船舶常用基座形式.docx

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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2.1.1-1

2.1.2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×S

S＝t×l（L）

G＝F/9.8

F：

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）

235

1000

1175000

119898

235

1000

1410000

143878

235

1000

1880000

191837

235

1000

2350000

239796

235

1000

2820000

287755

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。

如果设备自身有可能产生水或漏油，设计时应在适当位置开小流水孔（肘板附近或角钢对顶处）。

如果没有角钢能满足设备的安装位置高度，因首先选择相近高度的角钢，并要求设备适当对高度位置进行调整以配合基座的设计。

（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）

2.2.4安装位置

该类型基座适合于所有船舶上平面，而且适用性较强，在于肘板相冲突的情况开，只要设备不与肘板相冲突，基座都可以局部切开后补回，力学性能不会受到太大的影响。

2.2.5选用材料

一般情况下，该类型基座都应选取船舶上已购买的角钢，不同的角钢有不同的面板和腹部高度，所以在设计时可灵活转换面板与腹板，在基座中的小肘板也应用余料进行剪切成形即可，肘板板厚选取与角钢板厚相近的板材。

2.3泵类抗震动基座

由于泵在工作状态下会产生震动，不管原来是否自带有减震装置，如果基座自身刚性不足，减震装置就不能发挥应有的作用，基座依然会出现失效的情况。

所以在设计过程中，应给该类基座留有足够的安全系数。

2.3.1设计样式

由于设备所处的位置有可能有结构、其它设备或者管路等，所以在设计过程中又把该类型基座的样式分为了：

圆管形底座——底座为圆形或接近圆形（该类型基座特别适合于旋转轴垂直于基座面的泵），方形或支脚形底座——无法把底座做成圆形而采用的方法（由于底座为方形或支脚，所以抗扭能力比较差，比较适合于旋转轴平行于基座面的泵）。

2.3.1.1圆管形底座

一般的泵自带底座都为方形或圆形，螺栓孔位置都接近边缘，这是为了更好的抗扭，减少对螺栓的要求，减少螺栓数量。

所以在设计过程中，最大限度的抗扭，在基座下一般使用圆管或压制圆环来作为基座底座，并在圆管或圆环下加圆板，以减少对甲板或平台产生直接的扭曲应力。

如果基座面板很大（底座圆环直径大于400mm）（除了要求加污油盘的），为了减轻重量，应在面板上开孔以减轻重量，如果基座面板比较小（底座圆环直径小于400），为了减少焊接和涂漆工作，面板、圆环或圆管和低部圆板应全焊保证水密。

在设计过程中，在两螺栓中间设置肘板，如螺栓孔太密集，可隔一档设置一块肘板，肘板形式可取骨头形或三角形（如2.3.1.1-2图）。

由于在设计过程中为了保证结构的安全性，面板的厚度一般要求不小于腹板厚度。

具体结构形式参见图2.3.1.1-1：

图2.3.1.1-1

图2.3.1.1-1是6500HP多用工作船的应急消防泵基座图，图中大概的画出了螺栓孔的位置与大小，通过螺栓孔可以简单的按后面2.3.2.1力学计算的公式以及图表来计算。

图中的环板是用圆管来切割而成，能减少加工量，面板中间开了孔，使内部也能焊接，提高了焊缝处的力学性能并减少了基座重量，但是却增加了涂漆量。

下面增加了垫板可局部加强平台甲板的强度。

2.3.1.2方形或支脚形底座

由于部分泵类基座底座由于各种原因，无法使用圆环或圆管做为底座，只能用板材拼接成方形或多支脚的形式。

由于该形式在结构上比圆管形底座形式的结构强度要弱，所以在旋转轴垂直于基座面的泵上一般不提倡使用。

但是如果旋转轴平行于基座面的泵，力学性能上与圆管形底座的性能基本一致，而且制作更简单。

具体结构形式参见图2.3.1.2-1：

图2.3.1.2-1

图2.3.1.1-1是6500HP多用工作船的主机滑油备用泵基座，该基座由于下面有管路通过，无法用圆环形的结构形式，而且附近有结构柱子，所以基座要局部开口，安装后再与结构焊上。

