郵輪船底泄放塞選型分析

肖浩,陳正云,何成能

(上海外高橋造船有限公司,上海 200137)

13.55萬t大型郵輪全船總長323.6 m,為一艘從事國際長途航行的客輪,可在全球范圍內全年運行,并包括蘇伊士運河過境。國產郵輪由機械處所和非機械處所組成,共計20層甲板[1],可容納5 246名游客和1 292名船員,設有2 125間游客房和701間船員室。0甲板以下主要為機械處所,0甲板以上主要為非機械處所。其中機械處所包括結構多個飲用水艙、壓載水艙,油艙、污水處理艙及船員住艙區和主機間、機械設備區等[2]。船舶各類水艙、油艙的內部會做定期清潔,如艙內殘留的污水、浮生物、 殘渣及艙底油、水等的排放,為解決這一問題,會在每個艙底都布置一個泄放塞。考慮通過收集國產首制郵輪和民用船舶船底泄放塞實際使用數據,從加工效率、建造成本等方面對比郵輪泄放塞與傳統民用泄放塞的使用,探討分析一種泄放塞既滿足國產郵輪設計規范需求,又能滿足民用船舶泄放塞的使用。

船底泄放塞(俗稱泄放塞)由圓形座板、泄放塞和密封件組成,座板固定在船底外板上,且具有一聯通船底內外的通孔,艙底的液體,如油污,水等可以通過該通孔排至艙外,泄放塞用于封閉或打開該通孔,當泄放塞放入通孔中時可以封閉該通孔。

1 對比分析

通常每一個雙層底艙應設置一個船底泄放塞,比如在造船階段,機艙雙層底油艙水壓試驗后排空,或者船舶進塢修理,洗艙后,以便排除艙內殘留物與積水[3],考慮到船舶首傾,殘液易于聚集在尾部,通常船底放泄塞設置在艙室后部靠近橫艙壁并靠近船中心線處。由于開孔不大,外板上毋需加強。

1.1 國產郵輪用船底泄放塞

郵輪船底泄放塞有兩種形式,方形和六邊形兩種,由于結構形式為錐形,又稱錐形泄放塞,是由座板與錐形螺塞組成,是通過座板中錐螺紋通孔與錐形螺塞擰緊,配合密封膠實現機械密封。為實現艙內和艙外同時可以打開泄放旋塞,泄放旋塞設計為凹凸上下兩面接口,接口凹凸面類型一致,凹凸面類型分方形和六邊形兩種,配合兩種對應接口的扳手使用。通常方形用水艙,六邊形用于油艙。座板是由環形的鋼級等于或高于船底板鋼級的板,直接與外板焊接,內圈有錐螺紋。船底泄放塞與船底板安裝示意圖見圖1。錐形旋塞結構圖見圖2,分方形旋塞和六邊形旋塞[4]。

圖1 船底泄放塞示意

圖2 錐形旋塞結構型式

1.2 民用船底泄放塞

根據CBT 254的標準,船底泄放塞通常有兩種形式(見圖3),A型是無肩式,制作要求高。B型為有肩式,制作方便。放泄螺塞得外圈為一環形的鋼級等于或高于船底板鋼級的座板,直接與外板焊接,內圈有螺紋,配以不銹耐酸鋼或黃銅的方形或是六角形的旋塞,通常方形用水艙,六邊形用于油艙,在座板螺紋與旋塞之間有青鉛或氯丁橡膠的墊料,用于預緊密封(見圖4)。

圖3 船底泄放塞示意

圖4 旋塞結構型式

1.3 泄放塞扳手

泄放塞扳手是解決泄放塞開啟或是關閉擰緊的鑰匙。其結構是根據泄放塞的造型、使用方法而確定的。當需要擰緊船底泄放塞時,根據泄放塞類型選取與之匹配的扳手,插入泄放塞內,延螺紋方向,旋轉扳手擰緊,反之既打開。

傳統民用船舶上的T形泄放塞是在船艙的外側進行安裝,并通過泄放塞扳手實現泄放塞的鎖緊和釋放。而泄放塞上的開啟接口為凹陷結構,需要采用內四角或內六角的泄放塞扳手進行配合(見圖5)。

圖5 單向扳手

而對于在船舶的艙內和艙外都能實現鎖緊和釋放功能的錐形泄放塞,兩者需要使用不用結構的扳手才能實現新型泄放塞的鎖緊和釋放。而現有技術中的泄放塞扳手一般只能與艙外開啟接口配合,在船艙外實現泄放塞的鎖緊和釋放,對于艙內開啟接口,需要采用其他結構的扳手,從而導致工作效率較低。

艙內和艙外都能打開新型泄放塞,以使工作效率較低的缺陷,提供一種郵輪的泄放塞扳手(見圖6)。

圖6 內外雙開扳手

郵輪用的泄放塞扳手,其特點在于,泄放塞扳手包括手柄和一個鎖緊組件,鎖緊組件包括一個套筒和一個突出部,套筒和突出部分別連接于手柄的不同自由端上,為配合水艙和油艙的泄放塞打開使用。泄放塞扳手上也分兩種不同的鎖緊結構,方形和六邊形。使得泄放塞扳手在船艙的內外兩側都能夠對錐形泄放塞進行安裝,以實現錐形泄放塞的鎖緊和釋放,縮短安裝和使用時間,提高工作效率[5]。

