靠岸补给，因此不得不采用海上补给，这样从另一方面既节约了成本但同时也提高了商业运作的效率。所以海上补给成为了对海洋探索开发中必不可少的一个环节。2 补给装置的分类2.1 按补给方式分类海上补给主要有海上航行补给、垂直补给、海上锚泊补给和漂泊补给四种方式，舰艇海上航行补给包括横向航行补给和纵向航行补给。横向航行补给是补给船和接收舰以同向同速并列航行，通过跨接于两舰的索具所进行的补给，是海上航行补给的主要方式。纵向航行补给是补给船和接收舰呈纵列编队航行状态下所进行的补给航行补给装置包括补给部分和接收部分。随着现代船舶的大型化、高速化和现代化，原有补给装置根本无法适应现代海战耗资大、战线长的特点。因此一种适用于大型补给船用的高架索补给系统被研制出来了高架索补给装置主要设备有：高架索、外牵索和内牵索；三大不同用途的绞车(分别对应外牵索、内牵索和高架索)。2.1.1 横向补给装置采用横向补给装置只适合航行补给，该装置允许补给船同时向两条船补给燃油和淡水等液货，且由于横向甲板空间较大，机械布置方便，可设置若干横向补给站，这样就大大加快了液货补给速度，因此大型补给船多采用横向补给装置补给液货。1)带拉索的吊杆装置早期的横向液货补给装置安装在吊货杆上，补给作业中吊货杆由航行位置倾出船舷外，输液软管上设3个鞍座，由来自补给船吊杆上的 5根牵索和接收船上的2根牵索联合系住，使软管悬空，并采用浮滑车将软管的接头固定在接收站上。其主要技术指标如下表1所列：表1 带拉索的吊杆装置主要的技术指标吊杆装置补给船距输液管径5t1830m一根150mm管该装置的优点是由两船共同承受输液软管的重量，拉索上的拉力较小，但补给船距较小，且须在接受船上设置一些拉锁等接收装置，仅适用于对一些小型船舶补给液货。2)带承载索的吊杆装置该装置又称“爱洛柯敏”式横向液货补给装置，其在上一种装置的基础上作了一些改进。主要是加长索道，在软管上仍设4个鞍座，分别与索道上的滑车相连，由从吊杆引出的4条缆索牵引，使软管重量完全作用在承载索和牵引索上。其主要技术指标如下表2所列：表2 带承载索的吊杆装置主要的技术指标吊杆装置补给船距输液管径5t1850m一根150mm管该装置加大了补给船距，且无须再接受船上设置较多的接受装置，但单个补给站一次仍然只能补给一种液货。3)带承载索和两根软管的装置该装置弥补了上一种装置的不足，采用专用的横向补给门架，承载索上可以悬挂两根软管，同时进行两种液货的补给。其主要技术指标如下表3所列：表3 带承载索和两根软管的装置主要的技术数据补给门架补给船距输液管径10t1860m两根150mm管2.1.2纵向补给装置纵向液货补给装置也可以分为两种：软管漂浮纵向液货补给装置。早期的液货补给装置比较简单，无须架设承载索，输液管线采用一定的措施自动漂浮在海面上。该方法比较简单，装置展开和回收方便快捷，补给作业时间短，但由于输液软管在外界风、浪、流等环境载荷作用下，要承载一定的张力，且漂浮于海面的软管易结冰，严重的将导致软管破裂，油水泄露污染环境，尤其是在高纬地区，该法一般不宜采用。为了弥补前一种方法的不足，该装置改进为带承载索的纵向液货补给装置。改进后的纵向液货补给装置需架设承载索，补给索道和输液管线沿船舶纵向架设，展开时输油管线靠自重或牵引装置由补给船沿索道滑向接收船，回收时再由牵引装置拉回补给船。该方法由于需要架设承载索道，相应的作业难度和工作强度加大，作业时间也延长，由于软管脱离了海面，没有了海浪和海上漂服务的冲击，并且不会被冻结，所以输液软管的磨损、腐蚀程度下降，装置作业的可靠性大大增强。尤其是环境保护在全世界范围内日益提高的今天，液货补给，尤其是那些对海洋环境有重大影响的液货(如燃油、润滑油等)补给，通常采用架空索道式的补给方法。