摘要：船舶管路是船舶的重要組成部分，在船舶裝卸、航行以及管路輸送介質(zhì)不同都會經(jīng)歷溫差變化。另外，船舶航行時，船舶搖擺及裝載而引起船體變形，也對管路造成不利影響。由于以上原因，從理論分析管路所受到的一次應(yīng)力、二次應(yīng)力及管路的熱膨脹變化。從設(shè)計的角度，改變管路走向，增加膨脹節(jié)，使用軟管等方式增加船舶管路的柔性，降低由于溫差、船體變形、機械振動等因素造成的管路損壞。

　　關(guān)鍵詞：應(yīng)力;熱膨脹;柔性設(shè)計

　　0引言

　　船舶管路是船舶上用來傳送油、水、氣等相關(guān)工作介質(zhì)，使船舶上的各種機械設(shè)備的相互連接，并能完成一定的任務(wù)和滿足特定的功能。船舶管路在船舶動力裝置中是一個重要組成部分，因此，船舶的管路設(shè)計也就是船舶設(shè)計及動力裝置設(shè)計中不可缺少的內(nèi)容。

　　船舶管路設(shè)計時，管路的柔性設(shè)計是不能忽視的問題，當(dāng)管路出現(xiàn)長直管(通常出現(xiàn)在主甲板面，貨艙雙層底等處所)或設(shè)計溫差較大，管道材料的膨脹收縮以及機械設(shè)備震動會在管道中以及管道與管端設(shè)備的連接處產(chǎn)生較大的應(yīng)力。應(yīng)力過大會引起造成法蘭密封泄漏，管子焊縫或管端設(shè)備的損壞及正常運行。所以，船舶管路設(shè)計中，使管路擁有必要的柔性就非常重要。

　　船舶論文：船舶智能能效管理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

　　1管路的引力分析

　　船舶管道在使用過程中，損壞的主要原因是船舶管道應(yīng)力過大所導(dǎo)致。在對管道應(yīng)力程度進行評判時，一般根據(jù)產(chǎn)生應(yīng)力的原因不同可將應(yīng)力分為一次應(yīng)力和二次應(yīng)力[1]。

　　1.1一次應(yīng)力一次應(yīng)力是指由于管道受到外部載荷作用而產(chǎn)生的應(yīng)力[1]。此應(yīng)力的特點是：與外載荷的平衡，隨外部載荷的增大而增大。管道承受的介質(zhì)內(nèi)壓、自重、介質(zhì)重量等持續(xù)外部載荷產(chǎn)生的應(yīng)力均屬一次應(yīng)力[2]。

　　1.2二次應(yīng)力

　　二次應(yīng)力是指由于管道變形遭到約束而發(fā)生的應(yīng)力。此應(yīng)力的特點是：它與外力無關(guān)，具有自限性，即管道內(nèi)的塑性區(qū)域擴大，達到極限狀態(tài)后，由于局部位移受到約束，從而變形不再繼續(xù)增大。因此，管道由于自身位移受到阻礙，管道的熱膨脹等產(chǎn)生的應(yīng)力都屬二次應(yīng)力。

　　2管道的熱膨脹

　　船舶管路在安裝完成后，實際的運行過程中，由于環(huán)境溫度的不同，介質(zhì)溫度的不同，管道的長度會有一點的變化量。

　　在船舶管路中，過熱管路(如：排氣管路、燃油管路、蒸汽管路、高溫水管路……等)以及過冷管路(如：LNG管路、冷凍管路、冷媒水管路……等)一定要考慮管路的熱膨脹(收縮)對整體的影響;還有對于長直管路也許要考慮環(huán)境溫度變化對管路的影響，如貨艙雙層底內(nèi)的管路、甲板面消防管、甲板面電纜管、甲板面油品輸送管……等。

