12 000 t半潛式打撈船吊艙推進(jìn)器底座制作工藝

楊淅銘 莊雪生

摘? ? 要：吊艙式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器安裝工藝復(fù)雜，對(duì)船體結(jié)構(gòu)的精度要求極高。本文對(duì)推進(jìn)器底座單元的設(shè)計(jì)工藝進(jìn)行了大膽的創(chuàng)新，采用了與以往截然不同的施工工藝，其機(jī)加工分為兩道工序：第一步，法蘭單獨(dú)粗加工;第二步，法蘭盤與部分結(jié)構(gòu)組裝成底座單元后進(jìn)行精加工至設(shè)備精度要求。機(jī)加工工序前移是本工藝的基本原則，不僅可以節(jié)省施工時(shí)間和成本，同樣可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備對(duì)結(jié)構(gòu)的精度要求。

關(guān)鍵詞：吊艙推進(jìn)器;法蘭;底座單元;精度控制;機(jī)加工

中圖分類號(hào)：U671.93 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Manufacturing Technology of Pod Propeller Base of Semi-Submersible Type Salvage Ship

YANG Ximing， ZHUANG Xuesheng

（ China Merchants Heavy Industry （Shenzhen） Co.， Ltd. Shenzhen 518067 ）

Abstract： The installation process of the pod type fully rotating propeller is complicated and the accuracy of the hull structure is highly required. In this project， bold innovation is made in the design process of propeller base unit， and the construction process is completely different from the previous projects. The machining is divided into two processes： the first step， the flange is rough machining separately; the second step， the precision machining is carried out to meet the precision requirement of the equipment， after the flange plate and part of the structure are assembled into the base unit. The principle of this process is to move forward the complex machining process， it can not only save construction and time cost， but also realize the precision requirement of the equipment to the structure.

Key words： Pod propeller; Flange; Base unit; Accuracy control; Machining

1? ? 前言

12 000 t半潛式打撈船是我司于2015年底承接的重大海洋工程項(xiàng)目，包括兩艘姊妹船（“華興龍”號(hào)和“華盛龍”號(hào)），于2018年交付使用。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)遇到不少技術(shù)難題，其中最典型的是尾部吊艙推進(jìn)器底座制作工藝。

吊艙推進(jìn)器是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型船舶電力推進(jìn)裝置，具備全回轉(zhuǎn)功能，相當(dāng)于軸推進(jìn)與尾側(cè)推聯(lián)合作業(yè)的效果，相比于傳統(tǒng)柴油機(jī)帶動(dòng)螺旋槳推進(jìn)效率更高，故工程類船舶較多采用吊艙推進(jìn)形式。

本船吊艙推進(jìn)設(shè)備的底座及法蘭由船廠制作安裝，其加工精度要求極高，對(duì)底座結(jié)構(gòu)加工、制作和安裝過(guò)程中的精度控制提出了重大挑戰(zhàn)。本文闡述如何通過(guò)創(chuàng)新工藝流程，將機(jī)加工工序分解為兩個(gè)步驟，并將工序前移至小組和中組階段，使機(jī)加工作業(yè)全部放到車間內(nèi)完成，相比于傳統(tǒng)工藝更加節(jié)省工期和成本。

2? ?項(xiàng)目介紹

12 000 t半潛式打撈船，具備打撈功能及兼顧半潛功能，對(duì)于航速和船體穩(wěn)定性都有較高的要求。該船主要參數(shù)為：總長(zhǎng)166.6 m、型寬39.8 m、型深10.9 m、設(shè)計(jì)吃水7.9 m、單邊抬浮力12 000 t、姊妹船成對(duì)作業(yè)最大抬舉力24 000 t;半潛功能的載重量25 000 t ，可下潛深度21.4 m;最大航速14 kn;首部配置兩套隧道式側(cè)推裝置及一套伸縮式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器;尾部配置兩套吊艙式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器;在任何吃水下均具備DP-2級(jí)動(dòng)力定位能力。

本船配備的全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器由ABB公司生產(chǎn)制造，型號(hào)為 CO1400-R2300，功率4 500 kW、轉(zhuǎn)速205 r/min、單套設(shè)備重約63.89 t。廠家提供整套吊艙推進(jìn)器設(shè)備，船廠制作吊艙底座及推進(jìn)器連接主船體的法蘭盤。秉承技術(shù)上創(chuàng)新各環(huán)節(jié)工藝設(shè)計(jì)、綜合考慮施工條件和精度控制，盡可能將機(jī)加工工序前置，以節(jié)省加工費(fèi)用和工時(shí)為原則，結(jié)合輪機(jī)設(shè)備的安裝工藝，船廠技術(shù)部編制了吊艙底座制作工藝。以該工藝為基礎(chǔ)，優(yōu)化尾部推進(jìn)器結(jié)構(gòu)分段的裝配工藝，滿足單元制作要求以指導(dǎo)施工生產(chǎn)。

