陸祥

(啟東中遠(yuǎn)海運(yùn)海洋工程有限公司，江蘇 啟東 226200)

國(guó)內(nèi)某大型船舶修理與改裝企業(yè)在1991年投產(chǎn)的15萬(wàn)t級(jí)大型浮船塢，共對(duì)稱布置有8只船塢浮艙，每個(gè)浮艙調(diào)載主要通過(guò)對(duì)應(yīng)1臺(tái)長(zhǎng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)的分離式水泵排水單元及相應(yīng)管系來(lái)完成。浮船塢使用初期即發(fā)生了浮船塢排水系統(tǒng)中的NO.7排水泵殼體在運(yùn)行過(guò)程中破裂。水泵安裝單位進(jìn)行了技術(shù)商討，認(rèn)為其他同類型的排水系統(tǒng)運(yùn)行正常，懷疑是安裝不當(dāng)造成，即重新確定技術(shù)方案、訂購(gòu)原廠同型號(hào)新排水泵，安排人員再次進(jìn)行安裝、調(diào)試并運(yùn)行。運(yùn)行近1年，此位置排水泵在運(yùn)行過(guò)程中再次發(fā)生殼體破裂。因當(dāng)時(shí)存在無(wú)法從根源上排除此技術(shù)工藝故障、重新選型布管又十分困難等原因，改由相鄰艙室的NO.8排水泵通過(guò)閥門(mén)控制來(lái)同時(shí)負(fù)責(zé)左右對(duì)稱的NO.7、NO.8艙2個(gè)浮艙的調(diào)載任務(wù)，相關(guān)原理見(jiàn)圖1。通過(guò)主排水管上控制閥的開(kāi)/關(guān)次序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)NO.7浮艙內(nèi)水的排放。這使得NO.8水泵同時(shí)承擔(dān)原NO.8及NO.7水泵的排水量，造成NO.7、NO.8浮艙排水時(shí)間比原設(shè)計(jì)延長(zhǎng)1倍，浮船塢排水系統(tǒng)長(zhǎng)期處于帶缺陷、超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 NO.7、NO.8浮艙泵、管系布置示意

隨著浮船塢使用年限的增長(zhǎng)，管理部門(mén)急切希望能恢復(fù)NO.7排水系統(tǒng)，恢復(fù)浮船塢調(diào)載能力，以提升浮船塢安全運(yùn)行能力和浮船塢排水抬船效率，在使用安全性與經(jīng)濟(jì)性方面得到改善。

2017年，公司對(duì)浮船塢進(jìn)行安全運(yùn)行狀況評(píng)估，如果NO.8排水泵發(fā)生故障將會(huì)造成2個(gè)浮艙無(wú)法調(diào)載。為了控制運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)、提高抬船作業(yè)效率，特成立專題攻關(guān)小組，以恢復(fù)NO.7排水泵的排水調(diào)載功能。

1 故障分析

1.1 原浮船塢排水單元安裝介紹

此浮船塢共有8只左右舷對(duì)稱布置的獨(dú)立浮艙，每只浮艙都配備1套由排水泵、電機(jī)及傳動(dòng)軸組成的排水單元、電液式閥門(mén)遙控系統(tǒng)控制的閥門(mén)[1]及管路系統(tǒng)，左右舷對(duì)稱的排水單元通過(guò)連通管系進(jìn)行聯(lián)接、既可單獨(dú)運(yùn)行亦可通過(guò)遙控閥門(mén)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行，當(dāng)1臺(tái)水泵無(wú)法工作時(shí)，相鄰浮艙的水泵可備用運(yùn)行[2]。排水單元系統(tǒng)由主排水泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、長(zhǎng)傳動(dòng)軸、控制閥，以及管系等組成的分離式長(zhǎng)傳動(dòng)軸水泵排水單元，見(jiàn)圖2。水泵進(jìn)口端通徑為ND800 mm，安裝于浮艙內(nèi)；動(dòng)力端電機(jī)安裝于浮船塢邊干艙機(jī)房?jī)?nèi)；傳動(dòng)軸系總長(zhǎng)10 680 mm，分4段分別穿過(guò)干艙機(jī)房、邊深艙、主浮艙。水泵與電機(jī)通過(guò)由4段組成的傳動(dòng)軸系進(jìn)行聯(lián)接并實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸。

圖2 浮船塢原排水單元安裝示意

1.2 造成NO.7排水泵殼體破裂故障原因

專題攻關(guān)小組對(duì)連續(xù)性發(fā)生泵殼破損因素進(jìn)行理論分析，認(rèn)為產(chǎn)生泵殼損壞的主要原因如下。

1)浮船塢頻繁進(jìn)出塢抬船，各艙排水不均衡使塢產(chǎn)生中拱中垂、扭曲變形。大型浮船塢的尺寸為58 m×280 m，在水面當(dāng)進(jìn)行調(diào)載時(shí)，塢體結(jié)構(gòu)在橫向及縱向產(chǎn)生彈性變形是必然現(xiàn)象。