其主要技术指标如下表4所列：表4 纵向液货补给法主要的技术指标补给海况补给船距输液管径67级20120m150 200mm2.2 按装置类型分类根据舰艇使命任务、装备和总布置等方面的不同要求，补给接收装置结构形式、数量、以及在舰艇上的布置有很大不同，形式较多，目前舰艇补给接收装置结构形式主要有以下几种: 航行补给接收装置结构形式可拆支架式固定支架式可拆支柱式固定支柱式可倒支柱式伸缩支柱式围壁立柱式围壁眼环式拖缆式纵向补给接收装置结构形式围壁悬挂式回转支架式漂浮软管式围壁加强式支柱式横向补给接收装置结构形式支架式图1 补给装置分类图2.2.1横向补给接收装置1)支架式固定支架、可拆支架和回转支架都是在上层建筑或炮塔顶部平台上临时架设或用于补给接收，支架顶部挂接各种承载索具和滑车。适用于横向补给油水和干货，优点是结构简单，可拆支架式拆装方便，占用甲板面积小，缺点是能够接收的负荷较小，而且以炮塔为基座时，如果遇敌情将会影响武器的使用。缺点同样是用于干货接收时没有升降装置。英国海军42型驱逐舰为娓横向接收站采用了后主桅下两侧上层建筑围壁上，采用固定支架法，用直径约100 mm钢管焊接成三角形支架，支架根部固定在围壁上，端部设有供高架索及索具滑车联接用眼环，可以接收干货和液货。美国海军“佩里”级舷舰和英国海军21型护卫舰舷部干货接收站则采用了回转式支架形式。2)支柱式目前各国海军舰艇采用支柱式接收装置的较多，主要用于干货接收。支柱式接收装置主要有以下几种形式:a.固定支柱式。利用甲板或上甲板适当部位架设，支架顶部挂接各种承载索具和滑车。适用于横向补给油水、干货及人员传送，如俄罗斯海军“勇敢级”和“现代级”及日本“高月”级驱逐舰横向干货补给装置，固定支柱的结构形式相对简单，操作方便，接收能力强，缺点是占甲板面积较大，设计高度可能受武器射界等影响。b.可拆支柱式。利用甲板或上甲板适当部位架设临时支柱，支柱顶部挂接各种承载索具和滑车。主要用于横向补给干货及人员传送，优点是不占甲板面积，对总体布置比较有利。缺点是由于受重量和结构形式限制，结构强度较低，无法设置机械式升降装置，货物升降一般采用手动滑车组或补给装置自带的货物升降卷筒以及索具放松/张紧的方法，使负荷下降到接收舰甲板以及回收货筐和托盘等，补给效率较低，能够补给的负荷较小。如荷兰海军“科顿艾尔”级护卫舰舷部接收站采用可拆支柱式，英国海军21型护卫舰舰部干货接收站采用可拆支柱式，在直升机平台中央临时加设支柱，用于接收人员和干货，用支索固定。c.伸缩支柱式。在补给接收甲板与下层平台或甲板间设围阱，内设伸缩支柱，使用时利用电动或液压等机械装置将其升至规定高度，固定并加固后成为横向补给接收柱，不使用时支柱收到围阱中。这种形式所占甲板面积小，平时收放在围阱中，不影响武器系统使用及其它操作，对舰艇隐身也有利。如著名的英国海军42型驱逐舰舷部横向补给接收装置就采用了伸缩支柱形式，接收头可以水平回转3600，升降行程约3m，最大补给重量2t，采用液压升降传动。美国海军“弗吉尼亚”核动力导弹巡洋舰干货接收装置也采用了伸缩支柱形式。d.可倒支柱式。该装置一般设在主甲板上，平时不使用时在水平或倾斜位置固定，使用时垂直立起，如美国海军DDG-51型驱逐舰横向干货接收装置采用此种形式。3) 围壁加强式a.围壁眼板式。利用舰艇上层建筑、烟囱等适当部位，进行局部加强，设置眼板，在眼板上设置承载索具和接收头，考虑货物升降要求，一般多用于液货接收。有些液货装置设计成折叠式，不用时放在舱室中，便于日常维护保养。用于干货接收时，由于没有升降装置，需采用与可拆支柱式相同的方法来升降货物。b.围壁立柱式。利用舰艇上层建筑、烟囱等适当部位，进行局部加强，设置立柱，通常用于干货接收，结构形式与固定立柱式相似。由于部分受力由围壁承载，升降绞车等可布置在上层建筑上，因此结构较固定立柱式轻便，同时所占甲板面积也较小，是干货接收装置采用最多的一种形式。如日本海军“高波”级和加拿大“哈利法克斯”级驱逐舰，英国海军23级和日本海军“村雨”级护卫舰等。c.围壁悬挂式。与围壁眼板式较相似，多为液货补给接收装置，利用舰艇上层建筑进行局部加强，液货接收头悬挂在上面，如俄罗斯海军勇敢级和现代级驱逐舰的横向液货接收装置。2.2.2 纵向补给接收装置 纵向补给主要有拖缆法和漂浮软管法，两种方法接收装置的主要区别是采用拖缆式航行补给时对软管的冲击阻力主要由拖缆承受，拖缆挂在接收舰快速脱钩上;采用漂浮软管式航行补给时对软管的冲击阻力主要由软管承受，软管接头处环形钢缆挂在收舰快速脱钩上，补给和接收装置组成及布置基本相同。