该形式与用四只L100X100X10的角钢相似，在力学计算中为了简化计算，都是用L100X100X10代入公式和表格中进行计算。

该基座的旋转轴是垂直于基座面的，所以计算的时候要用到力学性能中的2.3.2计算。

如果旋转轴是平行于基座面，由于角钢上受到的力与旋转轴是垂直于基座面的角钢受力是相似的，所以计算同样采用2.3.2。

2.3.2力学性能

由于结构形式不同，引起力学性能上的不一至，在计算过程中也按结构形式的不同而把计算分为两项。

2.3.2.1圆管形底座的力学性能

由于泵的震动需要厂家提供，但在实际情况下，由于设备资料无法提供该数据，在计算方面考虑的因素较多，所以直径的力学计算方法工作量大，在实际设计过程中使用不方便。

为了减少在工作中的计算量，简化计算方法，可以通过厂家提供的螺栓孔数量、螺栓大小进行计算。

只要保证在设备自带螺栓断裂或失效时基座依然保持完整，该基座就符合设计要求。

由于在计算扭矩过程中，环形板的受力面积是最小的，是最容易破坏的地方，所以在计算中只计算环形板，面板的力学计算省略。

而且由于肘板在理论力学上不参与扭矩，所以也省略计算，所用材质均假设为Q235A钢，所以在计算公式中不再出现。

该计算是以旋转轴垂直于基座面为前提的，如果旋转轴平行于基座面，下面计算公式不适用。

扭矩的计算公式是：

M设＝S螺×T×R设

S螺＝D2×3.14/4；

M基≈S×R基；

S≈R基×3.14×2×t；

2、面积压应力的计算公式是：

F设＝D×T；

F基＝（R面-D）×T；

为了保证5倍的安全系数，通过F基/F设≥5,可以计算出需要R面≥6D；

M设：

螺栓破坏扭矩；

S螺：

螺栓截面积；

T：

螺栓数；

R设：

设备螺栓所处位置半径；

R面：

基座面板半径

D：

螺栓直径；

M基：

基座最大能承受扭矩；

S：

环板面积；

R基：

环板内径；

t：

环形板厚；

T：

面板厚度（不小于环形板厚度）；

在计算过程中抽取种特殊情况进行计算（螺栓孔中心离环形板内径距离定为50mm）：

R设

M设

R基

M基

安全系数

150

100

118

150

100

236

200

150

266

200

150

398

350

300

1063

350

167

300

1594

500

179

450

2391

500

357

450

3586

根据上表中数据，可以看出，只要在不同厚度和半径间取适当的数值就可以保证有5倍以上的安全系数了。

面板的半径在计算过程中需大于6倍的螺栓直径，但是由于计算数据的缺乏，该倍数只作参考，在实际设计过程中，有部分基座是难以满足5倍安全系数的，所以只要扭矩满足要求，面板的要求尽量满足就行。

2.3.2方形或支脚形底座的力学性能

在计算过程中，四只脚的基座只计算其中一只脚的，受到的力按照设备重量的5倍来计算，那么四只脚一共就是承受20倍的设备自重的冲击载荷，如果在受到这么大的冲击载荷的情况下基座一支脚的绕度不超过0.25mm，在振动过程中摇摆幅度不会超过0.5mm，那么设备基座基本上就不会由于设备的使用而破坏。

由于该类泵设备的重量一般不超过200KG，所以在表格计算中列出的是200KG以下重量，高度不超过500mm。

绕度的计算公式是：

绕度ω＝F×L3/（2×E×I）

F：

是所受的力，在这里可以假设是设备重量的5倍，单位是N。

L：

是基座的高度单位是m。

E：

是弹性模数，在计算的时候取200X109Pa。

I：

是单个支角的剖面模数单位是m4。

具体计算表格可参照下表：

设备重（KG）

（mm）

（N）

（mm3）

船舶常用角钢

ω（mm）

型号

I（m4）

100

4900

1.00E+06

L50×50×5

1.12E-07

0.109

满足

200

100

9800

1.00E+06

L50×50×5

1.12E-07

0.219

满足

100

200

4900

8.00E+06

L75×50×6

4.12E-07

0.238

满足

100

300

4900

2.70E+07

L100×75×8

1.35E-06

0.245

满足

200

9800

8.00E+06

L100×75×8

1.35E-06

0.145

满足

200

300

9800

2.70E+07

L125×80×10

3.12E-06

0.212

满足

200

400

9800

6.40E+07

L180×110×12

1.12E-05

0.139

满足

100

500

4900

1.25E+08

L180×110×12

1.12E-05

0.136

满足

100

600

4900

2.16E+08

L180×110×12

1.12E-05

0.235

满足

200

450

9800

9.11E+07

L180×110×12

1.12E-05

0.198

满足

200

500

9800

1.25E+08

L180×110×12

1.12E-05

0.272

不满足

由上表可以看出只要高度不超过600mm的基座用L180×110×12基本上都能承受重量在100KG以下的设备。

设计过程中可以通过对照重量、高度和角钢型号校对基座强度。

由于方形或支脚形底座形的基座无法是扭矩有效的传导，所以在设备使用的过程中脚会出现一定的绕度。

船上所使用的泵一般都没提供震动强度和扭矩，设计过程中无法对所有数据进行校核。

其他力学计算已超出本文的要求，不予考虑。

基座在忽略扭矩后，无论是旋转轴平行于基座面的基座还是旋转轴垂直于基座面的基座都只受到横摇和下压的力。

根据上表可以简陋的校核基座是否能承受横摇的力，通过2.2.2的计算可以知道下压的力是能满足的。

2.3.3注意事项

由于泵类抗震动基座有抗震要求，所以在于结构有冲突，需要在基座上开孔时，一定要适当加厚板材（一般加厚2mm），并要求开孔后补回，而且基座设计过程中不能有凹陷的角位，避免有应力集中的位置。

2.3.4安装位置

一般的泵类基座安装位置在双层底比较多，在其他平面相对较少。

一般泵类基座尽量不要设计得离安装面太高。

如果高度太高（高度大于3倍环板直径），就必须在对其弯矩进行计算，具体计算要安高平面基座的计算方法进行弯矩的计算。

2.3.5选用材料

在基座设计时，底座尽量选取用圆管来制作，由于圆环要加工弯制，在制造中会增加工作量，所以如果有相匹配的圆管尽量采用圆管。

2.4、高平面基座（距平面600mm以下）

在基座设计过程中，由于基座所使用的材料一般是面板和腹板宽度都不超过100m

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