2)排水抬塢過(guò)程中，由于塢底板承載塢內(nèi)所抬船舶重量，塢中部承受塢墩傳遞的向下壓力、水艙承受水的向上浮力，在此二力作用下，浮船塢在左右方向也會(huì)產(chǎn)生中垂，邊深艙相對(duì)于塢甲板產(chǎn)生撓曲，使得位于塢墻高位的機(jī)房相對(duì)于深艙產(chǎn)生內(nèi)傾，造成位于機(jī)房及邊艙的傳動(dòng)軸與安裝于深艙底部的水泵之間的垂直度產(chǎn)生偏差，當(dāng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)泵殼產(chǎn)生沖擊力。

3)浮船塢浮力穩(wěn)定時(shí)，不同區(qū)域受有載荷變化時(shí)，塢體結(jié)構(gòu)也會(huì)在外力作用下變形。塢吊吊運(yùn)重物時(shí)在塢墻上行走，其位置變動(dòng)對(duì)塢體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彈性變形。

4)NO.7浮艙位置區(qū)域處于船塢艏端部，較其他位置區(qū)域受變形影響大。

5)分離式水泵排水單元，由于水泵與電機(jī)間距離超長(zhǎng)(超過(guò)10 m)，安裝長(zhǎng)軸對(duì)變形控制的要求較高，不易滿足。浮船塢受多種多種變形疊加時(shí)，引起長(zhǎng)傳動(dòng)軸聯(lián)接內(nèi)應(yīng)力集中，運(yùn)行時(shí)應(yīng)力通過(guò)軸傳導(dǎo)到泵殼上并超出泵殼強(qiáng)度。

6)水泵運(yùn)行時(shí)，NO.7浮艙位置區(qū)域結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生共振，泵殼受到額外附加的轉(zhuǎn)動(dòng)部分撞擊和向心力而損壞。

7)軸系轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)扭振的影響。

8)進(jìn)出口連接管安裝時(shí)存在內(nèi)應(yīng)力集中，無(wú)法消除。

9)其他種類因素。

2 可行的恢復(fù)方案選擇

經(jīng)排查考慮，選擇的恢復(fù)方案集中在A、B二類。

方案A:繼續(xù)沿用原長(zhǎng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)的分離式水泵排水單元方案。通過(guò)故障分析可知，浮船塢受力多變，變形量測(cè)量不易[3]，造成原水泵損壞的因素復(fù)雜、應(yīng)力消除成本高、施工不易，原方案安裝已失敗二次，再次選擇風(fēng)險(xiǎn)很大，應(yīng)予避免。

方案B：技改選用一體臥式潛水泵排水單元方案。一體式潛水泵單元使泵與電機(jī)組合成一體，沒(méi)有長(zhǎng)傳動(dòng)軸，可以規(guī)避現(xiàn)實(shí)存在多種變形產(chǎn)生軸系應(yīng)力的不利因素，只要解決好安裝位置、動(dòng)能傳輸、流量匹配等問(wèn)題就能實(shí)施，優(yōu)選此方案。

綜合對(duì)比，決定選用方案B。電機(jī)與水泵直接連接的整體式水泵單元，安裝到浮船塢壓載艙的NO.7泵位，可有效避讓掉浮船塢變形、長(zhǎng)軸系共振等不利因素。綜上考慮，新泵結(jié)構(gòu)形式既要短軸整體式，又要滿足在現(xiàn)有管路可聯(lián)、直接工作于壓載水艙的實(shí)際環(huán)境，潛水泵結(jié)構(gòu)滿足上述條件。當(dāng)前市場(chǎng)上大型潛水型混流、軸流泵已發(fā)展成熟，尋找匹配的型號(hào)可以滿足使用要求。

3 選擇水泵單元的可行性調(diào)研

進(jìn)口通徑800 mm、排水量4 000 m3/h左右的大型水泵生產(chǎn)廠家的尋找[4]?；诳焖俑咝Ы鉀Q問(wèn)題因素，優(yōu)先在國(guó)內(nèi)廠家中進(jìn)行比對(duì)查找。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研、考察、對(duì)比，最終確定選型天津××泵業(yè)生產(chǎn)的潛水式混流泵，其優(yōu)點(diǎn)：外形尺寸小，沒(méi)有過(guò)渡傳動(dòng)軸，整體尺寸滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝對(duì)接進(jìn)排水管出口實(shí)際，可以直接改裝直角式進(jìn)出，符合長(zhǎng)期在水艙中使用的要求，額定使用電流不超出現(xiàn)有供電電纜載荷，到現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)潛水電纜傳輸電力能源，技術(shù)參數(shù)和安裝工藝條件均能方便實(shí)施。

技術(shù)參數(shù)復(fù)核對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。

4 安裝實(shí)施工藝要點(diǎn)