2.3 舰艇补给接收装置的设计要求接收装置应力求结构简单，工作安全可靠，操作方便，适于装舰；为在紧急情况下能迅速解脱，应设置急快速解脱机构；装置接收满足要满足舰用环境条件，具有一定的抗冲击和抗振动及防腐能力；接收站位的设置最好能靠近舰上燃油受油舰或弹药库等仓库或导弹、鱼雷等武器发射架，以便于物资输转和上架，但不应影响武器系统的正常使用。 在补给装置高度和索道张力一定的情况下，接收装置应能满足在规定海况下传送的干货或液货软管不被海水打湿和碰撞甲板。一般干货补给装置由于索道张力等原因要求索道的俯仰角在-30+15之间，要求接收头有一定的俯仰角度。 接收装置结构强度的计算应为规定海况下承受索道的额定张力并考虑动载作为依据，并考虑有一定的安全系数，同时对构件的最小壁厚有一定限制在接收装置是装有安全销时，在索道张力超过额定张力一定程度(一般2-3倍)的情况下，安全销应能够破断，以保证接收舰的安全。2.4 补给接收装置发展趋势2.4.1通用性和标准化程度进一步提高 由于各国海军舰艇接收装置的设计及布置形式多样，即使同一国家海军也不一致，甚至有些舰艇本身不同站位的接收装置形式也不一致，致使系统各零部件的通用性和互换性较差，操作使用培训也不方便，有关国家和组织已开始着手解决这一问题，通过标准化设计，达到补给接收装置形式规格统一，并选用标准化零部件，提高零部件的互换性。2.4.2趋向于简单实用，更加可靠和安全 目前国际上补给和接收装置的发展已不在单纯追求装置的高度自动化和机械化水平，而力求最佳的实际使用效果，方便操作和使用维修。2.4.3.趋向于高效化补给作业时，由于补给舰和被补舰相互“捆绑”，航速较低，操纵受限，大批易燃易爆补给物资及弹药等堆放在甲板上，此时是舰艇防御最薄弱的时机，最容易受到敌方的打击，因此适应战术技术要求，提高补给能力，缩短补给时间成为各国海军海上补给技术发展的重要课题之一。液货补给和接收采用扩大输油管口径，增加每条索道所挂输油管数量(由3根增加到5根)，采用大口径双液货探头，提高软管连接和解脱速度，提高输油压力和排量等方法提高液货补给速度。干货补给增加单次补给重量，提高传送速度和挂钩及解脱速度，采用标准化包装，加快货物输转等措施来提高补给和接收速度，提高效率。2.4.4.信息化技术进一步采用 信息化与海上补给装备有机结合，产生了信息化海上运输补给装备，并随着信息化技术的发展而不断扩展应用范围，这是未来海上信息化战争对海上保障的客观要求。应用可视化终端技术和网络化技术，对液货接收速度、流量、压力及接收干货的品种、数量等参数进行识别、采集，通过保障信息管理系统和指挥系统，实现远程化联网应用，使海上保障决策和计划实施更加科学化、高效化。2.5 绞车发展过程补给绞车是补给装置的主要动力系统，其发展共经历五代，现代的补给船都有装备。第一代绞车， 采用机械控制,使用可靠，可由船员进行维修，但其不能在船运动和船的方向改变时保持钢索的张力不变;第二代绞车， 用电子控制来改进绞车的反应时间，但系统复杂，且易损坏，需要既懂得液压又懂得电子的人才能使用；第三代绞车，把液压传动件组装在同一壳体中，并把它浸在液压油中，但每一次更换元件都要从传动装置中抽掉液压油，不便维修；第四代绞车，把第二代绞车的液压传动和电子控制装置进行第二次设计，主要的油泵和油马达仍然油封在液压传动装置中，但控制阀和滤器等则安装在便于维修的外部，电子控制件采用插装件，在船上就可以进行维修；第五代绞车，其液压传动和电子控制装置是在首次设计的基础上作了重新设计，但元件的装拆受到限制，电子控制件复杂，船上无能力进行维修。3 部分参数的确定及设备的选型3.1 母型船的选择本文设计母型船选取中国的某船：该补给船由大连造船厂建造，总体布置与性能如下示：该船采用补给船常用的两岛形船型。船体细长，有利于快速性，能够保证伴随作战舰艇航行。船体艏艉尖瘦，中部方正。船体内前部为固体货舱，中部区域较大的几个船舱分别是各类液货舱，可装载10550吨燃料，1000吨轻柴油，200吨补给水，200吨饮用水。