钢铝混合结构烟囱设计介绍

2021-07-12周兆贺张智军李文

广船科技 2021年2期

周兆贺张智军李文

（广船国际技术中心、生产管理部）

0 前言

GOTLAND客滚船烟囱分段有三层甲板、约3000个零件，结构复杂，由于要考虑降低空船重量重心，设计方案做了从全钢质到全铝质（小范围钢）、一层钢两层铝，最终到钢铝混合结构的多次修改，结构设计复杂，周期较长。本文简要介绍该分段结构设计中的碰到的技术和工艺问题以及解决思路，以供铝合金船体结构的设计人员参考。

1 设计方案比选

烟囱分段原设计为全钢质结构（重量约107t），但因空船重量重心控制的要求，初步改为除FR99+400电梯围井前外全铝结构的方案（重量约46t），如图1所示。

图1 烟囱结构图(铝合金结构)

船检根据SOLASregulationII-2/11.4.1，“A类机器处所的顶盖和舱棚应为钢结构”，要求全铝结构的机舱围井壁板以及面向直升机平台的FR99.5壁板双面敷设防火绝缘，且需要得到挂旗国法规的豁免。和船检的沟通中得知即使将设计更改为“11甲及以下全钢质、11甲以上全铝质”，以减少铝质结构的范围，也需要满足这一要求。

平衡设计周期、绝缘要求、减重目标，结合舱室实际布置情况，如图2所示；修改结构方案调整为：机器处所以及电梯围井的边界采用钢质结构，其余结构为铝合金，如图3和图4所示，该方案得到船检的认可。该方案初步建模的分段重量为75t（不含复合材料）。

图2 烟囱舱室布置示意图

图3 烟囱结构布置示意图(钢铝混合)

图4 烟囱防火控制示意图

基于该方案进行规范计算，检查结构规格以及焊脚的最小规格要求，以最大限度控制分段重量。

2 钢铝边界范围的界定及设计

2.1 确定钢铝材质的使用区域

为了确定钢铝边界的范围，需要确定机器处所的范围，通过检查烟囱防火控制示意图，如图4所示，可知FR86～FR94之间的防火风闸将机器处所限制在10甲板以下，因而可以将11甲以下、FR86～FR94之间的围壁修改为铝质，以进一步减少结构重量和钢铝接头数量，如图5所示。

图5 调整后的结构布置示意图，注意云线内的调整

2.2 各层甲板和围壁的钢铝分界线的工艺设计

甲板和围壁上的钢铝分界线，初步方案是定在限界面投影线向外偏移100mm，可以最大限度地使用铝质结构，在此原则上还要考虑骨材和T梁的端肘板尺寸大多在300mm以下，如分隔后尺寸过小，会导致钢铝接头规格增多、布置困难，施工工艺性也会变差，因而要将端肘板完整地归入到钢质部分，分界线的设计从而使与围壁相连的小结构保持完整；同时分界线还要注意避开甲板或围壁开孔的角隅。同时，应注意钢铝接头都是直线型界面的，无法用于带角隅的拼板缝，因而会出现通过两个互相垂直的钢铝接头制成直角拼板缝的情形，此结构节点应取得船检同意。

2.2.1 11甲板钢铝分界线

需要考虑的结构和细节包括：甲板下骨材和T梁的端肘板、FR75～77左舷小风道的完整性、FR86～89以及FR90～94之间甲板开孔角隅、FR69～75之间/Y=2900右舷短围壁，最终确定的分界线，如图6所示。