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        浮箱下水方案與安裝工藝研究

        2013-10-30 08:12:30饒昌波樊洪良
        船舶與海洋工程 2013年4期
        關(guān)鍵詞:船臺浮箱船體

        饒昌波,姚 靜,樊洪良

        (滬東中華造船(集團(tuán))有限公司,上海 200129)

        0 引 言

        在下水過程中,船舶的艏跌落是相當(dāng)危險(xiǎn)的,應(yīng)該避免發(fā)生此類現(xiàn)象。可采取的措施通常有:1) 增加滑道入水部分的長度;2) 等待潮水更高時(shí)下水[1];3) 降低船體基線距船臺的尺寸。

        某船是系列船中的最后一艘艦船,由我公司負(fù)責(zé)技術(shù)支撐,而外方船廠負(fù)責(zé)建造。通過對外方船廠的現(xiàn)場勘驗(yàn),分析當(dāng)?shù)氐乃馁Y料以及對比該系列其他船舶的下水情況發(fā)現(xiàn),如果保證該船以與其他同型船相近狀態(tài)下水,當(dāng)?shù)爻蔽粺o法滿足。

        為保證船舶的正常下水,需要采取的措施包括:增加船臺滑道入水部分的長度或降低下水時(shí)船舶自重。外方船廠僅認(rèn)可降低下水時(shí)船舶自重來保證下水安全,這會導(dǎo)致船舶下水時(shí)完整性較差,影響生產(chǎn)進(jìn)度。因此通過借鑒國內(nèi)外浮箱下水的經(jīng)驗(yàn),選擇了浮箱下水方案,創(chuàng)新設(shè)計(jì)了浮箱的結(jié)構(gòu)與安裝工藝。

        1 浮箱下水方案預(yù)研

        根據(jù)總體下水性能計(jì)算所確定的艦船完工狀態(tài)以及當(dāng)?shù)?.0m潮位的環(huán)境條件,如果外方船廠生產(chǎn)進(jìn)度能滿足建造大綱及下水計(jì)算所要求的安裝狀態(tài),那么浮箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造安裝是關(guān)鍵,因?yàn)榫嘞滤?jié)點(diǎn)的時(shí)間已不多了。在方案研究過程中,對浮箱下水工藝也進(jìn)行了探索,研究了國內(nèi)某汽車運(yùn)輸船的“艏艉尖瘦型船舶帶浮筒下水新工藝研究”[2]資料。浮箱的形狀可以是圓柱、長方體或者棱柱長方體的結(jié)合體。選擇何種形狀的浮箱,應(yīng)結(jié)合加工工藝、安裝工藝以及能否有效地增加浮力來考慮??紤]到下水過程中吃水限制以及進(jìn)塢拆卸等因素,此次方案需要在艦船首部1.9m水線以下設(shè)置約58m3的浮箱,以滿足增加提供51t的浮力。

        2 浮箱布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        為便于快速裝、拆,使之能承受水壓力的作用而不產(chǎn)生大的變形,根據(jù)船體線型和下水加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的布置位置,將浮箱分三個(gè)箱體布置。其中1號浮箱設(shè)于#14~#26肋位,長6m,半寬2.15m;2號浮箱設(shè)于#27~#35肋位,長4m,半寬3.5m;3號浮箱設(shè)于#35~#39+250肋位,長2.25m,半寬2.4m。經(jīng)計(jì)算浮箱結(jié)構(gòu)排水量為51t(扣除結(jié)構(gòu)自重)。浮箱與船體外板焊接,完工后須進(jìn)行充氣試驗(yàn)[3],保證箱體密性。浮箱線型見圖1。

        3 下水結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算

        根據(jù)對外方船廠船臺設(shè)施的調(diào)研結(jié)果,修改了下水方案,對下水結(jié)構(gòu)總強(qiáng)度和局部強(qiáng)度進(jìn)行了校核。

        3.1 全船下水重量構(gòu)成

        全船下水重量構(gòu)成(方案設(shè)計(jì))見表1。

        表1 下水重量構(gòu)成表(方案設(shè)計(jì))

        圖1 艏部線型與浮箱線型

        3.2 最小仰傾狀態(tài)(中拱狀態(tài))

        3.3 艉浮狀態(tài)(中垂?fàn)顟B(tài))

        3.4 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算[4]

