船舶常用基座形式

船舶常用基座形式第一章前言一般的船舶上有大量的设备，不同类型的船舶对设备的要求不同，基座的形式也有所差别。但是在基座设计的过程中，无论是那种船舶，基座的设计都要追求在基座不失效的前提下做到：重量轻，造价低，制造简单，外形美观。但是一般情况下这四点很难同时做到最好，在不同的情况下要确保的重点是不同的。本文的主要目的就是通过对各种船舶常用基座和典型基座进行力学计算，讨论重量、结构以及外形来确定大部分船用基座的最优形式。根据我厂的情况，之前建造的大部分船舶是救助船和工程船，这些船舶的特点是外形要求美观，舱室空间狭小，设备、管路和电缆多。所以对基座的形式要求也高。不管是那一类船舶都会要求外形美观，特别是客轮类的船舶，救助船由于有载客的要求，所以外观要求比较严格，一般能满足救助船美观要求的基座基本上就能满足其他船舶的美观要求；工作船的舱室空间非常狭小，而且设备很多，一般的客船、货船都很少有这种情况，能保证载工作船中安装的基座，在客船和货船中也能安装。所以通过讨论这两类船舶上的基座，将可以解决大部分类型船舶基座的形式。而且在讨论过程中加入对重量的控制，使以下讨论的基座能更节省材料。通过对各种形式的基座进行简单的力学计算就可以保证基座在正常使用过程中不失效，并讨论何种结构形式的重量最轻；通过探讨使用材料的方法获得造价低，结构简单的样式；通过选才和布局保证基座的外形。由于船舶基座的安装位置和形式多样，无法完全列出并讨论，所以应按照安装的位置不同，把船舶中的基座分为几大类:一.平面安装的基座(第二章)二.壁上和柱子上的基座(第三章)三.吊在甲板下的基座与船体外露天基座(第四章)这三大类基座基本上已包括了船舶上所有基座，在这三大类基座中，又分出许多小的分类，在后面的三章中将对这三类基座进行简单的力学计算以及形式讨论，获得最佳的结构形式。在力学计算、重量讨论以及外观研究以后，将说明各类基座安装所需要注意的情况，以及与到特殊情况时的简单处理方法。每一种结构将分为六部分来讨论：1.设计样式讨论该类型基座的大概样式，由于部分基座会出现相似而又不同作用的样式，所以设计样式中有可能分为多种小样式。2.力学性能在缺点样式后，就对所设计的样式进行力学计算，讨论基座的极限工作状态和安全系数。一般的计算安全系数大于5的，基座都能满足设计要求。3.注意事项由于基座类型不同，安装位置不同，遇到的情况也会不同，所以在每种大的分类中都会有不同的注意事项。只有在充分考虑注意事项、力学性能和设计样式的情况下，基座才能设计完整。4.安装位置由于部分基座有它的安装要求，位置也有讲究，所以对安装位置进行讨论是有必要的。5.选用材料不同类型的基座选材也不一样，为了提高材料利用率，降低生产成本，对材料的选用进行讨论是必要的。在最后一章中，将根据现场的安装与制造习惯，总结画图过程中需要如何更好的标准与排版，使现场工人能用最简单的方法来定位、安装及制造(第五章）。在设计过程中必须始终坚持的设计原则是：船体结构与设备都不能破坏。当结构与基座发生冲突时，基座在保证不失效情况下可做适当修改以配合结构；当基座与设备发生冲突时，必须通过调整形式或调整位置解决；当基座与管路冲突时，基座在保证不失效情况下修改形式，如果不能保证不失效就只能修改管路或调整设备位置。在设计前，必须要有设备自带底座的大小尺寸(包含厚度)、螺栓孔所在的位置和设备的在工作状态下大概重量(此重量应尽量取大，以保证安全)。为了简化计算，在计算材料的时候均取Q235A钢材的力学性能，由于船用材料在力学性能上Q235A钢材算是较低的，所以只要用Q235A钢材制作的基座不失效，那么用其它钢材制作的基座也不会失效。在计算力学性能的时候，为了简化计算步骤使计算简便，基座在计算各项力学性能时都只挑取该形式基座最主要、最容易破坏的力学方面进行计算，而且计算过程中省略了部分连接件的计算，计算后省略的情况都能满足力学要求那么在增加构件后力学性能将更强。