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不同都會經歷溫差變化。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力、二次應力及管路的熱膨脹變化。從設計的角度，改變管路走向，增加膨脹節，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。

　　關鍵詞：應力;熱膨脹;柔性設計

　　0引言

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

　　船舶管路設計時，管路的柔性設計是不能忽視的問題，當管路出現長直管(通常出現在主甲板面，貨艙雙層底等處所)或設計溫差較大，管道材料的膨脹收縮以及機械設備震動會在管道中以及管道與管端設備的連接處產生較大的應力。應力過大會引起造成法蘭密封泄漏，管子焊縫或管端設備的損壞及正常運行。所以，船舶管路設計中，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發展現狀及展望

　　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力過大所導致。在對管道應力程度進行評判時，一般根據產生應力的原因不同可將應力分為一次應力和二次應力[1]。

　　1.1一次應力一次應力是指由于管道受到外部載荷作用而產生的應力[1]。此應力的特點是：與外載荷的平衡，隨外部載荷的增大而增大。管道承受的介質內壓、自重、介質重量等持續外部載荷產生的應力均屬一次應力[2]。

　　1.2二次應力

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

　　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，由于環境溫度的不同，介質溫度的不同，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境溫度變化對管路的影響，如貨艙雙層底內的管路、甲板面消防管、甲板面電纜管、甲板面油品輸送管……等。

　　3管路的柔性設計

　　3.1船舶管路柔性設計的目的

　　柔性設計的目的是為了保證管道在設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、管道支承設置不當等原因造成下列問題：①管道應力過大會引起管道疲勞;②管道推力過大造成支架損壞;③管道連接處產生泄漏;④管道推力或力矩過大，影響與其相連接的設備正常運行。

　　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，我們在管路設計時，通常可以改變管路的走向來獲得柔性、增加膨脹節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增設膨脹節

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

　　一般情況下，在設備進出口，為了消除設備震動的對管路的影響，可以在管路與設備的連接處增加橡膠膨脹節(高溫管路除外，如排氣管、熱油管)，橡膠膨脹節可補償軸向、橫向、角向，具有無推力、消聲減振、體輕、結構簡單、安裝維修方便特點。當管徑加大，介質溫差大，空間受限的情況下，我們通常選用金屬波紋膨脹節。膨脹節一般分為金屬膨脹節和非金屬膨脹節兩類。其中金屬膨脹節又分為波紋管膨脹節和套筒式膨脹節等。①波紋管膨脹節[4]。

　　波紋管膨脹節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。波紋管膨脹節用在管道上對管道因熱膨脹產生的軸向長度變化進行補償，也用于消除脈沖引起的震動。為了安裝時產生變形，在波紋管兩端設置有定位螺栓，在安裝時定位螺桿應處于鎖緊狀態，在投入使用前將定位螺桿拆除。波紋膨脹節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備、有運動部件的設備或高壓設備等。如空壓機、柴油發電機、旋轉吊車、步橋等。軟管連接的特點：①安裝方便，簡單，不用考慮設備及管路的誤差。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。

　　4結束語

　　船舶管路中，在不同的管路系統與所處的位置選用適當的方式適當提高管路柔性，能大大提高管路的使用壽命，減少管路對設備的損壞，并且有效的降低噪音。

　　參考文獻：

　　[1]ASMEB31.3.ASMECodeforPressurePiping,2012[S].

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

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

　　[4]GB/T12777-2019，金屬波紋管膨脹節通用技術條件[S].

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

　　作者：劉波