導(dǎo)流罩對船尾分段安裝工藝影響研究

羅文清

(中遠海運重工有限公司,上海 200120)

0 引言

導(dǎo)流罩作為船舶常用的一種水動力節(jié)能裝置,增設(shè)需求日益增多[1]。眾多學(xué)者對導(dǎo)流罩的定位、吊裝等進行深入研究。王友樂等[2]采用“整體改造法”對科考船導(dǎo)流罩進行改造,有效地控制了施工工期,并利用多種防變形措施,較好地控制了導(dǎo)流罩整體變形。熊源泉[3]以“麗媛”輪加裝導(dǎo)流罩為例,介紹其塢內(nèi)吊裝工藝流程。袁東亞等[4]利用先進的測量技術(shù)和工藝將導(dǎo)流罩的安裝工作前移至分段上,極大降低了船塢內(nèi)安裝定位的施工難度,顯著縮短了塢期。但是,對導(dǎo)流罩安裝過程中艉軸管失圓控制的研究較少。導(dǎo)流罩與艉軸管分段連接,施工過程中焊接變形會對艉軸管失圓產(chǎn)生影響。艉軸管鏜孔余量有限,軸系安裝精度要求高,如果艉軸管失圓較大,則無法滿足軸系安裝條件。目前,船廠主要依靠精度控制手段保證艉軸管失圓精度。該工藝對工人作業(yè)能力要求較高,熟練工也很難保證成功率,經(jīng)常需要返工,且影響后續(xù)軸系安裝。

本文對導(dǎo)流罩在鏜孔前和鏜孔后安裝這2種工藝流程分別進行了分析,并對比這2種工藝對艉軸管和工期影響,找出導(dǎo)流罩安裝的合理工藝方案。

1 無導(dǎo)流罩艉部船體結(jié)構(gòu)安裝工藝

1.1 船尾分段劃分

以某散貨船為例,艉部船體結(jié)構(gòu)劃分為艉框架分段(含艉柱及艉軸管,下文簡稱“APU分段”)和艉尖艙分段(艉軸管冷卻水艙部分,下文簡稱“AP1分段”)兩個分段。

1.2 船尾分段作業(yè)流程

為縮短造船周期,降低現(xiàn)場鏜孔帶來的質(zhì)量風(fēng)險,采用以下流程作業(yè):

(1)在配套廠家將艉軸管與船尾鑄件(船體艉柱)焊接形成APU分段后,進行鏜孔作業(yè)。

(2)將APU分段運輸?shù)酱瑥S后,與AP1分段進行預(yù)合龍。

(3)通過調(diào)整艉軸管與船體分段搭接處延板的焊接順序來控制艉軸管的失圓。

由于重力、內(nèi)應(yīng)力及其他分段搭載等因素影響,分段放置至軸系照光階段時,艉軸管失圓數(shù)據(jù)還會發(fā)生細微的變化,最終能控制在0.3 mm以內(nèi),滿足襯套壓入及艉軸搭載的條件。采用該流程作業(yè),從APU分段與AP1分段預(yù)合龍到完工報檢共需15個工作日。

2 增加導(dǎo)流罩后艉部船體結(jié)構(gòu)安裝工藝

2.1 導(dǎo)流罩簡介

導(dǎo)流罩通常安裝于螺旋槳正前方,是肥大型船舶常用的一種水動力節(jié)能裝置。該裝置通過匯聚四下分散水流形成軸向水流來提高局部水流流速、減小船體阻力,省油率可達4%～6%[5]。導(dǎo)流罩通常有圓形和半圓形2種結(jié)構(gòu)。半圓形導(dǎo)流罩省掉了下半部分的結(jié)構(gòu),節(jié)能效果比圓形導(dǎo)流罩好。目前散貨船大多采用半圓形導(dǎo)流罩形式,見圖1。