　　3管路的柔性設(shè)計

　　3.1船舶管路柔性設(shè)計的目的

　　柔性設(shè)計的目的是為了保證管道在設(shè)計條件下具有足夠的柔性，防止管道因熱脹冷縮、端點附加位移、管道支承設(shè)置不當(dāng)?shù)仍�因造成下列問題：①管道應(yīng)力過大會引起管道疲勞;②管道推力過大造成支架損壞;③管道連接處產(chǎn)生泄漏;④管道推力或力矩過大，影響與其相連接的設(shè)備正常運行。

　　3.2獲得管路柔性的方法

　　為了使船舶管路獲得一定的柔性，我們在管路設(shè)計時，通常可以改變管路的走向來獲得柔性、增加膨脹節(jié)及使用軟管連接來獲得柔性。

　　3.2.1改變管路的走向在管路設(shè)計中，改變管路的走向獲得柔性的方法通常有L型直角彎、Z型折角彎、π型彎以及空間立體彎幾種。

　　3.2.2增設(shè)膨脹節(jié)

　　當(dāng)設(shè)備及管路布置比較緊湊，有限的空間無法實現(xiàn)更改管路走向來增加管路柔性，或在設(shè)備與管路的接口處，或為了隔離設(shè)備震動，我們通常布置膨脹節(jié)來增加管路的柔性。管路膨脹節(jié)具有空間小、補償量大等特點，廣泛用于船舶管路中。

　　一般情況下，在設(shè)備進出口，為了消除設(shè)備震動的對管路的影響，可以在管路與設(shè)備的連接處增加橡膠膨脹節(jié)(高溫管路除外，如排氣管、熱油管)，橡膠膨脹節(jié)可補償軸向、橫向、角向，具有無推力、消聲減振、體輕、結(jié)構(gòu)簡單、安裝維修方便特點。當(dāng)管徑加大，介質(zhì)溫差大，空間受限的情況下，我們通常選用金屬波紋膨脹節(jié)。膨脹節(jié)一般分為金屬膨脹節(jié)和非金屬膨脹節(jié)兩類。其中金屬膨脹節(jié)又分為波紋管膨脹節(jié)和套筒式膨脹節(jié)等。①波紋管膨脹節(jié)[4]。

　　波紋管膨脹節(jié)是用金屬波紋管制成，它能沿管道軸線方向伸縮，也允許一定量的彎曲。波紋管膨脹節(jié)用在管道上對管道因熱膨脹產(chǎn)生的軸向長度變化進行補償，也用于消除脈沖引起的震動。為了安裝時產(chǎn)生變形，在波紋管兩端設(shè)置有定位螺栓，在安裝時定位螺桿應(yīng)處于鎖緊狀態(tài)，在投入使用前將定位螺桿拆除。波紋膨脹節(jié)一般用于壓力不很高的管道上，可用在溫度較高的管路上，如電纜管、排氣管、壓載管……等。

　　3.2.3使用軟管連接軟管連接是船舶管路中常用的一種柔性連接方式，一般用于連接震動較大的船用設(shè)備、有運動部件的設(shè)備或高壓設(shè)備等。如空壓機、柴油發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)吊車、步橋等。軟管連接的特點：①安裝方便，簡單，不用考慮設(shè)備及管路的誤差。②無震動、噪音傳遞。③不存在任何反向的力的傳遞。④耐腐蝕性好。⑤不耐高溫，不能用于高溫系統(tǒng)。

　　4結(jié)束語

　　船舶管路中，在不同的管路系統(tǒng)與所處的位置選用適當(dāng)?shù)姆绞竭m當(dāng)提高管路柔性，能大大提高管路的使用壽命，減少管路對設(shè)備的損壞，并且有效的降低噪音。

　　參考文獻：

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　　[2]甘紹警，周瑞平，甘少煒，蘇陽.船用LNG儲罐與管道應(yīng)力計算[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2018(1)：35-40.

　　[3]唐永進.壓力管道應(yīng)力分析[M].北京：中國石化出版社，2009：169-170.

　　[4]GB/T12777-2019，金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件[S].

　　[5]斯派莎克工程(中國)有限公司.蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)文獻出版社，2007.

　　作者：劉波