3? ?吊艙底座單元制作工藝流程

3.1? 零件下料

推進(jìn)器法蘭盤厚110 mm，采用DH36級(jí)別鋼材，其排板以120°劃分成3個(gè)零件，使用120 mm厚度鋼板下料（預(yù)留10 mm機(jī)加工余量）;下料零件的厚度和內(nèi)徑方向分別加放了相應(yīng)的機(jī)加工余量，三條對(duì)接縫成120° 角在兩個(gè)螺栓孔居中位置分布;法蘭盤零件單側(cè)外邊緣進(jìn)行火焰切割削斜，斜坡面也相應(yīng)加放一定的加工余量。法蘭盤下料、拼接見圖1。

3.2? 法蘭盤拼裝焊接

3個(gè)法蘭盤零件在胎架上拼接成外徑3 400 mm、內(nèi)徑2 570 mm的圓環(huán)，做臨時(shí)工裝加固（見圖2），對(duì)接縫開雙面坡口進(jìn)行熔透焊處理;法蘭盤焊接的全過(guò)程使用經(jīng)緯儀或全站儀檢測(cè)法蘭平面度，焊后的平面精度要求≤5 mm;臨時(shí)加強(qiáng)工裝保留到推進(jìn)器底座單元整體機(jī)加工前拆除;法蘭盤拼接焊后72小時(shí)，對(duì)3條焊縫進(jìn)行100% UT和MPI探傷，現(xiàn)場(chǎng)主管對(duì)焊接全過(guò)程進(jìn)行跟蹤控制，對(duì)焊工和焊接數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并記錄在案。

3.3? 法蘭盤初加工

將法蘭盤置于鏜床上進(jìn)行初次機(jī)加工，銑掉法蘭上下端面、外緣斜面和內(nèi)孔徑方向的余量。加工后的法蘭尺寸為：厚度110 mm、內(nèi)徑2 580 mm、上下端面的表面光滑度Ra12.5。

3.4? 推進(jìn)器結(jié)構(gòu)底座制作

底座結(jié)構(gòu)單元的制作是以法蘭盤和船底板為基準(zhǔn)上胎架正造（見圖3和圖4）：（1）法蘭與船底板對(duì)接裝配上胎架拼板焊接;（2）依次組裝筒體、喇叭口和發(fā)散狀隔板裝配成底座單元，鉚焊固定后在喇叭口上方安裝臨時(shí)工裝加強(qiáng);（3）裝配結(jié)構(gòu)的焊接作業(yè)全過(guò)程嚴(yán)格控制精度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)法蘭盤的平面度，一旦出現(xiàn)較大偏差需及時(shí)調(diào)整焊接工藝和采取加固工裝等辦法，以確保法蘭盤的平面度不受焊接熱效應(yīng)的過(guò)多影響。

3.5? 法蘭盤二次精細(xì)機(jī)加工

如圖5所示：底座單元整體在車間進(jìn)行第二次的精細(xì)機(jī)加工，將法蘭盤的尺寸和平面度加工至設(shè)備安裝的精度要求：將結(jié)構(gòu)單元吊運(yùn)至機(jī)床上，以法蘭中心線定位，裝夾固定于回轉(zhuǎn)臺(tái)上;加工之前割除法蘭盤內(nèi)的臨時(shí)工裝;銑削加工法蘭盤上下端面和側(cè)面凹槽，并鉆螺栓孔和插銷孔共計(jì)96個(gè)。

二次機(jī)加工精度要求：表面光滑度Ra6.3、上端面平面度0.75 mm、下端面（與推進(jìn)器設(shè)備法蘭連接）平面度0.4 mm。

3.6? 底座單元與分段大組

將報(bào)驗(yàn)合格的推進(jìn)器底座結(jié)構(gòu)單元回裝至尾部分段上，以法蘭盤中心為基準(zhǔn)定位安裝，再散裝剩余底板、內(nèi)底板和隔板等構(gòu)件;結(jié)構(gòu)底座與分段裝配后報(bào)驗(yàn)精度，合格后依據(jù)焊接工藝施焊;焊前、焊后均需測(cè)量法蘭盤上下端面的數(shù)據(jù)，并對(duì)焊接全過(guò)程監(jiān)控，若過(guò)程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常需及時(shí)停工，調(diào)整焊接順序和工藝;此外，在法蘭上下端面按每30°劃分成12等份，重點(diǎn)測(cè)量法蘭的平面度和下端面內(nèi)徑的尺寸偏差，將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)記錄在案。

