楊淅銘 莊雪生

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

關鍵詞：吊艙推進器;法蘭;底座單元;精度控制;機加工

中圖分類號：U671.93 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：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目，包括兩艘姊妹船（“華興龍”號和“華盛龍”號），于2018年交付使用。本項目的設計遇到不少技術(shù)難題，其中最典型的是尾部吊艙推進器底座制作工藝。

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

本船吊艙推進設備的底座及法蘭由船廠制作安裝，其加工精度要求極高，對底座結(jié)構(gòu)加工、制作和安裝過程中的精度控制提出了重大挑戰(zhàn)。本文闡述如何通過創(chuàng)新工藝流程，將機加工工序分解為兩個步驟，并將工序前移至小組和中組階段，使機加工作業(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166.6 m、型寬39.8 m、型深10.9 m、設計吃水7.9 m、單邊抬浮力12 000 t、姊妹船成對作業(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)推進器;尾部配置兩套吊艙式全回轉(zhuǎn)推進器;在任何吃水下均具備DP-2級動力定位能力。

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

3? ?吊艙底座單元制作工藝流程

3.1? 零件下料

推進器法蘭盤厚110 mm，采用DH36級別鋼材，其排板以120°劃分成3個零件，使用120 mm厚度鋼板下料（預留10 mm機加工余量）;下料零件的厚度和內(nèi)徑方向分別加放了相應的機加工余量，三條對接縫成120° 角在兩個螺栓孔居中位置分布;法蘭盤零件單側(cè)外邊緣進行火焰切割削斜，斜坡面也相應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)，做臨時工裝加固（見圖2），對接縫開雙面坡口進行熔透焊處理;法蘭盤焊接的全過程使用經(jīng)緯儀或全站儀檢測法蘭平面度，焊后的平面精度要求≤5 mm;臨時加強工裝保留到推進器底座單元整體機加工前拆除;法蘭盤拼接焊后72小時，對3條焊縫進行100% UT和MPI探傷，現(xiàn)場主管對焊接全過程進行跟蹤控制，對焊工和焊接數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計并記錄在案。

3.3? 法蘭盤初加工

將法蘭盤置于鏜床上進行初次機加工，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上胎架正造（見圖3和圖4）：（1）法蘭與船底板對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工裝加強;（3）裝配結(jié)構(gòu)的焊接作業(yè)全過程嚴格控制精度，實時監(jiān)測法蘭盤的平面度，一旦出現(xiàn)較大偏差需及時調(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的過多影響。

3.5? 法蘭盤二次精細機加工

如圖5所示：底座單元整體在車間進行第二次的精細機加工，將法蘭盤的尺寸和平面度加工至設備安裝的精度要求：將結(jié)構(gòu)單元吊運至機床上，以法蘭中心線定位，裝夾固定于回轉(zhuǎn)臺上;加工之前割除法蘭盤內(nèi)的臨時工裝;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96個。

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

3.6? 底座單元與分段大組

將報驗合格的推進器底座結(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驗精度，合格后依據(jù)焊接工藝施焊;焊前、焊后均需測量法蘭盤上下端面的數(shù)據(jù)，并對焊接全過程監(jiān)控，若過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常需及時停工，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，重點測量法蘭的平面度和下端面內(nèi)徑的尺寸偏差，將實測數(shù)據(jù)記錄在案。

3.7? ?船臺合攏

尾部分段上船臺合攏，吊裝過程中需控制分段變形對法蘭精度的影響;合攏焊接全過程對推進器法蘭的平面度進行監(jiān)控;焊接完成后再次測量法蘭的平面度，確保滿足推進設備的精度要求;逐一合攏尾部其余分段，嚴格控制施工工序，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，再次測量推進器法蘭盤的精度，如不滿足要求仍需在船臺對吊艙法蘭進行第三次機加工直至精度合格;再將艙內(nèi)保護罩和艙外盲板分別與吊艙法蘭的上下端面對接，進行氣密試驗，試驗壓力為0.2 bar。根據(jù)姊妹船實際施工狀況，4臺吊艙底座法蘭的精度均達到設備要求，無需在分段或船臺階段再次機加工。

3.8? 安裝吊艙推進器

吊艙推進器全程由ABB服務工程師指導安裝，時時監(jiān)控裝配精度如圖6、圖7所示：首先，吊裝推進器上模塊，采用吊艙鋼纜起吊并涂上潤滑脂;安裝內(nèi)外密性圈，對準導向孔上升至底座法蘭面接觸為止，使用設備專供的螺栓及螺紋膠上緊;吊裝推進器下模塊，其轉(zhuǎn)運和吊裝使用廠家專供的托盤，并在船底板上裝焊4個臨時吊耳起吊安裝，對準導向孔上升至上模塊安裝面接觸為止，上緊螺栓及螺紋膠，吊艙推進器安裝完畢。

4? ? 與傳統(tǒng)制作工藝的對比

本項目在吊艙推進器底座結(jié)構(gòu)單元制作以及推進器設備吊裝的全過程中，每個環(huán)節(jié)都需要對裝配、焊接和機加工等工序進行嚴格的精度把控，每一道工序施工前都要做好策劃、監(jiān)控施工過程、完工后數(shù)據(jù)測量并校核精度[5]。

吊艙推進器對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。本項目采用的新工藝原則上將復雜的高精度機加工前移至上道工序，基本上實現(xiàn)了法蘭盤處于小組和中組立階段時，分別在車間鏜床上進行粗、細兩次機加工，而且分段合攏后法蘭的平面度仍可滿足設備的精度要求。

傳統(tǒng)的制作工藝，法蘭盤單獨機加工后隨分段組裝，此時的法蘭平面度已幾乎超差，勢必在船臺合攏后要進行二次機加工。因為在結(jié)構(gòu)裝配和焊接過程中都會產(chǎn)生無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)，而此番船臺機加工的操作需要配備特殊的加工設備，相比于車床上的加工費用和工時都要超出很多，經(jīng)濟性遠低于本項目采用的新工藝。

新舊工藝都可實現(xiàn)設備要求的精度，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，但機加工的成本和工期均可節(jié)省。

5? ?總結(jié)

經(jīng)過設計和生產(chǎn)相關人員的努力，本項目的兩艘姊妹船共計4套吊艙推進器底座法蘭盤的精度均達到要求，并圓滿完成了推進器的吊裝工作。通過推進器的成功安裝和項目的順利交付，驗證了新工藝的可靠性和實用性。

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

參考文獻

[1]? 王亮，王磊. 吊艙推進器與船體間相互影響研究進展[J]. 海洋工程，?2009，27（3）.

[2]? 董濤，王志新. 吊艙推進器研究開發(fā)與應用新進展[J]. 船舶工程，? 2007，29（1）.

[3]? 李陽，楊小兵. 半潛式起重平臺推進器底座機加工工藝[J]. 船海工程，? 2017（A01）.

[4]? 王逸英，劉文斌，黃巍巍等. 全回轉(zhuǎn)推進器底座安裝工藝[J]. 科學技術(shù)創(chuàng)新，2012（7）.

[5]? CJ Yang， ZF Qian， MA Cheng. Influences of Pod on the Propeller?Performance[J]. Journal of shanghai Jiaotong University， 2003，37（8）.