邮轮船底泄放塞选型分析

肖浩,陈正云,何成能

(上海外高桥造船有限公司,上海 200137)

13.55万t大型邮轮全船总长323.6 m,为一艘从事国际长途航行的客轮,可在全球范围内全年运行,并包括苏伊士运河过境。国产邮轮由机械处所和非机械处所组成,共计20层甲板[1],可容纳5 246名游客和1 292名船员,设有2 125间游客房和701间船员室。0甲板以下主要为机械处所,0甲板以上主要为非机械处所。其中机械处所包括结构多个饮用水舱、压载水舱,油舱、污水处理舱及船员住舱区和主机间、机械设备区等[2]。船舶各类水舱、油舱的内部会做定期清洁,如舱内残留的污水、浮生物、 残渣及舱底油、水等的排放,为解决这一问题,会在每个舱底都布置一个泄放塞。考虑通过收集国产首制邮轮和民用船舶船底泄放塞实际使用数据,从加工效率、建造成本等方面对比邮轮泄放塞与传统民用泄放塞的使用,探讨分析一种泄放塞既满足国产邮轮设计规范需求,又能满足民用船舶泄放塞的使用。

船底泄放塞(俗称泄放塞)由圆形座板、泄放塞和密封件组成,座板固定在船底外板上,且具有一联通船底内外的通孔,舱底的液体,如油污,水等可以通过该通孔排至舱外,泄放塞用于封闭或打开该通孔,当泄放塞放入通孔中时可以封闭该通孔。

通常每一个双层底舱应设置一个船底泄放塞,比如在造船阶段,机舱双层底油舱水压试验后排空,或者船舶进坞修理,洗舱后,以便排除舱内残留物与积水[3],考虑到船舶首倾,残液易于聚集在尾部,通常船底放泄塞设置在舱室后部靠近横舱壁并靠近船中心线处。由于开孔不大,外板上毋需加强。

1.1 国产邮轮用船底泄放塞

邮轮船底泄放塞有两种形式,方形和六边形两种,由于结构形式为锥形,又称锥形泄放塞,是由座板与锥形螺塞组成,是通过座板中锥螺纹通孔与锥形螺塞拧紧,配合密封胶实现机械密封。为实现舱内和舱外同时可以打开泄放旋塞,泄放旋塞设计为凹凸上下两面接口,接口凹凸面类型一致,凹凸面类型分方形和六边形两种,配合两种对应接口的扳手使用。通常方形用水舱,六边形用于油舱。座板是由环形的钢级等于或高于船底板钢级的板,直接与外板焊接,内圈有锥螺纹。船底泄放塞与船底板安装示意图见图1。锥形旋塞结构图见图2,分方形旋塞和六边形旋塞[4]。

图1 船底泄放塞示意

图2 锥形旋塞结构型式

1.2 民用船底泄放塞

根据CBT 254的标准,船底泄放塞通常有两种形式(见图3),A型是无肩式,制作要求高。B型为有肩式,制作方便。放泄螺塞得外圈为一环形的钢级等于或高于船底板钢级的座板,直接与外板焊接,内圈有螺纹,配以不锈耐酸钢或黄铜的方形或是六角形的旋塞,通常方形用水舱,六边形用于油舱,在座板螺纹与旋塞之间有青铅或氯丁橡胶的垫料,用于预紧密封(见图4)。

图3 船底泄放塞示意

图4 旋塞结构型式

1.3 泄放塞扳手

泄放塞扳手是解决泄放塞开启或是关闭拧紧的钥匙。其结构是根据泄放塞的造型、使用方法而确定的。当需要拧紧船底泄放塞时,根据泄放塞类型选取与之匹配的扳手,插入泄放塞内,延螺纹方向,旋转扳手拧紧,反之既打开。

传统民用船舶上的T形泄放塞是在船舱的外侧进行安装,并通过泄放塞扳手实现泄放塞的锁紧和释放。而泄放塞上的开启接口为凹陷结构,需要采用内四角或内六角的泄放塞扳手进行配合(见图5)。

图5 单向扳手

而对于在船舶的舱内和舱外都能实现锁紧和释放功能的锥形泄放塞,两者需要使用不用结构的扳手才能实现新型泄放塞的锁紧和释放。而现有技术中的泄放塞扳手一般只能与舱外开启接口配合,在船舱外实现泄放塞的锁紧和释放,对于舱内开启接口,需要采用其他结构的扳手,从而导致工作效率较低。

舱内和舱外都能打开新型泄放塞,以使工作效率较低的缺陷,提供一种邮轮的泄放塞扳手(见图6)。

图6 内外双开扳手

邮轮用的泄放塞扳手,其特点在于,泄放塞扳手包括手柄和一个锁紧组件,锁紧组件包括一个套筒和一个突出部,套筒和突出部分别连接于手柄的不同自由端上,为配合水舱和油舱的泄放塞打开使用。泄放塞扳手上也分两种不同的锁紧结构,方形和六边形。使得泄放塞扳手在船舱的内外两侧都能够对锥形泄放塞进行安装,以实现锥形泄放塞的锁紧和释放,缩短安装和使用时间,提高工作效率[5]。