3.7? ?船臺(tái)合攏

尾部分段上船臺(tái)合攏，吊裝過(guò)程中需控制分段變形對(duì)法蘭精度的影響;合攏焊接全過(guò)程對(duì)推進(jìn)器法蘭的平面度進(jìn)行監(jiān)控;焊接完成后再次測(cè)量法蘭的平面度，確保滿足推進(jìn)設(shè)備的精度要求;逐一合攏尾部其余分段，嚴(yán)格控制施工工序，以免造成吊艙底座變形影響法蘭盤精度;待所有尾部分段合攏完工后，再次測(cè)量推進(jìn)器法蘭盤的精度，如不滿足要求仍需在船臺(tái)對(duì)吊艙法蘭進(jìn)行第三次機(jī)加工直至精度合格;再將艙內(nèi)保護(hù)罩和艙外盲板分別與吊艙法蘭的上下端面對(duì)接，進(jìn)行氣密試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為0.2 bar。根據(jù)姊妹船實(shí)際施工狀況，4臺(tái)吊艙底座法蘭的精度均達(dá)到設(shè)備要求，無(wú)需在分段或船臺(tái)階段再次機(jī)加工。

3.8? 安裝吊艙推進(jìn)器

吊艙推進(jìn)器全程由ABB服務(wù)工程師指導(dǎo)安裝，時(shí)時(shí)監(jiān)控裝配精度如圖6、圖7所示：首先，吊裝推進(jìn)器上模塊，采用吊艙鋼纜起吊并涂上潤(rùn)滑脂;安裝內(nèi)外密性圈，對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向孔上升至底座法蘭面接觸為止，使用設(shè)備專供的螺栓及螺紋膠上緊;吊裝推進(jìn)器下模塊，其轉(zhuǎn)運(yùn)和吊裝使用廠家專供的托盤，并在船底板上裝焊4個(gè)臨時(shí)吊耳起吊安裝，對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向孔上升至上模塊安裝面接觸為止，上緊螺栓及螺紋膠，吊艙推進(jìn)器安裝完畢。

4? ? 與傳統(tǒng)制作工藝的對(duì)比

本項(xiàng)目在吊艙推進(jìn)器底座結(jié)構(gòu)單元制作以及推進(jìn)器設(shè)備吊裝的全過(guò)程中，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要對(duì)裝配、焊接和機(jī)加工等工序進(jìn)行嚴(yán)格的精度把控，每一道工序施工前都要做好策劃、監(jiān)控施工過(guò)程、完工后數(shù)據(jù)測(cè)量并校核精度[5]。

吊艙推進(jìn)器對(duì)于連接法蘭的平面度要求極高，需要采取特殊的制作和加工工藝。本項(xiàng)目采用的新工藝原則上將復(fù)雜的高精度機(jī)加工前移至上道工序，基本上實(shí)現(xiàn)了法蘭盤處于小組和中組立階段時(shí)，分別在車間鏜床上進(jìn)行粗、細(xì)兩次機(jī)加工，而且分段合攏后法蘭的平面度仍可滿足設(shè)備的精度要求。

傳統(tǒng)的制作工藝，法蘭盤單獨(dú)機(jī)加工后隨分段組裝，此時(shí)的法蘭平面度已幾乎超差，勢(shì)必在船臺(tái)合攏后要進(jìn)行二次機(jī)加工。因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)裝配和焊接過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生無(wú)法控制的尺寸變形和精度偏差，而這些施工誤差不可能控制在法蘭面精度要求的40絲范圍以內(nèi)，而此番船臺(tái)機(jī)加工的操作需要配備特殊的加工設(shè)備，相比于車床上的加工費(fèi)用和工時(shí)都要超出很多，經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)低于本項(xiàng)目采用的新工藝。

新舊工藝都可實(shí)現(xiàn)設(shè)備要求的精度，而相比于傳統(tǒng)工藝，雖然新工藝增加了一道中組立的工序，但機(jī)加工的成本和工期均可節(jié)省。

5? ?總結(jié)

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)相關(guān)人員的努力，本項(xiàng)目的兩艘姊妹船共計(jì)4套吊艙推進(jìn)器底座法蘭盤的精度均達(dá)到要求，并圓滿完成了推進(jìn)器的吊裝工作。通過(guò)推進(jìn)器的成功安裝和項(xiàng)目的順利交付，驗(yàn)證了新工藝的可靠性和實(shí)用性。

將復(fù)雜工序前移，已成為現(xiàn)代化造船新工藝的標(biāo)志。諸如吊艙推進(jìn)器等大型高精度要求的設(shè)備，對(duì)于結(jié)構(gòu)極高的精度控制要求是船體構(gòu)件裝配和焊接無(wú)法逾越的鴻溝，避免裝配、焊接作業(yè)對(duì)于設(shè)備底座的影響，是本項(xiàng)目創(chuàng)新工藝的基本原理;降低工時(shí)和施工成本，是一切工藝創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力，也是船舶和海洋工程制造行業(yè)不斷追求的目標(biāo)。

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