2.2 增加導(dǎo)流罩后船尾分段的常規(guī)作業(yè)流程

增加導(dǎo)流罩對船尾分段劃分無影響,但是,由于安裝導(dǎo)流罩會影響艉軸管精度,因此,需要通過特定的焊接順序和作業(yè)方向進行控制。同時,導(dǎo)流罩材質(zhì)為鑄件,焊接過程需要預(yù)熱及保溫,耗費大量作業(yè)工時。從APU分段與AP1分段預(yù)合龍到完工報檢的工期延長至25個工作日,整體作業(yè)周期相較無導(dǎo)流罩時增加10個工作日,即僅安裝導(dǎo)流罩一項工作就增加2/3的工期,嚴重影響建造效率。

2.3 傳統(tǒng)工藝中導(dǎo)流罩安裝對艉軸管精度的影響

由于半圓形導(dǎo)流罩位于艉軸管上方,在安裝過程中裝配、焊接等作業(yè)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力方向均為上下,對艉軸管失圓的影響也總是上下方向。為嚴格控制艉軸管的精度,按照圖2順序焊接導(dǎo)流罩。

①～⑤—導(dǎo)流罩焊接順序。

經(jīng)統(tǒng)計,含導(dǎo)流罩散貨船使用傳統(tǒng)工藝安裝時艉軸管失圓情況見表1。從表中發(fā)現(xiàn),導(dǎo)流罩安裝對艉軸管失圓的影響主要集中在艉部,且失圓方向均為上下方向,失圓值接近最大限值0.3 mm,給后續(xù)軸系作業(yè)帶來較大難度和風(fēng)險。

表1 傳統(tǒng)工藝艉軸管失圓情況統(tǒng)計表

3 導(dǎo)流罩和艉框架一體后鏜孔安裝工藝

APU分段重320 kN,導(dǎo)流罩結(jié)構(gòu)重90 kN,吊機吊運能力為3 000 kN,可以承受APU分段和導(dǎo)流罩一體后的總重量。因此,將常規(guī)作業(yè)流程中導(dǎo)流罩的安裝提前,導(dǎo)流罩安裝完成后再進行艉軸管鏜孔,則傳統(tǒng)工藝中導(dǎo)流罩安裝對艉軸管失圓的影響就能夠避免,且對工期延長的影響也得以消除。

3.1 導(dǎo)流罩和艉框架分段一體安裝工藝

因艉軸管凸出于APU分段,故需制作固定胎架放置分段,以方便導(dǎo)流罩安裝,見圖3。將水平計測的計測數(shù)據(jù)填入計測表,同時數(shù)據(jù)要標注在胎架上平面的指定位置,確保胎架水平放置。

圖3 導(dǎo)流罩安裝狀態(tài)示意圖

將制作完成的APU分段豎起以肋位面為基準面放置到胎架上,以艉軸管中心線掛錘到地坑,十字線地樣施工,計測艉軸管前端和后端中心,確定APU分段的水平位置。水平計測完成后將分段與胎架固定,共進行前后及左右對稱的12個固定點焊接,每處焊接長度不小于200 mm,焊接至少3道。焊接完成后需要再次確認中心線的偏差量。APU分段固定完成后安裝導(dǎo)流罩,各部件安裝完成后用槽鋼進行加強。

導(dǎo)流罩焊接順序要求同圖2。焊接時遵守焊接工藝規(guī)程要求的焊接參數(shù),鑄鋼件部位要按照鑄鋼件焊接施工要領(lǐng)進行,主要是預(yù)熱和緩冷,控制層間溫度。焊前預(yù)熱溫度應(yīng)達到100～150 ℃[6]。有不同厚度的鑄鋼件時,要先焊接薄的,緩冷后再焊接厚的。焊接過程中進行多層多道焊,以減少熱輸入,防止焊接變形[7]。導(dǎo)流罩焊接應(yīng)安排兩人左右舷對稱焊接,焊接過程中要計測艉軸中心線的變化情況。鑄鋼件部分焊接完成冷卻24 h后進行探傷檢測。

