优化机舱综合布置的应用及探讨

■管伟

（福建东南造船有限公司，福州　350015）

优化机舱综合布置的应用及探讨

■管伟

（福建东南造船有限公司，福州350015）

本文从机装生产设计的角度，结合53000DWT散货船机舱二层平台综合布置的优化，进行实船三维建模对比分析，找出一套切实可行且具有可比性的优化方案，为优化类似船舶的机舱综合布置提供一些思路，缩短设计周期。

机装生产设计三维建模优化方案机舱综合布置

1　引言

机舱管系放样是机舱综合布置的重要内容，机舱综合布置又是机装生产设计的核心，机舱管系放样与机舱综合布置相辅相成，对船舶建造周期和质量产生直接影响。船舶建造常因生产周期比较紧张，对机装生产设计的要求随着生产计划的安排时高时低，具有很多的不确定性，机舱综合布置设计难免有些仓促，导致建造过程中会发现很多技术问题而造成返工。如何找到一套便捷、可靠的优化设计方案，既能缩短设计周期，又能提高船舶建造的质量和经济性，一直是机装生产设计努力的方向。

2　问题分析

在进行机舱布置时，因机舱设备多空间狭小，需同时考虑多个设备以求达到最优的效果具有较大的模糊性，而且影响机舱布置的因素很复杂，考虑的角度不同就会导致不一样的效果。这些因素可分为主观因素和客观因素，主观因素取决于设计人员的经验能力和船厂的生产工艺要求。客观因素粗略的归纳为几何因素和设备性能因素，几何因素包括如设备的尺寸、操作维护空间、人员通道及船舶的稳性重心等，几何因素是机舱布置时必须考虑的。设备性能因素一般指设备功能性要求，显而易见的功能性要求一般都会根据设备厂家的要求进行考虑，如泵的吸高、扬程等，而隐藏在各个系统中的设备之间相互关系是在机舱布置中容易忽略的一个因素，但对生产设计有很大的影响，因此设备关系分析是优化机舱综合布置需考虑的重要因素之一。优化机舱综合布置常缺乏可比性，难以判断优化方案的好坏，现通过分析某53000DWT散货船同在二层平台的高、低温冷却系统和滑油冷却系统中的部分设备间的相互关系，优化平台的设备布置和管系放样，进行实船三维建模对比分析，直观呈现优化机舱综合布置前后的优劣。

3　机舱综合初始布置

53000DWT散货船总长199.89m，垂线间长192m，型宽30m，型深17.85m，设计吃水12.3m，单机单桨。主机功率6480KW，采用中央冷却系统，海水经中央冷却器对低温淡水进行冷却，然后用低温淡水分别对高温淡水、主机滑油及低温冷却终端进行冷却。

低温淡水系统主要由3台低温淡水泵、2台中央冷却器、三通温控阀、低温膨胀水柜、除气罐及大气冷凝器等设备组成；高温淡水系统主要由2台高温淡水泵、主机缸套水预加热器水泵、主机缸套水预加热器、主机缸套水冷却器、造水机等设备组成；滑油系统由2台滑油泵、滑油冷却器、三通温控阀及滑油自清滤器等设备组成。上述设备在二层平台的初始布置图见图1。

图1　初始布置图

从图1的设备布置来看，给各个设备留有足够的操作、检修空间和人员通道，设备布置需要考虑的几何因素均有顾及，看不出有大的问题存在。根据上述布置图进行管系放样后的三维建模效果图见图2。

图2　放样后三维建模效果图

从管系放样后的效果图（图2）可以看出，单一考虑几何因素的设备布置图，虽然在管路放样后没出现空间上大的干涉，但管路散乱的占据了检修空间，阀件阻碍了原先预留的通道，人员无法直接靠近艉部的部分设备和阀件，已经影响到设备操作面和检修空间。仅有的主通道已被迫布置到靠平台艏部的一个角落，整体布局显得杂乱无章，最终综合布置效果也不太理想，有违设备布置图的初衷。从整体布局上消除船舶生产过程中的返工隐患，优化机舱综合布置就是问题的解决方案。

4　机舱综合布置优化方案

4.1设备关系分析及优化布置

以上述设备初始布置图为基础，根据各个系统原理图分析可知，主机高、低温冷却水管路系统属闭式冷却，通过系统管路将主机与各设备连成一个闭式回路，因此各个系统中的设备可以简单地按介质流向组成的环形拓扑结构，设备安装位置以主机为中心，分析设备关系，将相同用途的设备或者执行同一操作的有关设备布置在一起，兼顾同一个设备有不同系统的管路接入的问题：让连接大管径管路的距离短，连接小管径管路距离长的原则，权衡利弊，综合考虑。

经分析，上述三个系统中以低温淡水系统为贯穿线，低温淡水管连接各冷却系统中的板式冷却器，其中中央冷却器是被海水冷却，需将中央冷却器布置在靠近海水冷却泵的地方。滑油冷却器是要冷却主机滑油，将滑油冷却器布置在靠近主机滑油泵的位置。经优化后，中央冷却器布置在二层平台的前侧，而滑油冷却器改到平台后侧。

高温淡水冷却系统中的造水机的工作原理是蒸馏式，其热源来自于主机缸套冷却水，故造水机应靠近主机高温水出口；主机缸套水冷却器的低温侧进口来自主机滑油冷却器出口，其低温侧出口接至低温淡水泵组进口；其高温侧进口来自造水机，其高温出口至高温淡水泵组，故缸套水冷却器需布置在滑油冷却器与造水机之间，并靠近低温淡水泵组。高温淡水泵布置在缸套水冷却器附近。缸套水预加热器及水泵与上述设备在系统中是并联关系，且功能相对独立，可以布置在平台的左前角。

滑油冷却系统中滑油自清滤器需贴近滑油冷却器布置，考虑管路的连接顺序，需将有压差计的一端转至朝左舷侧，并与舱壁间留出操作空间。通过分析系统中几台关键设备的功能，理清各设备间的相互关系，最终确定了各设备的安装位置。优化后的平台设备布置图见图3。

图3　优化后的平台设备布置图

4.2优化管系放样

机舱管系放样依附于机舱设备布置，对机舱综合布置效果来说，机舱的设备布置与管系放样是一个有机的整体，优化了机舱设备布置，管路放样势必跟着优化，最终对船舶建造产生影响。机舱布置图是船舶建造中重要的指导性图纸之一，是机舱管系放样的重要依据。机舱设备布置的自由度越大，管系放样的约束就会越多，而管系放样的难度与其约束成正比，放样难度加大就会增加放样管的数量，进而影响建造成本。优化管系放样需遵循船厂生产工艺要求，以方便操作、节省材料、提高机舱整体布局的美观性为目标。

解决图2中管系放样存在的问题，需选择针对性的优化方式。将低温淡水泵组出口的直通阀改直角阀，清理出阀件阻碍的通道；将各设备进出口的管路、阀件尽量向上布置，释放管路占据的检修空间。各个系统中的板式冷却器前均有三通温控阀，温控阀布置的位置直接影响放样管路的多少，温控阀离冷却器越近管路越短，空间布置就越紧凑。因此温控阀布置尽量靠近在相应的冷却器附近。考虑温控阀有手动操作要求，三通温控阀需布置在易于操作且能看见板式冷却器上温度表的地方。优化后的综合布置三维建模效果见图4。