2 工藝要求

2.1 錐形泄放塞

1)制作工藝。

錐形泄放塞由環形座板與錐形旋塞組成。環形座板見圖7。

圖7 環形座板

座板為圓形,原材料是高強度鋼,通過板材切割、內部錐螺紋機械加工方式生產,錐度為1/16,表面需噴砂和車間底漆處理。尺寸規格見表1。

表1 座板尺寸規格

錐形旋塞原材料是不銹鋼AISI 316,其結構為機加工生產件,錐度為1/16。有凹凸上下兩面,類型分為方形和六邊形兩種。見圖2。

2)施工工藝。

座板安裝前,船底板需根據布置圖位置,開與之泄放塞類型匹配的圓形通孔。根據標準NI828711B要求,通孔邊緣開50°焊接坡口。座板與船底板全熔焊透并打磨平整,并在管螺紋內涂抹油脂保護,完成座板的安裝。見圖8。

圖8 環形座板安裝示意

錐形旋塞安裝前,需對座板內管螺紋深度清潔。清除油脂和殘留雜質后,涂抹特氟龍或等效產品密封膠密封,擰緊錐形旋塞,完成泄放塞安裝。

2.2 T形泄放塞

1)制作工藝。

T形泄放塞由環形座板與T形旋塞、密封墊片組成。環形座板見圖9。

圖9 環形座板

由于座板厚度設計較厚,高出船底板,會導致艙內排水不干凈,座板設計了排水槽,排水槽與船底板平齊或約低,便于水的排放。見圖10。

圖10 環形座板俯視圖

環形座板原材是船用鋼材,與周圍船底板鋼質量相似。通過機械加工、內部螺紋機械加工方式生產。表面需噴砂和車間底漆處理。T型泄放塞尺寸規格參數,見表2。

表2 T形泄放塞座板參數

T形旋塞原材料是不銹鋼或是鋼鋁合金材料,其結構為機加工生產。

密封墊片為定制件,其材料為鉛、氯丁橡膠或等同物。

T形泄放塞主要零件材料見表3。

表3 T形泄放塞主要零件材料

2)施工工藝。

T形泄放塞安裝方式與錐形泄放塞相似,其區別在于焊接方式和旋塞的安裝密封不同,旋塞安裝時需要套入密封墊片,旋擰預緊密封。

3 效益分析

通過對制作工藝分析,錐形泄放塞結構加工制作較簡單,而T形泄放塞結構加工制作較復雜,其制造成本T形泄放塞要高于錐形泄放塞。

從施工安裝方面,座板都為焊接安裝固定,區別于焊接工藝的不同。錐形旋塞安裝較為單一,主要是通過機械預緊密封,而T形旋塞安裝前需安裝密墊片,主要靠墊片預緊密封。

從使用功能上,船舶在海上航行時,船舶靠自身重力向下保持船的穩性[6],而水形成向上浮力,其浮力要大于重力,在上下兩作用力下,錐形旋塞的結構設計是外大內小,避免泄放塞得墜落和松懈造成得泄露,將有效防止海洋環境的污染。T形旋塞結構為螺栓原理,螺帽大于螺桿界面,配套座板結構特點,加上墊片旋擰預緊密封安裝。錐形泄放塞與T形泄放塞優缺點對比見表4。

表4 錐形與T形泄放塞對比

船底泄放塞裝置結構通常都為圓形,都是解決水艙、油艙艙底油、水的排放。

郵輪用錐形船底泄放塞是由錐形旋塞、圓形座板組合而成。采用上述結構形式,座板固定在船底外板上,且具有一聯通船底內外的錐形螺紋通孔,艙底的液體,如油污,水等可以通過該通孔排至艙外,泄放塞用于封閉或打開該通孔,當錐形旋塞放入通孔中時可以封閉該通孔。錐形旋塞內外都有扳手打開的凹凸接口,可以通過內側接合部用于從內外側打開該通孔,方便工作人員在船停在船塢時直接從內側打開泄放塞進行艙底清理,而不需要再移動至艙外進行相關作業,實現內外兩側可打開泄放塞。

民用T形船底泄放塞是由T形旋塞、座板、密墊片組合而成,泄放塞需從艙外安裝,然后加密墊片密封。泄放塞拆卸同樣只能從艙外配合扳手打開。這樣的泄放塞安裝工藝繁瑣,拆卸單一,不能應滿足安裝方便,內外可操作拆卸功能。當船舶在船塢內需要進行艙底清理時,工作人員在艙內無法直接打開該泄放塞,須聯系艙外人員,從艙外進行相關作業,較為不便。

4 結論

通過對船底泄放塞使用方法、工藝制作和安裝方面比較,可以以看出錐形泄放塞具有以下優勢。

1)結構部件單一,預緊密性好,并符合郵輪減重的需求。

2)錐形泄放塞得制作和安裝都很方便,可節約采購和人工成本40% 。

3)使用范圍廣,座板厚度范圍,可滿足任何船型底板使用。

4)拆裝容易,配合扳手使用,可實現內外雙向打開,便于船舶維修和洗艙的需要,提高使用效率,節約人工成本。

5)可重復使用,不易損壞,減少后期使用維護成本。

在都能滿足海洋防污公約的基礎上,根據重量和制作、安裝、使用的差異,錐形泄放塞要優于T型或類似泄放塞。從安裝船底外板板厚數據范圍看出,可滿足所有船型泄放的使用。