后部为主、辅机舱。上层建筑分为两部分，前部偏于船首，共有4层，内部布置有驾驶室及主要的电子、通信、指挥、居住等舱室。此段上层建筑顶层甲板布置有一座三脚桁格主桅，其上布置有船上主要的雷达及通信天线。上层建筑前部上甲板上设有货舱口，两部起重机分列于左、右侧。货舱口前部船首有一段艏楼，艏楼甲板上布置有起锚和系缆设备，艏楼甲板后部两舷侧布置有双联装37毫米炮。后部上层建筑位于艉楼甲板之前，有2层，内部主要设有船员工作、生活空间。此段上层建筑顶部设有一大型方形烟囱，烟囱两侧设有另2座37毫米炮。一个直升机起降甲板设在尾部上层建筑第一层甲板上，但没有机库。两段上层建筑之间为主要的补给区，设有3座门形补给吊架，前边两座用于向两舷侧进行液货补给，后边一座用于向两舷侧进行固体货物吊运。船长168.2米，船宽21.8米，吃水9.4米，标准排水量7500吨，满载排水量21750吨，航速18节，续航力18000海里14节，人员编制130人。补给船补给性能参数如下表5所列：表5 补给船补给能力参数燃料油轻柴油补给水饮用水10550吨1000吨200吨200吨3.2 补给参考油品的选取重油又称燃料油，是原油提取汽油、柴油后的剩余重质油，呈暗黑色液体，主要是以原油加工过程中的常压油，减压渣油、裂化渣油、裂化柴油和催化柴油等为原料调合而成。其特点是分子量大、粘度高。重油的比重一般在082098，其成分主要是炭水化点物素，另外含有部分的（约014）的硫黄及微量的无机化合物。由于本设计主要是海上重油纵向补给，本次设计选择180#重油作为设计用油。180#重油的质量参数如下表6所列：表6 180#重油的质量参数性能指标性能参数密度(20) kg/m3976.4运动粘度(50) mm2/s121.5闪点87倾点183.3 输油软管的选取选管要求：输油软管要具有一定的很高的抗拉强度、很好的韧性、要油较强的抗腐蚀能力。本次设计选取的软管是: 聚氨酯软管10型，其性能指标如下表7所列：表7 聚氨酯软管10型 公称直径 mm工作压力MPa单位质量 kg/m制品长度m使用温度壁厚mm抗拉强度kN1501.01.1150-50502.02.578.4绝对粗糙度0.0015mm。3.4 补给船距的确定海上航行横向补给时补给船与接收船之间的船距是一个很重要的参数。首先，它直接影响到补给作业时的经济性和安全性。一方面，从补给装置本身设计的角度出发，希望船距越小越好，这样装置的经济性、现实性越好；另一方面，从使用操作的角度出发，则希望船距越大越好，这样既便于操作又有利于保证航行安全。当然船距增大，将会使在同样恒张力下传送索道的扰度增大而使货物有浸水的危险。其次，补给船距的确定还与索道在补给船上、接收舰上悬挂点的高度有关，不同的悬挂点相对高度会对补给船距产生影响。因此，船距选择需要综合考虑。目前国外的经验一般确定补给船距为4060 m，当然也有少数用30 m和100 m的情况。另据加拿大海军使用经验，认为补给时的最佳船距为55 m。我国某型综合补给船上确定的补给装置补给船距是:在悬挂点相对高度差约为12 m时为3555 m。根据任务书本次设计的水平距离为：120m3.5 油泵的选择本设计所选的泵为：BZA型石油化工流程泵该泵由河北恒盛泵业股份有限公司生产。泵的简述：BZA型石油化工流程泵是根据AP1610和VDMA24297(轻/中型)规范设计的。该系列泵具有：高效节能、结构科学、性能稳定、互换性强、适应范围广、安全无泄漏、维护方便等特点。应用范围：本泵适用于输送清洁或含有轻颗粒的液体、低温或高压液体、中性或有腐蚀性的液体。 主要用于：船舶及海上工业；供水厂、海水淡化厂；炼油厂、石油化学工业、煤加工工业和低温工程等。其主要性能指标如下表8所列：表8 性能指标工作指标工作参数范围口径（D）mm25400流量(Q) m3/h02600扬程(H) m0300工作压力(P) MPa02.5工作温度(T) -803503.6 加热器的选取本设计选取的加热器：专利号为：ZL 2006 2 0127946.5高效真空相变输油管道加热器是针对目前各种石油输送管道加热方式的弊端而设计的一种专用电加热器。