2.1 锥形泄放塞

1)制作工艺。

锥形泄放塞由环形座板与锥形旋塞组成。环形座板见图7。

图7 环形座板

座板为圆形,原材料是高强度钢,通过板材切割、内部锥螺纹机械加工方式生产,锥度为1/16,表面需喷砂和车间底漆处理。尺寸规格见表1。

表1 座板尺寸规格

锥形旋塞原材料是不锈钢AISI 316,其结构为机加工生产件,锥度为1/16。有凹凸上下两面,类型分为方形和六边形两种。见图2。

2)施工工艺。

座板安装前,船底板需根据布置图位置,开与之泄放塞类型匹配的圆形通孔。根据标准NI828711B要求,通孔边缘开50°焊接坡口。座板与船底板全熔焊透并打磨平整,并在管螺纹内涂抹油脂保护,完成座板的安装。见图8。

图8 环形座板安装示意

锥形旋塞安装前,需对座板内管螺纹深度清洁。清除油脂和残留杂质后,涂抹特氟龙或等效产品密封胶密封,拧紧锥形旋塞,完成泄放塞安装。

2.2 T形泄放塞

1)制作工艺。

T形泄放塞由环形座板与T形旋塞、密封垫片组成。环形座板见图9。

图9 环形座板

由于座板厚度设计较厚,高出船底板,会导致舱内排水不干净,座板设计了排水槽,排水槽与船底板平齐或约低,便于水的排放。见图10。

图10 环形座板俯视图

环形座板原材是船用钢材,与周围船底板钢质量相似。通过机械加工、内部螺纹机械加工方式生产。表面需喷砂和车间底漆处理。T型泄放塞尺寸规格参数,见表2。

表2 T形泄放塞座板参数

T形旋塞原材料是不锈钢或是钢铝合金材料,其结构为机加工生产。

密封垫片为定制件,其材料为铅、氯丁橡胶或等同物。

T形泄放塞主要零件材料见表3。

表3 T形泄放塞主要零件材料

2)施工工艺。

T形泄放塞安装方式与锥形泄放塞相似,其区别在于焊接方式和旋塞的安装密封不同,旋塞安装时需要套入密封垫片,旋拧预紧密封。

通过对制作工艺分析,锥形泄放塞结构加工制作较简单,而T形泄放塞结构加工制作较复杂,其制造成本T形泄放塞要高于锥形泄放塞。

从施工安装方面,座板都为焊接安装固定,区别于焊接工艺的不同。锥形旋塞安装较为单一,主要是通过机械预紧密封,而T形旋塞安装前需安装密垫片,主要靠垫片预紧密封。

从使用功能上,船舶在海上航行时,船舶靠自身重力向下保持船的稳性[6],而水形成向上浮力,其浮力要大于重力,在上下两作用力下,锥形旋塞的结构设计是外大内小,避免泄放塞得坠落和松懈造成得泄露,将有效防止海洋环境的污染。T形旋塞结构为螺栓原理,螺帽大于螺杆界面,配套座板结构特点,加上垫片旋拧预紧密封安装。锥形泄放塞与T形泄放塞优缺点对比见表4。

表4 锥形与T形泄放塞对比

船底泄放塞装置结构通常都为圆形,都是解决水舱、油舱舱底油、水的排放。

邮轮用锥形船底泄放塞是由锥形旋塞、圆形座板组合而成。采用上述结构形式,座板固定在船底外板上,且具有一联通船底内外的锥形螺纹通孔,舱底的液体,如油污,水等可以通过该通孔排至舱外,泄放塞用于封闭或打开该通孔,当锥形旋塞放入通孔中时可以封闭该通孔。锥形旋塞内外都有扳手打开的凹凸接口,可以通过内侧接合部用于从内外侧打开该通孔,方便工作人员在船停在船坞时直接从内侧打开泄放塞进行舱底清理,而不需要再移动至舱外进行相关作业,实现内外两侧可打开泄放塞。

民用T形船底泄放塞是由T形旋塞、座板、密垫片组合而成,泄放塞需从舱外安装,然后加密垫片密封。泄放塞拆卸同样只能从舱外配合扳手打开。这样的泄放塞安装工艺繁琐,拆卸单一,不能应满足安装方便,内外可操作拆卸功能。当船舶在船坞内需要进行舱底清理时,工作人员在舱内无法直接打开该泄放塞,须联系舱外人员,从舱外进行相关作业,较为不便。

通过对船底泄放塞使用方法、工艺制作和安装方面比较,可以以看出锥形泄放塞具有以下优势。

1)结构部件单一,预紧密性好,并符合邮轮减重的需求。

2)锥形泄放塞得制作和安装都很方便,可节约采购和人工成本40% 。

3)使用范围广,座板厚度范围,可满足任何船型底板使用。

4)拆装容易,配合扳手使用,可实现内外双向打开,便于船舶维修和洗舱的需要,提高使用效率,节约人工成本。

5)可重复使用,不易损坏,减少后期使用维护成本。

在都能满足海洋防污公约的基础上,根据重量和制作、安装、使用的差异,锥形泄放塞要优于T型或类似泄放塞。从安装船底外板板厚数据范围看出,可满足所有船型泄放的使用。

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