大型船舶轴系分段镗孔工艺

第４８卷㊀第２期２０１９年４月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀船海工程ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.４８㊀Ｎｏ.２Ａｐｒ.２０１９㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.３９６３/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７１￣７９５３.２０１９.０２.０４２大型船舶轴系分段镗孔工艺吴正辉ꎬ张园(上海外高桥造船有限公司ꎬ上海２００１３７)摘㊀要:为了缩短船坞周期ꎬ提出轴系分段镗孔工艺ꎬ通过改变工艺操作流程ꎬ把原坞内镗孔前移到平台开展ꎬ艉轴管分段在垂直状态下镗孔ꎬ降低施工难度ꎬ有效消除了镗排因自重所产生的扰度的影响ꎬ切实保证镗孔精度ꎻ相关分段搭载及焊接时ꎬ通过控制船体变形及焊接收缩变形ꎬ保证轴系的精度ꎻ进而提高了船舶建造质量和造船速度ꎮ关键词:大型船舶ꎻ轴系分段镗孔ꎻ缩短坞期中图分类号:Ｕ６６４.２㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１６７１￣７９５３(２０１９)０２￣０１６３￣０４收稿日期:２０１９－０１－０８修回日期:２０１９－０３－１８第一作者:吴正辉(１９６３ )ꎬ男ꎬ学士ꎬ高级工程师研究方向:轮机工程和轴系设计㊀㊀船坞作为船舶总装厂最为重要的资源ꎬ如何提升船坞利用率ꎬ是业内共同面临的难题ꎮ传统造船工艺ꎬ轴系安装受拉线找中㊁镗孔等诸多因素影响ꎬ占用坞期较长ꎬ成为造船提速的瓶颈ꎮ另外ꎬ在船坞阶段镗孔ꎬ艉轴管镗孔工具的转轴只能水平放置ꎬ该轴较长ꎬ自身重力会引起整个轴线的向下弯曲ꎬ精度差ꎮ大型船舶轴系分段镗孔[１￣２]ꎬ与传统施工方式相比ꎬ就是将轴系拉线照光及镗孔工序提前到平台阶段施工ꎮ平台上的施工条件和环境远优于船坞ꎮ垂直状态下镗孔ꎬ可以有效消除镗杆因自重所产生的扰度的影响ꎬ从而有效地保证了镗孔精度ꎬ同时能大幅改善轴系镗孔作业环境ꎬ有效提高产品质量和船厂的生产效率ꎮ另外ꎬ轴系分段拉线照光和镗孔有利于缩短船东和船级社进行坞内检验ꎬ改善船东和船级社的工作环境和条件ꎮ镗孔结束后ꎬ将包含艉轴管的分段与相关分段搭载及焊接时ꎬ通过控制变形精度ꎬ保证整个轴系的精度[３]ꎮ大型船舶上实施轴系分段镗孔及搭载技术ꎬ可以缩短船坞周期约１０ｄꎮ１㊀轴系分段镗孔内容船舶制造行业ꎬ之所以长期以来无法突破占用坞期较长㊁造船提速的瓶颈ꎬ其主要难点如下:１)搭载时的分段反变形控制的研究是整个分段镗孔工作最重要的部分[４]ꎬ也是最难的部分ꎮ不同的船型或分段有不同的变形量ꎬ不同的搭载顺序也可能造成不同的船体变形ꎬ在实际操作规程中ꎬ搭载定位要求的精度很高ꎮ２)艉轴管分段与相邻分段搭载焊接时ꎬ焊接会造成船舶的收缩变形ꎬ导致实际轴系中心线与理论轴系中心线产生偏差ꎬ而焊接收缩变形的规律又较难掌握ꎮ能否控制好焊接收缩变形ꎬ直接关系到最终整个轴系质量ꎬ需要研究收缩变形的趋势㊁焊缝焊接的长度㊁焊接顺序及焊接要求等ꎮ３)工装件的设计和正确使用要求也比较高ꎮ需设计并制造专用的镗孔时的工装㊁搭载时的工装㊁焊接时的工装[５]ꎬ例如ꎬ平台镗孔的分段支撑件㊁平台镗孔时的镗孔设备架㊁搭载时的分段支撑及支架调整㊁坞墩的形式ꎬ以及这些支架的安装形式等ꎮ轴系分段镗孔ꎬ针对传统施工工艺ꎬ改变工艺流程ꎬ将艉轴管分段移至平台提前镗孔ꎬ即由原来的:艉轴管分段制造ң吊运坞内搭载及焊接ң艉轴管镗孔ң向船东及船级社交验ꎬ调整为:艉轴管分段制造ң艉轴管平台镗孔ң吊运坞内搭载及焊接ң向船东及船级社交验ꎮ根据轴系拉线照光和镗孔的原理[６]ꎬ参照国外的经验ꎬ分析实际经验数据ꎬ为分段上拉线照光和镗孔技术的推广提供技术支撑ꎮ为了保证轴系分段镗孔能达到良好的效果ꎬ以提高轴系的运行质量及船舶营运的安全性[７]ꎬ必须系统性地对分段轴系找中㊁镗孔㊁搭载精度控制㊁焊接变形控制以及提交等各阶段进行分析ꎬ提出各阶段的精度控制要求ꎬ满足规范[８]要求ꎬ以确保轴系分段镗孔技术的合理应用ꎮ３６１２㊀轴系找中轴系找中是在分段烧焊㊁油漆结束㊁艉管冷却水舱密性试验报验结束后进行ꎮ如图１所示ꎬ艉轴管分段垂直放置ꎬ确保首封板与地面水平ꎬ并将分段牢固固定在搁架上ꎮ图１㊀拉线照光示意按照轴系拉线找中工艺流程ꎬ利用重锤并调整光靶ꎬ使靶心与分段理论中心重合ꎬ确定艉轴管中心线及镗孔的镗杆安装基准点ꎮ要求中间各点的光靶筒中心点共线ꎬ偏差小于０.