潜水支持船大型潜水减压舱组的安装设计

2020-07-22付庆义张家茂林焕泉

广东造船 2020年3期

付庆义，张家茂，林焕泉

（招商重工（深圳）有限公司，深圳518000）

1 前言

潜水减压舱组是为潜水员提供加减压气体环境并兼具起居功能的舱室，一般由转移舱（简称TL）和甲板减压舱（简称DDC）组成，双钟潜水支持船由2台TL 和4组DDC组成，安装于船舶潜水甲板上，设备间通过对接法兰连接并安装于其独立的基座上，其布置方式见图1 所示。

图1 潜水减压舱室布置图

潜水减压舱组受船舶摇摆等运动的影响会产生运动加速度；设备运行时舱内需要充入高压气体，其压力一般高达30 bar；其温度会随着环境温度的变化而变化，由于环境温度变化幅度很大，必须采取必要的措施，以保证设备和舱内潜水员的安全。

2 撬块鞍座的滑移

从图1可以看出，潜水减压舱可以从CL 向左右分成左右两部分，这两部分左右对称。为简便起见，我们以左舷侧的一半设备组来进行设备组的受力和位移分析。

采用有限元应力分析软件，模拟潜水减压舱组在船上的各种受力状况，并加载环境温度变化和压力变化因素，将其分成数个载荷工况（一般为22 个）计算舱组每一个鞍座在每个载荷下的位移量。

经过有限元分析可知，自由鞍座沿撬块的运动主要表现在沿其纵向的伸缩变化，最大的位移达到13.5 mm，如果不采取相应措施，设备及其基座将产生很大的应力，对设备和人员将产生很大的危险。

3 对安装方案的要求

对安装设计方案应满足下列要求：

（1）尽量选用生产中相对成熟的技术手段；

（2）设备具备稳定、牢固的束缚，以保证其安全运行；

（3）合理设计在设备位移变化方向上的束缚，在为设备底座提供合理幅度的自由度的同时，不应产生非预期的其他方向上的自由度；

（4）可以释放设备在船上正常运行以及环境变化而产生的所有附加应力；

（5）施工方案应合理、简便、易于操作，并满足船级社等管理当局的规则规范要求。

4 安装方案设计

4.1 垫块的选择

（1）垫块类型

在造船生产中常用的安装方式有：钢质垫块、钢质楔形垫块、成品垫块、环氧树脂垫块、吊架吊装、设备直接与基座接触安装等。

对于潜水减压舱的安装，由于设备的校中要求比较高（每个撬块罐体长度大于8m、宽度2.85m、直径分别是和2.53m、每对对接法兰之间的SAG 不大于1mm）、设备组铺展面积大（达160 m2），所以必须使用垫块。钢质垫块与钢质楔形垫块，由于撬块底脚尺寸很大，每个撬块底脚尺寸大约为宽300 mm、长2 000 mm，如果使用钢质垫块或钢质楔形垫块，为了保证垫块与撬块底脚以及基座面板间的间隙满足建造质量要求，垫块的加工将会非常困难。本设备为大型群组，由于弹性垫块会引起设备之间的相对运动，对法兰连接处产生额外的巨大的应力，所以各设备之间采用刚性法兰连接。

近年来，出现了一种新型的可调节垫块。这种垫块由上下两个圆柱状钢块再加顶端一个球冠组成：两个圆柱体由螺纹来实现相对运行，可调整垫块高度；上端的球冠可以调整垫块角度，即使上下安装面偏离平行可正常安装。但市场上还没有见到较大尺寸的可调节垫块，如果使用小型垫块将很不经济，吊架安装方式也显然不太方便。