在计算过程中，有部分计算无法直接获得所需资料，而且计算复杂，为了简化计算，本文通过与设备基座及螺栓进行对比，使在工作状态下，我们设置的基座强度比设备基座及螺栓强度强，保证设备不会由于我们设计的基座而损坏为前提而进行基座设计。第二章平面安装的基座平面安装的基座又可分为三大类:2.1扁铁类基座(距平面20mm以下)2.2低平面基座(距平面150mm以下)2.3泵类抗震动基座2.4高平面基座(距平面600mm以下)这三类基座，在结构上都有所区别，力学上的要求也是不一样的。扁铁类基座是无任何力学要求，只要安装平面的能满足力学要求，基座基本上不会发生任何破坏；低平面基座由于距平面有一定距离，无法用扁铁直接安装，所以与平面的接触面不多，对力学上的要求是抗剪切力和压力；泵类抗震动基座是为泵类基座特殊设计的，由于泵会产生震动，在力学上校核的时候，必须留有足够大的安全系数，即要计算剪切力和压力，又要计算扭矩；高平面基座在这指的是距平面600mm以下，又无法与机构上的壁板和柱子连接的基座，该类基座在设计上简单，但如果没有力学计算，是最容易出现基座失效情况的。2.1扁铁类基座(距平面20mm以下)在没有梁拱和昂势的平台或甲板上有部分设备要求直接焊接安装在平台或甲板上，但是由于设备安装过程中有可能会破坏分段涂漆，所以一般先在平台或甲板上装上扁铁类基座，这样在设备安装的时候就不会由于焊接而破坏分段的涂漆，该设备一般工作状态下不会产生大的拉力与压力，设备下无其他管路或电线穿过。所以设备能直接安装在平面上。该类型基座自身基本上不会由于设备使用而受到破坏，所以力学上的要求很小，在设计过程中可以忽略力学计算。2.1.1设计样式扁铁类基座的设计要求是最简单的，只要在平面上装上合适的扁铁，保证焊接就足够了。但是在有梁拱和昂势的平面上就要注意，由于设备自带的基座安装面都是平的，在遇到船舶上有梁拱和昂势的地方就会出现部分地方离空的现象。所以如果有条件，应该把设备安装位置所会出现的梁拱考虑进去，如果安装时最大离空距离小于5mm，在安装时都可以基本满足；但是如果最大离空距离大于5mm时，扁铁类基座就难以满足安装要求。在设计过程中，基座外缘应比设备自带基座外缘单边大5mm，方便设备基座与基座焊接，而且不容易破坏分段涂漆。具体样式参见图2.1.1-1：图2.1.1-12.1.2力学性能由于设备接近直接安装在平面上，设计的基座基本不存在力学性能上失效的问题。在该类基座中力学性能不予以分析。2.1.3注意事项由于在设备安装过程中可能会遇到与肘板相冲突的地方。由于结构上的肘板在规范要求里的不允许破坏的，所以在扁铁类基座上安装的设备必须移位。如果要在有梁拱的平面上安装设备，必须考虑梁拱在基座安装面上最大的离空距离，如果最大离空量大于5mm，基座形式应该进行调整，改用低平面基座（本文2.2）。由于基座焊接对结构会有一定的影响，为了减少对结构的影响，一般基座的板厚不应超过结构平面的板厚，而且如果能对结构平面上的板缝进行考虑避免焊缝重叠，基座的设计将可趋向完美。(但是按照《质量标准》第41页要求，次要构件角焊缝与平行对接焊缝最小允许距离为0，所以如果出现重叠也是允许的)2.1.4安装位置由于该基座形式的特殊性，在船体上安装的位置一般都为无梁拱或折线型梁拱非折线位置，离开结构肘板一定距离(5mm以上)。在工程类船舶上，集控室和驾驶室安装该类型基座的情况比较多，但是如果平面有梁拱，必须对安装于梁拱面进行2.1.3中的考虑。2.1.5选用材料一般扁铁类基座都是选用扁铁作为基座的材料，而在船舶的制造过程中，结构会产生部分余料，而在基座设计过程中应尽量选用余料。考虑到成本于材料利用的关系，选用的板才应为5mm～10mm间的板材比较合适。2.2低平面基座（距平面150mm以下）由于很多设备对安装定位要求不高，设备自身重量不会太重，工作状态下不会产生大的拉力与压力，设备下无其他管路或电线穿过。所以设备能放在比较接近平面的位置，基座的力学要求比较低。