陸　軍

(上海外高橋造船海洋工程設(shè)計(jì)有限公司， 上海 200137)

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PSV艏側(cè)推安裝工藝研究與應(yīng)用

陸軍

(上海外高橋造船海洋工程設(shè)計(jì)有限公司， 上海 200137)

以某公司首制4 000 DWT平臺(tái)供應(yīng)船(Platform Supply Vessel，下文簡(jiǎn)稱(chēng)PSV)上艏側(cè)推為對(duì)象，簡(jiǎn)要介紹了PSV艏側(cè)推的設(shè)計(jì)選型，并研究了其安裝工藝及應(yīng)用難點(diǎn)，為日后其他類(lèi)似的設(shè)計(jì)和安裝提供了借鑒和幫助。

PSV艏側(cè)推驅(qū)動(dòng)方式對(duì)接

0　前言

平臺(tái)供應(yīng)船(PSV)是專(zhuān)為石油平臺(tái)供給設(shè)計(jì)的，其最主要的功能是運(yùn)輸人員物資到海上石油平臺(tái)上。某公司建造的PX-121H系列船的首制船是上海開(kāi)埠以來(lái)建造的首艘PSV船。

艏側(cè)推裝置一般指裝在艏部水線(xiàn)以下橫向?qū)Ч苤械囊环N特殊的推進(jìn)裝置，其推力的方向和大小都可改變。當(dāng)船舶通過(guò)運(yùn)河、水閘、狹窄航道以及進(jìn)出擁擠的港口時(shí)，皆需低速航行，致使舵效降低，從而為船舶駕駛帶來(lái)了困難，而艏側(cè)推裝置的優(yōu)越性正好能解決上述問(wèn)題。特別是海上平臺(tái)供應(yīng)船要求能在風(fēng)浪中低速安全地接近目標(biāo)，船舶使用艏側(cè)推裝置的目的就是為了提高操作性，滿(mǎn)足低速航行和靠離碼頭。對(duì)我公司而言，PSV上艏側(cè)推的應(yīng)用無(wú)疑是一個(gè)全新的課題，更為麻煩的是PSV的艏側(cè)推筒體和螺旋槳是分開(kāi)的，這樣給安裝增加了難度。

1　設(shè)計(jì)選型

裝有側(cè)推器的船舶在靠離碼頭時(shí)，有時(shí)甚至不用拖船，這不僅可以節(jié)省時(shí)間，而且能減少費(fèi)用。側(cè)推器在工作時(shí)能隨指令迅速控制推力大小和方向，而且效率良好，該裝置不僅在運(yùn)行中的效率較高，對(duì)船體所造成的附加阻力也小。

側(cè)推裝置應(yīng)有足夠的浸沒(méi)深度，一般情況下螺旋槳軸線(xiàn)與水線(xiàn)的距離約為1.5倍槳葉直徑，最小不得小于槳葉直徑。過(guò)分靠近水線(xiàn)將使空氣進(jìn)入槳內(nèi)，造成效率下降。設(shè)于船艏的艏側(cè)推能夠獲得較大的轉(zhuǎn)船力矩。但太靠近船艏會(huì)在船艏附近產(chǎn)生環(huán)流效應(yīng)，反而降低側(cè)推效果[1]。

1.1側(cè)推力計(jì)算

設(shè)計(jì)選型首先要計(jì)算所需的側(cè)推力，而側(cè)推力的大小與船型、船舶主尺度和所需承受的最大風(fēng)速及海況等因素有關(guān)。

一般的方法是根據(jù)船的水線(xiàn)以上及以下的側(cè)面積(投影面積)來(lái)計(jì)算所需的推力。

式中：FT為所需側(cè)推力，kN； AU為船舶水線(xiàn)以上的側(cè)面積，m2；α為船舶水線(xiàn)以上的面積推力比，kN/m2； AD為船舶水線(xiàn)以下的側(cè)面積，m2；β為船舶水線(xiàn)以下的面積推力比，kN/m2。

表1為面積推力比經(jīng)驗(yàn)值。

表1　面積推力比經(jīng)驗(yàn)值[1]