它以特制不锈钢电热棒为加热元件，通过壳程中的真空相变材料迅速把热能连续、非接触、均匀的传导到管程油液中，达到输送石油所需要的工艺温度。用户可根据输送流体(油、水等)的流量不同、对温度的不同需求以及输油管线热力计算确定加热器的功率及合适的安装位置。与同类用途产品对比，本产品采用地表安装方式，结构简单，设计合理，维护便捷，成本低廉；电气控制具有数字调节，自动控温，无须值守的特色，彻底解决油田用户的节能、环保、施工、使用、维护等一系列难题，可广泛应用于油田、气田、城市燃气、炼油厂等各种石油工矿场合。加热器性能指标如下表9所列：表9 加热器性能指标型号额定功率(kW)加热管数外形尺寸mm(截面X长X高)电力要求输油管道加热器37.53250X1000X750适用电压220V380V660V9156325X1200X82516.522.59380X1500X880243012430X1500X9303.7 快速接头的选取由于工作环境的特殊性，对接头的选择有了很高的要求。船之间的距离不是固定不变的，接头处所受的拉力也会随之发生变化，这就要求它有足够的结构强度，以免被拉坏。接头的分离也要迅速，如果出现紧急情况，就要求其立即分离，以免危险扩大波及周围船只。接头的密闭性也非常重要，密闭性的好坏对输油过程的安全有很大影响，同时对密闭性好也抗压减少燃油的浪费。选取原则：接头的配合要严密、密闭性好、结构强度高、接头的结合与分离要迅速。本设计选用的接头为：上海兆帕流体动力有限公司生产的PAV型液压快速接头。其主要性能指标如下表10所列：表10 液压快速接头性能指标型号（公）型号（母）连接螺纹（内螺纹）长度（公）（mm）长度（母）（mm）直径（mm）六角（mm）最大工作压力（MPa）PAV1.5051.002PAV1.5051.003BSP 21081691007516PAV1.5051.012PAV1.5051.013NPT 24 输油管道强度的校核及高架索拉力的计算4.1 高架索海上纵向重油补给系统示意图图2 高架索海上纵向重油补给系统示意图1外牵索绞车；2高架索绞车；3重力补偿器； 4补给船高架；5滑轮系统；6滑块； 7外牵索； 8高架索； 9滑轮系统； 10接收船高架；11快速接头； 12输油泵； 13补给船储油库；14阀件； 15补给船；16内牵索绞车；17输油管道；18内牵索； 19接收船； 20接收船储油库。4.2 输油管道强度的校核基本假设管道在高架索上是均匀分布的，相邻两个滑块之间的输油管长度是相等的，滑块间的距离相等。图3 输油管道在高架索分布图4.2.1 选择点2与点3之间的管道来研究管道的受力情况已知=120m 假设：=18m 。截取2、3节点间管段作分析，如下图：(a)(b)图4 输油管道在竖直方向上载荷均布图由上可知=20m。则： =18=3m设B点y轴坐标值为 =3.5m 则A点的y轴坐标值 =+=3+3.5=6.5m沿管道线均布载荷悬管及其受力分析图，如下所示：图5 沿管道线均布载荷悬管及其受力分析图4.2.2 输油软管抗拉强度的校核与管长的求取求取沿管道单位载荷： (1)式中： 单位管长自身的重量， N/m ；单位管长中油品的重量，N/m ； 单位长度的总重量， N/m 。=(1.1+976.44)9.8=(1.1+17.246)9.8= 179.788N/m式中： 单位管长的质量，m ；管输油品的密度，kg/m3； 输油管道的直径，m。当考虑软管自身重量时，每单位管长上的载荷大小为，可视为沿管道长均匀分布的铅垂向下的载荷，如图所示，截取弧长为的悬索OC来考虑，见图4。作用在该段上的力有、并组成一平衡力系，于是有公式 (2)式中： 与水平方向的夹角， ；单位管长上的载荷， N/m ；截取弧段的弧长， m；截取管段的水平张力，N。由弧长公式 (3)得 (4)分离变量后积分得 (5) (6)式中，arsh为反双曲线正弦函数的表示符号。