０２ｍｍꎮ测量艉轴管首尾端面的镗削余量ꎬ若偏差过大ꎬ则调节钢丝修正轴线的中心位置ꎬ使偏差符合要求ꎮ放置该分段时ꎬ如果定位不当ꎬ则将有可能使艉轴管中心线超出镗孔余量范围ꎬ影响后续工作的精度控制ꎬ因此首封板要水平ꎮ３㊀轴系镗孔及安装艉管轴承镗孔的圆度㊁圆柱度公差要求见表１ꎮ表１㊀镗孔圆度、圆柱度公差值ｍｍ㊀孔径Ｄ公差标准范围５００<Ｄɤ７００ɤ０.０５０７００<Ｄɤ９００ɤ０.０５５９００<Ｄɤ１１００ɤ０.０６５１１００<Ｄɤ１３００ɤ０.０４０㊀㊀镗杆安装ꎬ应按轴系拉线找中确定的艉轴管的镗杆安装基准点为依据ꎬ使镗杆与轴系中心重合ꎬ误差不大于０.０２ｍｍꎮ对于艉轴管长度超过３５００ｍｍ以上ꎬ镗杆必须设置中间支承ꎬ但因采用了竖直镗孔ꎬ故不需要进行挠度校正ꎬ镗排竖直安装方式见图２ꎮ在垂直状态下镗孔ꎬ镗排竖置镗孔[９]ꎬ降低施工难度ꎬ有效消除镗排因自重所产生的挠度的影响ꎮ图２㊀镗排竖直安装示意镗孔结束后按设计要求加工艉管轴承并在平台压装艉管轴承ꎮ４㊀艉轴管分段坞内搭载定位为了控制船体变形ꎬ搭载前整个机舱区域坞墩全部使用钢制坞墩及薄木板垫块ꎬ可以有效减少船体变形对精度控制的影响ꎬ以减少船底的变形量ꎮ经过大量的分析研究ꎬ同时也为了后续机舱工作尽早开始ꎬ机舱三甲板全部搭载焊接结束后ꎬ艉轴管分段(１０Ｄ分段)吊到位ꎬ利用监测设备ꎬ检测㊁调正分段位置ꎮ搭载定位时采用专用的分段搭载平台和三维顶升机ꎬ可以方便调整分段预变形量ꎬ实现对搭载中艉管分段的三维调整ꎬ使分段船体中心线对准机舱总段船体中心线ꎬ实施分段坞内搭载定位ꎮ定位时左右中心需与开设的中心线重合ꎬ前后距离以实际肋位距离为参考ꎬ定位结束后ꎬ抄紧坞墩ꎬ用装配马板将１０Ｄ分段(如图３所示)与相邻总段固定ꎮ图３㊀１０Ｄ搭载示意挂舵臂及舵机舱分段搭载过程中ꎬ主要是通过监测舵系中心线的位置偏差ꎬ以船坞中心线为控制基准ꎬ保证整个轴舵系相交度ꎬ来对舵系镗孔４６１余量进行控制ꎬ使之符合舵系镗孔要求ꎮ１０Ｄ分段与其他总段焊接过程中产生焊接变形ꎬ导致轴线变化ꎬ以及尾部分段搭载时ꎬ受到各分段重量的影响ꎬ导致轴线变化ꎬ因此ꎬ预先放一定的反变形量(如图４所示)ꎬ１０Ｄ分段整体翘头ꎬ以抵消焊接收缩及自重的变形ꎮ反变形区域中的支撑高度也根据外板进行相应的调整ꎬ使主机前端Ｋ点光靶中心比轴系理论中心线高ꎮ图４㊀１０Ｄ分段搭载反变形放置５㊀焊接控制在分段焊接时ꎬ先焊外板对接缝ꎬ后焊平台对接缝ꎬ再焊其他内部焊缝ꎮ焊接外板时ꎬ应安排双数焊工左右对称同时焊接ꎬ要求焊接顺序㊁焊缝层数㊁焊缝长度㊁焊接参数等都应尽量相同ꎻ焊接时应采用多层焊ꎬ每层焊缝厚度控制在３~４ｍｍꎬ层间温度应控制在１６０ħ以下ꎬ盖面焊缝应采用多道焊盖面ꎬ每层焊缝焊接后均需测量一次艉轴中心ꎬ如中心偏差超过规定范围ꎬ应在反方向先焊接ꎬ另一侧焊接暂停ꎮ直到中心偏差校正后ꎬ两侧方可继续同时焊接ꎮ㊀㊀１０Ｄ分段在与相邻分段合拢缝的焊接过程中ꎬ易发生变形ꎬ使尾轴管中心线偏离轴系中心线ꎬ因此要按照规定的焊接程序进行焊接施工ꎬ并在焊接过程中进行监测ꎬ及时调整焊接顺序ꎻ搭载定位好后ꎬ温差对装配电焊过程也有影响ꎬ晴天时因阳光照射角度不同ꎬ分段各个面的温度都不一样ꎬ温差有可能会影响精度ꎮ因此ꎬ一是尽可能在阴雨或晚上等温差不大的时候进行施工和测量ꎬ二是温差变化大时作业过程中要实时监控变化量ꎬ尾轴管中心线偏离轴系中心线过大时ꎬ调整施工顺序ꎮ６㊀交验交验时船舶状态只需满足:机舱前壁到尾部及三甲板到船外底的主船体结构装焊全部结束ꎮ轴线找中㊁照光应选在温度变化不大的时候(如晚间或阴雨天等)进行ꎮ在艉轴管前㊁后端面安装光靶ꎬ通过调整使其靶心与艉轴管中心重合(见图５)ꎬ测量艉管中心Ａ点与理论轴系中心线的高度偏差ɤʃ１０ｍｍꎻ左右偏差数据ɤʃ７ｍｍꎮ为了保证今后轴系能安全可靠的运行ꎬ规定轴系中心线在主机前端延长点Ｋ与轴系理论中心线的高度偏差ɤ＋３５－１５ｍｍꎻ左右偏差数据ɤ１０ｍｍꎮ按照中国造船质量标准[７]ꎬ轴系中心线对舵系中心线偏离值ɤ５ｍｍꎬ极限值ɤ８ｍｍꎮ图５㊀坞内复拉线照光示意７㊀结论轴系分段镗孔及搭载技术ꎬ改变常规的轴系找中船舶状态(即主甲板以下全部船体结构和基座装焊㊁矫正结束)ꎬ实行在主甲板下两层甲板主船体结构装焊全部结束就可轴系找中提交ꎬ后续工作能提早１个月施工ꎬ提高坞内机舱的完整性ꎮ轴系分段镗孔及搭载技术推广使用ꎬ具有很好的经济价值ꎬ同时也为船舶制造企业进一步合理安排建造周期ꎬ优化建造模式提供了有力的技术支撑ꎬ具有广泛的适用性ꎬ对于现有的散货船㊁油船㊁集装箱船基本都可以适用ꎮ５６１参考文献[１]吴正辉ꎬ吴幼奇ꎬ周颖ꎬ等.