本船船舶水線(xiàn)以上側(cè)面積為724 m2，本船船舶水線(xiàn)以下側(cè)面積為454 m2，如圖1所示。

圖1　船舶側(cè)面水線(xiàn)上下面積

本船艏側(cè)推FT=α·AU+β·AD=0×724+(100～200)×454=45 400～90 800 kN。

1.2艏側(cè)推總功率

側(cè)推裝置的總功率可按下式估算：

PT=FT/(0.147～0.165)=(45 400～90 800)/(0.147～0.165)=275～617 kW

本船所選艏側(cè)推槳直徑：2 000 mm；輸出功率：880 kW。

圖2、圖3為本船艏側(cè)推外形圖和筒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖2　艏側(cè)推外形

圖3　艏側(cè)推筒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.3驅(qū)動(dòng)方式

目前艏側(cè)推裝置的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種方式。

(1) 液壓驅(qū)動(dòng)。

以液壓馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)原動(dòng)機(jī)，可驅(qū)動(dòng)調(diào)距槳，但因液壓馬達(dá)可調(diào)速和反向，因此以驅(qū)動(dòng)定距槳為宜。與電動(dòng)機(jī)相比結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，維修工作量大，故實(shí)船使用數(shù)量相對(duì)較少。

(2) 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

① 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的定距槳側(cè)推裝置。

這種型式的機(jī)械部分結(jié)構(gòu)雖較為簡(jiǎn)單，但控制部分較為復(fù)雜。當(dāng)需改變推力或方向時(shí)，需較復(fù)雜的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。

② 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的調(diào)距槳側(cè)推裝置。

主要優(yōu)點(diǎn)是使用方便、操作簡(jiǎn)單。啟動(dòng)時(shí)螺旋槳在零螺距位置。當(dāng)需改變推力大小及方向時(shí)只需操縱槳葉角度。結(jié)構(gòu)雖較復(fù)雜，但現(xiàn)在已相當(dāng)成熟，使用極為廣泛。

本船所選艏側(cè)推采用電機(jī)啟動(dòng)的可調(diào)螺距型式，即CPP(Controllable Pitch Propeller)。

2　安裝方案

由于設(shè)備廠(chǎng)家疏忽，PSV艏側(cè)推的螺旋槳不能按計(jì)劃到廠(chǎng)，艏側(cè)推筒體和螺旋槳即是分開(kāi)的，這就給安裝造成了難度。為了不影響造船周期，不得不把筒體先和分段焊好，螺旋槳來(lái)貨晚，只能后面裝上去。那么本船艏側(cè)推主要安裝流程如圖4所示。

圖4　安裝流程圖

2.1艏側(cè)推外來(lái)件與筒體對(duì)接

首先在外來(lái)件筒體上畫(huà)好十字中心線(xiàn)，然后在左右舷筒體4個(gè)彎板上劃出中心線(xiàn)，使二者所畫(huà)線(xiàn)吻合。

外來(lái)件筒體加強(qiáng)筋與結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的加強(qiáng)筋貼合達(dá)標(biāo)，外來(lái)件筒體上端面法蘭要求水平。

艏側(cè)推外來(lái)件的筒體共設(shè)置了3個(gè)加強(qiáng)板，需與船體結(jié)構(gòu)設(shè)置的加強(qiáng)板進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，船體加強(qiáng)板的安裝順序及焊接順序必須按要求操作。

外來(lái)件與筒體焊接時(shí)需采用多道多層施焊方法，根據(jù)焊接順序進(jìn)行焊接，最大限度地減少焊接變形。艏側(cè)推外來(lái)件筒體與結(jié)構(gòu)對(duì)接焊接順序如圖5所示。

圖5　艏側(cè)推外來(lái)件筒體與結(jié)構(gòu)對(duì)接焊接順序

2.2艏側(cè)推組合件與分段合攏

511分段可拆構(gòu)件511-DK2A-D141在組合件安裝后安裝，511分段裝配順序如圖6所示。

圖6　511分段裝配順序

511-DK2A組立結(jié)束后安裝艏側(cè)推管隧，然后散貼外板，翻身。511-DK1A組立完成后翻身反扣到511-DK2A上。

2.3安裝連接板

連接板以筒體中心十字線(xiàn)的交點(diǎn)(2 000水線(xiàn)和FR 96肋位線(xiàn))為基點(diǎn)旋轉(zhuǎn)45°劃分為左右舷各4塊，加工前外側(cè)邊緣留有50 mm 余量，其余邊各留30 mm 余量，通過(guò)套料切割。圖7、圖8為連接板形狀及實(shí)船安裝圖。