因此，得到悬管弧长与坐标的关系为 (7)悬管长度为 (8)将式(7)代入式(2) (9)积分后得 (10)由此可知，当悬管受沿管长均匀分布的载荷时，悬管曲线为一悬链线。4.2.3求悬管任一截面拉力将式(10)改写为 (11)式中： arch为反双余弦函数。将悬点A、B的坐标(-a,),(b,)代入式(11)并考虑得 (12)式中： 悬点、间的水平距离，m。由公式(8)和(12)设计算法流程图如下图所示：图6 算法的流程图1由此流程图及公式(8)和(12)编得程序1(附件一)输入：=179.788N/m, =1000N , =5.5m， =3.5m 。经程序1运算得：=1978.800N， =20.000 m， =10.510m =9.490m， =2447.573N， =1698.916N=3147.422N， =2608.058N， =22.892m最= =3147.422N=3.15kN78.4 kN因此，管道的抗拉强度符合使用要求。4.2.5 高架索的受力分析基本假设1)输油管道在高架索上质量均匀分布，索上各点具有相同的物理性质。2)补给过程中两舰船均以一定的速度匀速前行,舰船摇摆运动的速度相比船体前行的速度以及摇摆的幅度相比高架索的长度可以忽略不计。计算时忽略各种摇摆运动对高架索的影响。3)补给舰与接收舰的速度相等，即钢索两端点的水平运动速度相等，钢索两端点可视为相对静止。由假设2可知钢索基本处于平衡状态,因此只考虑钢索的静力学特性，不考虑动力学特性。4)钢索质量较重且体积相对较小，不考虑风对钢索的作用力即可以不考虑钢索在风的作用下的摆动。钢索在货物传送过程中受到的力只有本身的重力。总=6=622.892=137.352m总=q=179.788137.352=24694.424N则高架索所受的均布拉力为：=总/120=24694.424/120=205.785N/m式中： 总高架索所承受的输油软管总长度，m；总输油管满载时高架索所承受的拉力，N； 输油管满载时高架索所受的均布力，N/m。为保证货物在索道上安全可靠的传输，高架索上需要维持恒定的张力，经验认为，索道的恒张力与在索道上输送的货物重量有关，荷载/张力比一般在1: 41：3左右，也就是输送1 t的货物其索道的恒张力为3 t 4 t。则可设 拉(3总4总)拉 =(24694.424324694.4244)=(74083.27298777.696)N基本假设：设管道重量高架索上均与分布，计算管道形状时可按垂链线来计算。 高架索形状图如下图所示：图7 高架索受均布力示意图由公式(12)设计算法流程图如下图所示：图8 算法流程图2根据公式(12)和流程图，编的程序2(附件二)输入数据: =80000.000N；=120m； =205.785N/m； =7.029N/m经程序2运算得：拉=80021.722N， =0.022m, =18.022m, =0.022m.由公式(8)设计算法流程图如下图所示：图9 算法流程图3根据公式(8)和流程图，编的程序3(附件三)输入数据：=120m；=80021.722N，=0.022m, =18.022m, =0.022m .经程序3运算得：=79986.500N, =119.999m, =115.022m,=4.978m, =25065.108N, =865.448N,=83821.834N, =79991.182N, =121.804m直线方程(-(115.022)/(-18.022)=(-4.978)/(-0.022)整理后得： =-0.150+0.7687 (13)已知悬索的曲线微分方程为 (14)对(14)式积分 (15) (16)由于管道对高架索的力是通过滑块来传递的，则可将高架索的受力看作点分布的集中载荷，每个滑块德受力为。=总/7=24694.424/7=3527.749N其中： 为各点所受拉力。因此高架索的实际着力点如下图所示：图10 高架索受集中载荷力分布图则各着力点的绕度为： (17)4.2.6 高架索各着力点的受力计算1)各点绕度的计算、各点绕度的计算，分别将各点的横坐标代入公式(17)经计算得：=3.013 m = 4.536m =5.0