环氧树脂垫块已成熟应用于船舶及海工设备的安装施工中，其有如下几方面的优点：

① 其对与之接触的设备底座下表面和基座上表面的平面度、粗糙度等要求较低，可以免除机件表面的各种研配和机加工；

② 施工操作简单方便，操作者稍加培训便可进行施工操作；

③ 垫块厚度在12～70 mm范围内都可以浇注。特殊情况下，垫块厚度薄至9 mm 亦可采取适当的加压注入措施完成浇注；

④ 浇筑面积越大施工越方便、技术经济性越高；

⑤ 各大船级社均接受环氧树脂垫块。

本项目的潜水减压舱鞍座底脚面积大，其与下面基座之间的间隙大约为30 mm，因此可以考虑采用环氧树脂垫块，如图2 所示。

图2 环氧树脂垫块图

（2）受力分析

采用环氧树脂垫块需要进行受力计算，校核垫块是否在可承受范围以内。

受力计算时，需要选择模块的最不利受力工况，考虑垫块所承受的所有压力、承压垫块的面积，以及垫块的力学参数进行综合计算。本项目计算结果满足船级社的相应力学要求，可以正常使用。

4.2 设备底脚的安装紧固

下面以TL1的安装为例，介绍潜水减压罐组的紧固方案（DDC1的紧固与DDC2 类似）：

常规的设备紧固方法，包括螺栓连接、锚固连接、夹块连接、涨紧连接等。由于减压舱撬块鞍座与其基座之间是平面连接，因此采用螺栓和夹块联合连接更为合适。

根据上面的分析，潜水减压罐组在TL1左舷侧的鞍座底脚固定的情况下，TL1的S2 鞍座在负荷工况改变时有向船中CL.滑移的可能，且滑移的幅度为2.5 mm；同时，S2 只存在沿Y向滑移的可能，在任何正常工况下均不会沿X轴方向滑移，因此可以在TL1 S1 鞍座处采用螺栓固定。

如图3所示，在TL1S2鞍座处使用夹块与挡块连接：在X轴方向设置束缚，使鞍座无任何滑移空间；在Y轴方向上，在鞍座的左右舷侧设置距离2.5mm 的束缚；另外，为了防止撬块倾覆，在Z轴方向（垂直于X-Y平面方向）设置严格的束缚。

图3 TL1 S2鞍座处的紧固

4.3 预留间隙

为了保证TL1 S2 可以向船中方向自由滑移，在焊接夹块时给出了2.5mm 的自由空间。由于设备安装时是处于船体静态、罐体无内压、冬季低温状态，所以2.5 mm的滑移空间位于运动方向一侧；如果初始条件有变，滑移空间的左右分配需要以实际计算为准。

4.4 设置滑板

由上所述，采用环氧树脂垫块解决了垫块的问题，选用螺栓-夹块-挡块方案解决了底座得到有效束缚的问题。但是环氧树脂一般是同撬块底脚下表面以及基座面板上表面粘合的，如果不采取适当的措施，当撬块鞍座滑移时环氧树脂将会被撕裂，使TL1还是不能顺利地滑移，因此必须设计一套滑移板装置（见图4），使得定向滑移成为可能。

图4 滑移板安装示意图

由图4 可以看出：一个鞍座下的滑移板组合由一块滑移板和两块凡士可板组成，两者通过M3x8 mm长的自攻螺钉组合到一起，再通过M24x100 mm 的螺栓安装到鞍座底脚板上。

环氧树脂浇注前，将滑移板组件安装到位，并按照安装要求做好泡沫围挡和浇注口等辅助工作，然后浇注环氧树脂。这样，环氧树脂由滑移板和鞍座底板包围，形成一个靴垫并与基座脱开，以利于鞍座与基座之间的相对滑移；当潜水减压舱的鞍座滑移时，靴垫将随鞍座一起在基座上滑动。由于有挡块与夹块的束缚，鞍座的滑移将在设计工况下进行而不会出现失控状况。

4.5 DDC 的安装紧固

DDC的安装与TL 类似，不同之处是TL 靠舷侧一端的鞍座S1 固定后，只在船舶左右舷方向上存在较大的位移变化，在顺船长方向则无位移；而DDC有所不同，靠近TL 固定鞍座S1的DDC其侧向滑移量很小，可以忽略。而靠近滑移鞍座S2 的DDC会受到TL 伸缩的连带影响，产生顺左右舷方向的滑移。为此，在设计固定方案时，在DDC有滑移趋势的一侧，设计一个相应的缓冲空间即可。