而且通过对该类型基座的力学计算可以发现，船用设备如果无震动、大的拉力和压力普通的角钢都能满足基座设计的要求。该形式也可用于带震动设备的基座，但是在设计过程中应该比普通设计的低平面基座所使用板材要厚，这样才能最大限度的做到对设备的刚性固定作用。2.2.1设计样式由于设备安装方法不一样，所以该基座样式又分为：普通低平面基座——设备与基座用螺栓连接的基座，焊接类低平面基座——设备与基座通过焊接连接的基座。2.2.1.1普通低平面基座为了能使设备螺栓正确安装，设计过程中要求基座的面板方向一至朝外，并在螺栓孔附近设置肘板。普通底平面基座的基座面有方形也有圆形的，但是设计过程中的设计要求是相近的。具体样式参见图2.2.1.1-1和图2.2.1.1-2：图2.2.1.1-1图2.2.1.1-1是6500HP多用工作船的空调装置基座，为了避开螺栓孔与基座腹板产生冲突，一般在两根角钢角接处，要求其中一根对顶在另外一根上，对顶位置应在螺栓孔附近。在设计过程中要求把螺栓孔位置大概的显示在基座图中，通过螺栓孔的位置在一定的距离里设置肘板(在螺栓孔附近)尽可能的在螺栓孔附近都设置肘板，防止设备在摇晃过程中引起基座螺栓孔附近位置的局部变形。如果螺栓孔相隔较远(600mm以上)那应该在肋位上设置肘板，以便更好的把力传导到船体结构上。图2.2.1.1-2图2.2.1.1-2是6500HP多用工作船的磁罗经基座图，该基座即属于船体外露天基座，又属于普通低平面基座，在设计过程中可根据该形式设计。如果是带震动的设备，肘板的位置应该接近螺栓孔，而且如果肘板最远端点间距太大(400mm以上)应该在中间加装肘板。2.2.1.2焊接类低平面基座该类型基座是为了美观，设备不采用螺栓连接而直接焊接在设计基座上，该样式的基座的外观是平整的。一般用于扁铁类基座无法在有梁拱位置安装需要调整基座形式的，都应采用该形式。具体样式参见图2.2.1.2-1：图2.2.1.2-1图2.2.1.2-1是6500HP多用工作船的机舱集控台基座图，图中只须画出基座的具体定位尺寸和一个典型的剖面就可以满足基座设计图纸的要求。由于设备要求是焊接在基座上，所以面板方向朝内。为了更好的把力传导到结构上，一般在肋位上应设置肘板，纵向的也应每隔一定距离设置一档肘板。——此做法节省空间2.2.2力学性能由于部分设备需要用螺栓与基座连接，方便设备的拆卸，所以与安装平面有一定高度的间隙。由于我们现在所做的船，用的角钢基本上都是L150X75X8以下的，所以在设计过程中尽量采用已有角钢，提高材料利用率。减少板材的加工以及焊接，简化设计与制造。按腹板厚度的不同计算。压力的计算公式是：F＝δ×SS＝t×l(L)G＝F/9.8F：是最大载重力，单位N。δ：是最大压应力，用Q235计算数值为235MPa。S：是接触面积，为宽度乘以长度，单位为m2。t：为角钢板厚，单位为mm。l：为所设计基座角钢与平面接触的长度，单位为mm。G：为设备最大重量，单位为mm。列出在下表的是不同腹板厚度在一米长的接触面所能承受的压应力：δ（MPa)t(mm)l(mm)F(N)G(KG)23551000117500011989823561000141000014387823581000188000019183723510100023500002397962351210002820000287755根据据上表，基座与平面接触面长度每一米能在5mm厚度板材都可以承受接近120吨的设备重量。所以在设计过程中，基本上可以忽略基座的力学性能，只要保证基座的形式就可以了。2.2.3注意事项由于基座与安装平面有一定距离，所以在遇到结构肘板的地方，只要对设备安装不产生影响，基座可在肘板位置切开让肘板通过，并与肘板焊接在一起；如果对设备安装有影响的，应把设备位置进行调整，以保证结构的完整性和设备的安装。在有梁拱的地方，在民品上对设备定位要求不高，所以梁拱产生的偏差可予以忽略，只需对角钢进行局部的修整。如果遇到精度要求高的基座，可在基座面螺栓孔附近加垫片。如果设备