3.2 后鏜孔工藝

導(dǎo)流罩安裝完成后,將APU分段再次放置到外板基準面狀態(tài),拉線確保艉軸中心水平,然后將分段與胎架焊接固定。由于設(shè)備高度限制,導(dǎo)流罩部分放入地坑降低整體高度。在此狀態(tài)下進行鏜孔作業(yè)。先半精鏜,單邊留量2 mm。完成后需對鏜孔機械再進行一次校中,確認主軸軸線與APU中心線重合,最后精鏜至完工狀態(tài),各檔孔徑的最后尺寸應(yīng)一次鏜出,不允許接刀[8];要求內(nèi)孔與APU的中心線同心度偏差不大于0.03 mm。注意控制內(nèi)孔表面粗糙度在要求范圍內(nèi)[9]。鏜孔作業(yè)示意見圖4。

圖4 水平狀態(tài)下鏜孔作業(yè)示意圖

3.3 艉框架分段與船尾分段預(yù)合龍

以肋位面為基準面進行APU分段與AP1分段的預(yù)合龍作業(yè)見圖5。先將AP1分段以前表面水平狀態(tài)放置在胎架上,上端中心及龍骨中心掛線錘到地面,畫出中心線。將APU分段吊裝到AP1分段上,從艉軸管艉端中心掛線錘到地面,確認艉軸管艉端與艏端中心的偏差并進行調(diào)整使之重合。從APU上部艉框架與舵撐的接縫處中心線掛線錘到地面,確認與地面中心線的偏差并調(diào)整使之重合。定位完成后進行裝配及焊接,注意左右舷要對稱進行。作業(yè)過程中每天2次以上用線錘確認各處偏差的變化情況,必要時調(diào)整裝配及焊接的順序。

圖5 AP1分段與APU分段預(yù)合龍

3.4 艉軸管延板焊接

艉軸管與AP1分段結(jié)構(gòu)連接處延板的裝配和電焊作業(yè)應(yīng)在其他焊縫全部焊接完成后進行。該散貨船此處有2塊環(huán)形延板搭接。將環(huán)形延板位置八等分,見圖6,計測艉軸管變形數(shù)據(jù),原則上要求在變形為負的方向上進行起始焊接(編號1的位置)。焊接過程中,應(yīng)安排2人按照指定的順序和方向?qū)ΨQ進行焊接,每個位置先進行打底焊,全部完成后再按照順序進行蓋面焊接。每面焊接完成后要計測艉軸管的失圓數(shù)據(jù),根據(jù)計測的數(shù)據(jù)重新確定下一批次的起始焊接順序。

1～4—焊接順序。

3.5 采用新工藝后艉軸管精度控制情況

采用導(dǎo)流罩和艉框架一體后鏜孔的分段安裝工藝后,艉軸管失圓情況統(tǒng)計見表2。因為先安裝導(dǎo)流罩后鏜孔消除了導(dǎo)流罩安裝對艉軸管失圓的影響,相比傳統(tǒng)工藝,失圓情況明顯改善,船尾船體結(jié)構(gòu)安裝完成后艉軸管失圓基本能控制在較為理想的情況下,消除了對后續(xù)軸系安裝的影響。

表2 后鏜孔工藝艉軸管失圓情況統(tǒng)計表

4 結(jié)論

(1)先鏜孔后安裝導(dǎo)流罩工藝對艉軸管失圓影響較大,施工精度控制要求高,且增加較多工期。

(2)先安裝導(dǎo)流罩后鏜孔工藝消除了導(dǎo)流罩安裝對艉軸管失圓的影響,有效提升了作業(yè)效率,且便于后續(xù)軸系安裝。

(3)先安裝導(dǎo)流罩后鏜孔工藝中導(dǎo)流罩安裝基本在配套廠家完成,減少了對船廠工期的影響。

(4)先安裝導(dǎo)流罩后鏜孔工藝相較先鏜孔后安裝導(dǎo)流罩工藝單船節(jié)約成本約30萬元,并降低現(xiàn)場工人控制艉軸管失圓的難度。