選擇確定好故障糾正方案后，專題小組借鑒半潛式鉆井平臺(tái)新型壓載系統(tǒng)部分思路[5]，對(duì)施工要素進(jìn)行了策劃，見(jiàn)圖3。在編制施工策劃時(shí)，參考水泵安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[6]、借鑒大型混流潛水電泵的安裝方案進(jìn)行方案編制。

圖3 新排水泵系統(tǒng)安裝示意

一體臥式潛水泵單元安裝注意要點(diǎn)。

1)原管道高度優(yōu)先原則。浮艙管道直徑800 mm，壁厚16 mm，靠法蘭連接，彈性接頭少，縱向橫向和高度調(diào)整余地都很小，改動(dòng)施工難度大，以原管道高度為安裝基準(zhǔn)來(lái)考慮潛水泵單元安裝底座較有利。安裝水泵的附加隔層底座應(yīng)在車間進(jìn)行預(yù)制、完成涂層保護(hù)后進(jìn)艙安裝。

2)進(jìn)口端接口在車間預(yù)制配套的法蘭短接管，保證短接管能與老管道及新水泵單元可靠剛性聯(lián)接，出口端接口法蘭短管在現(xiàn)場(chǎng)焊接配套，保證一次到位，并另加短接彈性管，保證出口端柔性連接，能承受少許變形和運(yùn)行振動(dòng)。注意管子內(nèi)應(yīng)力的消除工作，防止大的安裝應(yīng)力傳遞到泵殼。

3)進(jìn)入浮艙的新水泵單元在體積、重量上較原單元大，應(yīng)選擇在NO.7浮艙頂板靠近水泵單元安裝位置區(qū)域開(kāi)設(shè)工藝孔，以提高作業(yè)效率及降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

4)材料選擇。

(1)潛水電纜出艙處配套適應(yīng)變形和水密要求的新型電纜密封件。

(2)預(yù)制新泵支架基礎(chǔ)與老泵底座的中間連接隔層底座，現(xiàn)場(chǎng)定高度后，取出在車間預(yù)制；底座安裝孔與老底座現(xiàn)場(chǎng)配鉆。

(3)出口法蘭彈性短接，檢查清潔原遺留舊件，確認(rèn)可用。

(4)用鍍鋅管件和網(wǎng)板，新裝配套檢修巡查防護(hù)走道和欄桿。

(5)新設(shè)計(jì)制作所裝艙室頂板上新泵檢修所用吊裝孔蓋和水密。

(6)潛水電纜與相鄰結(jié)構(gòu)件用軟墊夾層固定保護(hù)，防止運(yùn)行振動(dòng)破損。

5)潛水電纜防燒焊燙傷和磨損破皮保護(hù)。

6)施工、調(diào)試安全要點(diǎn)。通風(fēng)、照明、防滑、吊運(yùn)校核、涂層防腐恢復(fù)；現(xiàn)場(chǎng)泵殼開(kāi)孔燒焊出口短管，根據(jù)焊接WPS實(shí)施焊接。

7)調(diào)試測(cè)量與記錄要點(diǎn)。三相電纜相間及對(duì)船體絕緣檢測(cè)與記錄，振動(dòng)測(cè)量與記錄，運(yùn)行溫度測(cè)量與記錄，電流變化測(cè)量與記錄、進(jìn)出口和焊接縫處查漏捉漏。

5 技改恢復(fù)后的運(yùn)行實(shí)效

在NO.7泵位安裝了臥式潛水整體式水泵單元以后，此浮船塢的排水系統(tǒng)運(yùn)行良好，NO.7/8浮艙排水由前期的1臺(tái)恢復(fù)到2臺(tái)排水水泵，排水時(shí)間縮短了45%，2年來(lái)運(yùn)行平穩(wěn)，沒(méi)有發(fā)生過(guò)故障報(bào)警，替換取得成功。

6 結(jié)論

浮船塢要保證安全運(yùn)行，各艙的調(diào)載系統(tǒng)必須具有備用運(yùn)行方案，且發(fā)生故障時(shí)須盡早恢復(fù)。在早期浮船塢、海洋平臺(tái)等水艙調(diào)載系統(tǒng)建設(shè)中，受當(dāng)時(shí)生產(chǎn)技術(shù)限制，普遍采用電機(jī)通過(guò)長(zhǎng)傳動(dòng)軸把動(dòng)能傳遞到安裝于水艙內(nèi)的水泵進(jìn)行調(diào)載?，F(xiàn)今的潛水整體式電機(jī)水泵單元制造技術(shù)已非常成熟，本文調(diào)載系統(tǒng)技改案例的成功實(shí)施，驗(yàn)證了浮船塢調(diào)載系統(tǒng)故障選用潛水型電機(jī)水泵一體化單元進(jìn)行替代的有效性，無(wú)論是在安裝便利性、費(fèi)用成本控制方面，還是在維護(hù)保養(yǎng)、運(yùn)行中應(yīng)對(duì)各類外部環(huán)境變化等方面，優(yōu)勢(shì)明顯。