圖7　連接板形狀

圖8　連接板實(shí)船安裝完工

2.4艏側(cè)推槳安裝

由于PSV艏側(cè)推的到貨時(shí)間晚，為了保證PSV的整體建造進(jìn)度，艏側(cè)推筒體先和分段焊好，等螺旋槳到貨后再安裝上去。

安裝所需工具：

(1) 吊耳數(shù)個(gè)，焊接在筒體內(nèi)法蘭兩側(cè)和筒體法蘭中心的上部結(jié)構(gòu)上；

(2) 4 t手拉葫蘆4 件；

(3) 軟吊帶3 件；

(4) 螺栓吊耳(螺紋規(guī)格M30)。

安裝時(shí)，先在槳轂和螺旋槳單元法蘭下面系上起吊帶并用吊或起吊工具將槳吊至隧道前。系起吊帶的時(shí)候，注意不要碰壞防繩罩和反饋軸，具體情況如圖9所示。

圖9　拉入隧道前就位

然后操作手拉葫蘆，把螺旋槳水平拉進(jìn)管隧，在拉入過(guò)程中注意要確保槳葉完整無(wú)缺，如圖10所示。

圖10　水平拉入

另外也可以通過(guò)安裝滾輪架將槳葉拉入管隧，如圖11所示。

圖11　安裝滾輪導(dǎo)架拉入方式

在螺旋槳水平拉入管隧后，在螺栓吊耳上系一個(gè)起吊扣，然后向上拉，直至螺旋槳單元成水平方向。在螺旋槳調(diào)整到合適位置以后，插入連接螺栓，通過(guò)測(cè)量槳梢和隧壁之間的間隙確定螺旋槳是否在中心位置。

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3　結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代化總裝造船廠(chǎng)之所以能夠快速生產(chǎn)很大程度上依靠前期的準(zhǔn)備工作，包括圖紙的準(zhǔn)確性和工藝的完善度，以及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)累積的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)艏側(cè)推安裝工藝的充分研究并形成交底文件下發(fā)給生產(chǎn)部門(mén)，使得生產(chǎn)部門(mén)能少走彎路。保證了建造周期的順利。

在整個(gè)實(shí)船應(yīng)用過(guò)程中不乏問(wèn)題產(chǎn)生，比如燒焊空間位置非常狹小，安裝燒焊難度較大，對(duì)施工人員身材有要求；筒體燒焊過(guò)程修改了控制表格，燒焊時(shí)經(jīng)過(guò)多次測(cè)量防止變形。在后續(xù)生產(chǎn)時(shí)建議：

(1) 連接板與筒體安裝的角度需嚴(yán)格控制，以免成型不美觀(guān)。

(2) 槳葉末梢與筒體之間增加保護(hù)措施，避免發(fā)生拉電弧現(xiàn)象。

(3) 施工人員嚴(yán)格培訓(xùn)，防止發(fā)生筒體燒焊時(shí)的永久變形而影響安裝。

此項(xiàng)研究可作為實(shí)船上安裝的指導(dǎo)性文件，亦可對(duì)后續(xù)新船有個(gè)借鑒作用，同時(shí)也可使相關(guān)設(shè)備廠(chǎng)能夠更好地服務(wù)于船廠(chǎng)，船廠(chǎng)和配套廠(chǎng)共同進(jìn)步，促進(jìn)我們船舶配套業(yè)的發(fā)展壯大，提高我國(guó)船舶行業(yè)的整體水平。

[1]中國(guó)船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)——輪機(jī)分冊(cè)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2002.

[2]馮小東.船用側(cè)推器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題[J].廣東造船,2002(4)：13-15.

[3]陳紹綱，朱國(guó)偉，李渤仲，等.輪機(jī)工程手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，1992.

[4]鄭偉康.從一起故障看船舶艏側(cè)推器的安全使用與管理[J].航海技術(shù),2005(2)：57-59.

Installation Technology Research and Application of Bow Side Thruster of PSV

LU Jun

(Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding & Offshore Engineering Design Co.，Ltd., Shanghai 200137, China)

Based on the bow side thruster of the first 4 000 DWT Platform Supply Vessel(PSV), the type selection of bow side thruster was proposed, and the installation technology and its application was researched. The conclusion provides a reference and help for other similar design and installation.

PSVBow side thrusterDrive modeButt joint

陸軍 (1983-)，女，工程師，從事船舶舾裝設(shè)計(jì)方面的工作。

U664

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