        本計(jì)算利用有限元軟件ANSYS建立模型,進(jìn)行下水過程的強(qiáng)度校核。在計(jì)算過程中,船體結(jié)構(gòu)采用Beam188梁單元進(jìn)行模擬,下水支撐結(jié)構(gòu)(墩木、鋼梁等)采用combin14進(jìn)行模擬,船體和設(shè)備等的重量及不同狀態(tài)(中拱和中垂)的浮力作為外載荷均布加載在梁單元。下水結(jié)構(gòu)總強(qiáng)度和局部強(qiáng)度校核按照安裝浮箱下水的方式進(jìn)行校核。通過計(jì)算可知,艦船在下水過程中的中拱和中垂總縱強(qiáng)度是有保證的,局部強(qiáng)度也能滿足要求。

        4 浮箱布置優(yōu)化設(shè)計(jì)和安裝工藝

        4.1 浮箱布置優(yōu)化設(shè)計(jì)

        下水結(jié)構(gòu)總強(qiáng)度和局部強(qiáng)度計(jì)算完成后,進(jìn)行下水布置優(yōu)化設(shè)計(jì)、下水浮箱的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和安裝工藝的制定。在浮箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中,主要考慮以下幾方面的問題:

        1) 浮箱現(xiàn)場安裝及拆除的便利性;

        2) 浮箱結(jié)構(gòu)安裝對于船體涂裝的影響程度最?。?/p>

        3) 浮箱結(jié)構(gòu)在下水過程中變形小、水阻力小、重量輕;

        4) 浮箱結(jié)構(gòu)便于制作、安裝、檢驗(yàn)與檢測。

        為了滿足以上要求,將1號浮箱長度向船首加長了0.5m;3號浮箱長度向船尾延伸了1.4m;1號、2號浮箱內(nèi)殼板安裝松木板。這樣既使之重量輕,又與船體外板焊接量少。浮箱加長后,凈排水量基本不變。為了減少下水過程中的水阻力,將3號浮箱后端(迎水面)設(shè)計(jì)成近似錐形。為了減小下水過程中浮力作用使浮箱產(chǎn)生的變形,采取頂板與船體間布置支撐槽鋼的優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了便于制作、安裝,將浮箱上平面設(shè)計(jì)成水平面,在浮箱底板上設(shè)置工藝孔。表2為最終設(shè)計(jì)的浮箱要素。

        表2 浮箱要素表

        同時(shí)為了便于實(shí)時(shí)觀測記錄下水時(shí)浮箱的吃水,設(shè)計(jì)中在1號、2號浮箱前壁布置吃水標(biāo)記。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的3對浮箱的排水量為62.762t(排水體積為61.57m3),結(jié)構(gòu)重量為11.5t,浮箱結(jié)構(gòu)及布置安裝圖見圖2~4。

        圖2 1號浮箱橫剖面及節(jié)點(diǎn)

        圖3 2號浮箱橫剖面及節(jié)點(diǎn)

        圖4 浮箱側(cè)視及頂板、底板

        4.2 浮箱安裝工藝

        1號、2號浮箱以外側(cè)板為基面?zhèn)仍?,完成結(jié)構(gòu)密性后安裝并固定松木板,然后上船臺安裝。3號浮箱以底板為基面正造,然后吊上船臺與船體焊接,并進(jìn)行密性試驗(yàn)。

        5 結(jié) 語

        綜上對下水方案研究、浮箱結(jié)構(gòu)總強(qiáng)度計(jì)算與分析可以得出以下結(jié)論和建議:

        1) 為了使浮箱安裝快捷、易拆除,對外板涂裝工作影響少,建議浮箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足W/Δ≤0.2。當(dāng)W/Δ>0.2時(shí),應(yīng)修改浮箱結(jié)構(gòu)形式,即采取與船體外板直接焊接形式,從而確保W/Δ≤0.2。

        2) 浮箱的體積盡量小,浮箱上表面不應(yīng)超出加浮箱后的吃水高度,下表面不應(yīng)低于龍骨線。

        此次浮箱方案的準(zhǔn)備工作給船舶下水提供了一個(gè)新的思路。在下水條件苛刻的情況下,為保證船舶安全下水,同時(shí)又保證生產(chǎn)進(jìn)度,浮箱下水方案是可行的。

        [1] 盛振邦,劉應(yīng)中. 船舶原理(上冊)[M]. 上海:上海交通大學(xué)出版社,2003.

        [2] 程遠(yuǎn)勝,吳祥虎,曾廣武,等. 艏艉尖瘦型船舶帶浮筒下水新工藝研究[J]. 中國造船,2008, 49 (2): 121-125.

        [3] CB/T 257-2001,鋼質(zhì)海船船體密性試驗(yàn)方法[S].

        [4] 邱華海. 抬船浮箱載船下水總縱強(qiáng)度計(jì)算分析[J]. 上海造船,2011, (2): 22-28.

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