大型船舶轴系分段镗孔安装的工艺方法:ＺＬ２０１６１０１１２５７８.５[Ｐ].２０１８￣０２￣０６. [２]吴正辉.大型船舶轴系分段镗孔及搭载[Ｒ].上海:上海船舶与海洋工程学会辅机专业学术委员会ꎬ２０１６. [３]肖锦强ꎬ高登.浅谈艉轴管镗孔精度控制[Ｊ].广船科技ꎬ２０１０(４):２０￣２４.[４]丁振斌ꎬ贾晓丹ꎬ刘土光.焊接顺序对船体分段的焊接变形影响[Ｊ].中国造船ꎬ２０１０(增刊１):８１￣８５.[５]路保彬ꎬ顾云峰ꎬ于慎斌.焊接工装:ＣＮ２０１５１０１２８７７７.０[Ｐ].２０１７￣０３￣２２.[６]中国船舶工业综合技术经济研究院.中国造船质量标准[Ｓ].北京:中国标准出版社ꎬ２０１６. [７]中国船舶工业集团公司.船舶设计实用手册:轮机分册[Ｍ].３版.北京:国防工业出版社ꎬ２０１３. [８]中国船级社.钢质海船入级规范[Ｓ].北京:人民交通出版社ꎬ２０１５.[９]米彪ꎬ陶文勇ꎬ樊德ꎬ等.一种镗排定位工装:ＣＮ２０１５２０７８４３５０.１[Ｐ].２０１６￣０２￣１７.ＳｈａｆｔＳｅｇｍｅｎｔＢｏｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒａＬａｒｇｅＳｈｉｐＷＵＺｈｅｎｇ￣ｈｕｉꎬＺＨＡＮＧＹｕａｎ(ＳｈａｎｇｈａｉＷａｉｇａｏｑｉａｏＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００１３７ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｈｏｒｔｅｎｔｈｅｄｏｃｋｐｅｒｉｏｄａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙꎬｔｈｅｓｈａｆｔｓｅｇｍｅｎｔｂｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓａｄｏｐｔｅｄ.Ｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎꎬｔｈｅｂｏｒｉｎｇｉｎｔｈｅｄｏｃｋｗａｓｍｏｖｅｄｆｏｒｗａｒｄｔｏｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍ.Ｔｈｅｓｔｅｒｎｔｕｂｅｓｅｃ￣ｔｉｏｎｓｗａｓｂｏｒｅｄｉｎｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｓｔａｔｅꎬｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｄｉｓ￣ｔｕｒｂａｎｃｅｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｓｅｌｆ￣ｗｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｂｏｒｉｎｇｒｏｗｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｂｏｒｉｎｇ.Ｉｎｃａｒｒｙｉｎｇａｎｄｗｅｌｄｉｎｇｏｆｒｅｌｅｖａｎｔｓｅｃｔｉｏｎｓꎬａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｓｈａｆｔｉｎｇｗａｓｅｎｓｕｒｅｄｂｙｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｈｕｌｌａｎｄｗｅｌｄｉｎｇｓｈｒｉｎｋａｇｅꎬｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｓｈｉｐａｎｄｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｌａｒｇｅｓｈｉｐꎻｓｈａｆｔｓｅｇｍｅｎｔｂｏｒｉｎｇꎻｓｈｏｒｔｅｎｔｈｅｄｏｃｋｐｅｒｉｏｄ(上接第１６２页)ＲｅｓｐｏｎｓｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＭｏｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒＣｏｍｂｉｎｅｄＡｃｔｉｏｎｏｆＷｉｎｄꎬＷａｖｅａｎｄＣｕｒｒｅｎｔｆｏｒＯｉｌａｎｄＧａｓＲｅｓｏｕｒｃｅｓＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＳｕｐｐｏｒｔＰｌａｔｆｏｒｍＹＵＡＮＨｏｎｇ￣ｔａｏ１ꎬ２ꎬＣＨＥＮＧＺｈｅｎｇ￣ｈａｏ３ꎬＣＨＥＮＧａｎｇ２ꎬＫＯＮＧＬｉｎｇ￣ｈａｉ３(１ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＨａｒｂｉｎ１５０００１ꎬＣｈｉｎａ)２ＳｈａｎｇｈａｉＷａｉｇａｏｑｉａｏＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００１３７ꎬＣｈｉｎａꎻ３ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＺｈｅｎｊｉａｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１２００３ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｍｏｓｔｄａｎｇｅｒｏｕｓｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗａｓｐｒｅｄｉｃｔｅｄｏｆｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｐｌａｔｆｏｒｍｆｏｒｏｉｌａｎｄｇａｓｒｅｓｏｕｒｃｅｓｄｅｖｅｌｏｐ￣ｍｅｎｔ.Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｗｉｎｄꎬｗａｖｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｕｐｏｎｔｈｅｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｔｅｎｓｉｏｎｒｅ￣ｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｍｏｏｒｉｎｇｌｉｎｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ.ＴｈｅｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅＡＱＷＡｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｔｈｅｔｉｍｅ￣ｈｉｓｔｏｒｙｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｔｅｎｓｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｍｏｏｒｉｎｇｌｉｎｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｏｉｌａｎｄｇａｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｕｐｐｏｒｔｐｌａｔｆｏｒｍꎻＡＱＷＡꎻｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅꎻｔｅｎｓｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅꎻｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔｍｏｏｒｉｎｇ６６１。