羅 濤,儲(chǔ)年生

(上海外高橋造船海洋工程有限公司,上海 201306)

0 引言

全回轉(zhuǎn)舵槳裝置集舵和螺旋槳功能一體,是一種先進(jìn)且特殊的推進(jìn)裝置。目前,工程船、海洋作業(yè)船較多采用電力推進(jìn)方式,具有節(jié)省空間、操控靈活、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)[1]。

船舶軸系、舵系的兩實(shí)際中心線與設(shè)計(jì)中心線的相符性,直接影響船舶航行速度及耗油率[2]。通過拉線方式可以確定設(shè)計(jì)要求的中心線,并檢驗(yàn)安裝后的實(shí)際中心與所確定的中心線是否一致。傳統(tǒng)的拉線工藝廣泛應(yīng)用在長軸系推進(jìn)裝置且軸舵中心線相交分別平行、垂直于船基線,空間角度單一、缺少變化。而電推全回轉(zhuǎn)舵槳對(duì)軸心線角度的設(shè)計(jì)要求極為敏感,定位超差不僅影響船舶性能也關(guān)聯(lián)設(shè)備使用壽命。因此迫切需要改進(jìn)拉線方法,并結(jié)合一些特殊的輔助、控制手段來保證舵槳安裝質(zhì)量和角度精確。

本文以某4 000 t電推平臺(tái)供應(yīng)船為例,研究舵槳雙角度定位的特點(diǎn)和條件,解決定位基準(zhǔn)點(diǎn)找正和拉線架布置等難題,并通過計(jì)算應(yīng)用、精度控制,形成先進(jìn)的工藝與技術(shù),具有實(shí)用價(jià)值。

1 安裝要求

1.1 舵槳布置

本船電推全回轉(zhuǎn)舵槳裝置由推進(jìn)電機(jī)、浮動(dòng)軸、齒輪箱和水下推進(jìn)器組成。2套舵槳左右舷對(duì)稱布置,安裝后滿足雙角度要求:向艉部傾斜5°(±0.2°公差)、向舷側(cè)橫傾5°(-0.2°～0°公差)。

1.2 安裝方式

舵槳整體從船體底部從下往上吊裝,沿舵槳基座圍井筒體內(nèi)腔貼合法蘭下端面,用螺栓連接。舵槳基座由法蘭座、圍井筒體、肘板組成。

1.3 安裝特點(diǎn)

(1)舵槳安裝角度取決于舵槳基座定位。保證基座位置準(zhǔn)確性和消除建造過程中焊接變形影響是舵槳安裝質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)。

(2)推進(jìn)電機(jī)位置與舵槳角度密切相關(guān),定位不準(zhǔn)確或出現(xiàn)角度偏離,就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)基座處甲板結(jié)構(gòu)加強(qiáng)錯(cuò)位,引起大量返工。

(3)舵槳布置緊湊。與長軸系推進(jìn)裝置相比,無需跨越兩個(gè)總段,設(shè)備及基座上船臺(tái)前完成安裝。

2 定位條件

2.1 舵槳基座制作特點(diǎn)

舵槳基座的肘板、底部分別與船體肋板、曲面船外板連接,此處船體線型比較復(fù)雜,需要進(jìn)行實(shí)船預(yù)配裝以避免存在焊縫間隙過大或制作誤差錯(cuò)位等風(fēng)險(xiǎn)。此外,配裝處焊縫盡量遠(yuǎn)離法蘭座,減少基座安裝時(shí)施焊變形的影響。

舵槳基座在內(nèi)場(chǎng)標(biāo)記法蘭面座和圍井筒體的十字中心線,是制作檢驗(yàn)線和安裝定位的依據(jù)。基座裝配外板焊接結(jié)束后進(jìn)行露天時(shí)效處理,分段安裝復(fù)位前在內(nèi)場(chǎng)鉆孔、加工法蘭座。法蘭座下端面和內(nèi)緣要加放10～15 mm余量,以便實(shí)船定位和焊接工作結(jié)束后進(jìn)行鏜孔、精加工操作。

2.2 舵槳軸雙角度理論中心線確定

假定該船水平放置,一根軸線經(jīng)過舵槳與推進(jìn)電機(jī)軸交點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱A點(diǎn))、舵槳與水下推進(jìn)器軸交點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱B點(diǎn))先垂直船體基線,以B點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)和空間依次向船艏傾斜5°、向舷舯橫傾5°,經(jīng)過旋轉(zhuǎn)后該軸線變成舵槳軸線。左舷假想軸線示意見圖1。

圖1 左舷假想軸線示意(單位:mm)

B點(diǎn)空間坐標(biāo)x、y、z分別為 Fr0-153 mm、距舯5 031 mm、距基2 335 mm。經(jīng)過計(jì)算,A點(diǎn)空間坐標(biāo)x、y、z分別為Fr.0+131 mm, 距舯4 748 mm, 距基5 577 mm。

2.3 船體建造工藝要求

舵槳基座定位次數(shù)取決于起吊、運(yùn)輸和場(chǎng)地等建造施工條件。該船舵槳裝置分別位于艉部左、右舷分段,并與舵槳艙內(nèi)其他設(shè)備分布在同一個(gè)艉部總段內(nèi)。

舵槳基座在艉部分段、總段置于水平位置狀態(tài)下進(jìn)行定位。分段反胎制作期間,舵槳基座初定位要求盡可能在該區(qū)域其他處焊接工作前完成;在搭載總組后,舵槳與推進(jìn)電機(jī)基座精校和施焊前,要求舵槳艙大型設(shè)備等安裝基本就位,艉部艙室密性試驗(yàn)結(jié)束。

在艉部總段吊運(yùn)船臺(tái)進(jìn)行大合龍前,完成舵槳基座法蘭座鏜孔、設(shè)備安裝。

3 安裝與定位方法

經(jīng)過分析研究,提出了使用全站儀測(cè)量,結(jié)合拉線、精控新工藝,以方便現(xiàn)場(chǎng)施工和保證安裝質(zhì)量。

拉線目的是用琴鋼絲代替理論軸線初步定位基座,同時(shí)也方便施工人員直觀測(cè)量、檢查舵槳安裝、焊接過程中雙角度形位偏差并及時(shí)糾偏,還可以用來確定推進(jìn)電機(jī)位置。

待拉線初步確定舵槳基座位置后,以分段中心線和甲板高度為基準(zhǔn),在舵槳基座法蘭上端面十字中心線與外緣Φ2 650 mm處分別設(shè)置四個(gè)定位標(biāo)桿讀取艏艉、舷內(nèi)外側(cè)方向高低差值約232 mm,以此檢查舵槳基座準(zhǔn)確位置。

3.1 難點(diǎn)分析

3.1.1 基座定位及基準(zhǔn)點(diǎn)選取

如圖1所示,A點(diǎn)位于推進(jìn)電機(jī)與舵槳軸線十字交叉處,向下沿舵槳軸線方向545 mm可以確定圍井法蘭中心和法蘭上端面理論位置。經(jīng)過A點(diǎn)的推進(jìn)電機(jī)軸線位于Fr0+131 mm且平行肋位線。電機(jī)基座由推進(jìn)電機(jī)軸線左右分中425 mm、高差470 mm和地腳螺栓孔間距來定位。

A點(diǎn)顯然是參考線上關(guān)鍵控制點(diǎn),但由于空間位置特殊,找點(diǎn)和施工定位不太容易。

3.1.2 船體基準(zhǔn)與舵槳基座空間位置關(guān)聯(lián)

需要選擇和確認(rèn)的拉線基準(zhǔn)點(diǎn),必須通過船體空間前后、左右和上下三向基準(zhǔn)線獲取。在保證該基準(zhǔn)點(diǎn)位置正確情況下,轉(zhuǎn)變成船體分段、總組與船臺(tái)合攏對(duì)合與精度控制。

3.2 空間幾何投影拉線法應(yīng)用

設(shè)置一個(gè)靠近甲板的輔助面,舵槳軸線延伸與輔助面相交于C點(diǎn)。根據(jù)計(jì)算的空間位置由全站儀測(cè)量提供,使C點(diǎn)成為簡(jiǎn)單可靠的拉線基準(zhǔn)點(diǎn),見圖2。

圖2 立體幾何投影拉線法

通過C點(diǎn)確認(rèn)B點(diǎn)空間相對(duì)位置,便于隨時(shí)核查拉線與舵槳軸理論中心線一致性,以增強(qiáng)船外板處下拉線架安裝的可靠性。

由C點(diǎn)確認(rèn)A點(diǎn)空間相對(duì)位置。在拉線過程中也初步定位了圍井筒體中心和高低位置,為全站儀在法蘭座面精校創(chuàng)造條件。

C點(diǎn)和舵槳基座法蘭座端面邊緣用作全站儀測(cè)量點(diǎn),建立船體基準(zhǔn)與舵槳基座空間位置對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.2.1 計(jì)算過程

A、B點(diǎn)均可投影在輔助面上。為保證輔助面的尺寸大小適中,以便將來實(shí)船安裝,空間A點(diǎn)的平面投影點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)位于輔助面十字中心位置,確定B、C與基準(zhǔn)點(diǎn)的兩維坐標(biāo)相對(duì)偏移量,再計(jì)算出A、B至投影點(diǎn)(輔助面)高度并量取垂線距離可輕松獲取它們的空間位置。

C′點(diǎn)是C對(duì)稱點(diǎn),以A為原點(diǎn)且位于AB線段上。在實(shí)際拉線過程中B點(diǎn)不好設(shè)置拉線支架,取C′點(diǎn)等同,且量取更加方便。

A、B、C、C′在投影工裝面板及空間坐標(biāo)位置具體見圖3和表1。

表1 投影工裝面板坐標(biāo) 單位:mm

圖3 左舷投影工裝面板

從圖2可知,推進(jìn)電機(jī)軸線FE與肋位Fr0平行,與舵槳BC軸線垂直相交于A點(diǎn),A點(diǎn)是依據(jù)AC長度從工裝投影面板C點(diǎn)沿舵槳軸線量取或參照上述吊鉈方式來校核推進(jìn)電機(jī)軸線準(zhǔn)確性。

3.2.2 船臺(tái)大合龍對(duì)合線確認(rèn)與焊接變形控制

舵槳、推進(jìn)電機(jī)基座焊接完畢后,通過全站儀測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)修正艉部總段艏艉中心線、外板非結(jié)構(gòu)面水平高度線并提交報(bào)驗(yàn)合格。此時(shí),舵槳裝置安裝就位,無法通過舵槳軸拉線來監(jiān)控大合龍縫焊接變形量。即便舵槳裝置不安裝,若船臺(tái)有斜度,也會(huì)給雙角度拉線基準(zhǔn)點(diǎn)帶來困難。

因此,船臺(tái)地面設(shè)置拉線架和通過拉鋼絲線,引出艉部總段艏艉中心線。經(jīng)過短套管同心靶點(diǎn)K和點(diǎn)M,且平行于船體基線(見圖4),各測(cè)量靶點(diǎn)與外板處支撐架應(yīng)有足夠剛性強(qiáng)度。同理,相鄰已定位在船臺(tái)上的機(jī)艙總段(船臺(tái))中心線經(jīng)過點(diǎn)N和點(diǎn)P,保證上述兩中心線一致,即4點(diǎn)在一條鋼絲線上。以船臺(tái)基準(zhǔn)面調(diào)整外板非結(jié)構(gòu)面水平高度線與合龍總段高度一致。鋼絲線作為船臺(tái)合龍的對(duì)合線,且保證4個(gè)測(cè)量參考點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)各種短套筒中心位置偏差范圍在±2 mm。

圖4 船臺(tái)大合龍艉部拉線示意

總段之間環(huán)形合龍縫兩側(cè)應(yīng)有足夠馬板保型。采用雙數(shù)焊工由中間向四周對(duì)稱施焊。按照焊接順序應(yīng)先焊接外板、內(nèi)底板、甲板、縱艙壁的對(duì)接焊縫,再焊接型材對(duì)接縫,最后焊接型材與板的角焊縫。

連續(xù)焊接過程中每隔2 h做短暫停頓。發(fā)現(xiàn)任意一個(gè)拉線測(cè)量參考點(diǎn)在各自短套筒中心點(diǎn)出現(xiàn)上下、左右位置超差,采取反變形位置的焊接控制手段及時(shí)糾正。

3.3 實(shí)船驗(yàn)證

制作投影工裝面板,外形尺寸為620 mm×620 mm×10 mm。按照?qǐng)D3中3點(diǎn)平面坐標(biāo)劃線,其中A點(diǎn)就是工裝板十字中心線坐標(biāo)原點(diǎn),A和B點(diǎn)處洋沖做記號(hào)。C點(diǎn)處鉆直徑2 mm孔,作為槳軸拉線一端用來固定鋼絲,用全站儀測(cè)量確認(rèn)位置。

艉部分段以第一層甲板(距船基線8 m)為胎架,反胎制作。投影工裝面板焊接在甲板加強(qiáng)結(jié)構(gòu)上,保證足夠剛性支撐。工裝板十字中心線原點(diǎn)A坐標(biāo)值x、y分別為Fr0+131 mm、距舯4 748 mm。吊鉈引垂線高為2 213 mm,垂點(diǎn)落在工裝板A點(diǎn)上,找出A點(diǎn)空間位置。吊鉈引垂線高為4 426 mm,垂點(diǎn)落在鋼絲上,找出C′點(diǎn)空間位置。焊接C′點(diǎn)拉線架,進(jìn)行拉線操作。

拉線找正電機(jī)基座。在Fr0+131 mm位置,拉線使EF垂直相交于槳軸線BC的A點(diǎn),以此確定電機(jī)基礎(chǔ)位置。

舵槳基座分段定位、總段焊接完復(fù)測(cè)拉線基準(zhǔn),出現(xiàn)誤差及時(shí)調(diào)整拉線基準(zhǔn)并復(fù)核舵槳狀態(tài)?？偠坞A段發(fā)現(xiàn)誤差超標(biāo),打開定位墩微調(diào)至滿足要求。

本船建造工藝要求在艉部總段進(jìn)行的焊接工作盡量完成,以減少船臺(tái)上(或船塢內(nèi))因焊接和矯正工作量增多而引起的變形。

艉部總段精度尺寸偏差在±3 mm內(nèi)。船臺(tái)合龍時(shí),艉部下方3 mm反變形應(yīng)對(duì)艉上翹。

為提高環(huán)形合龍縫焊接處裝配質(zhì)量,必須嚴(yán)格控制對(duì)接縫間隙、構(gòu)建連接間隙和焊縫坡口的大小。

3.4 拉線繞度值修正

鋼絲自重下垂導(dǎo)致?lián)隙绕?必須對(duì)理論軸心線予以修正[3]。水平及接近水平方向的拉線方式,繞度值尤為明顯,根據(jù)鋼絲規(guī)格及推薦拉力選擇掛重。鋼絲線上各點(diǎn)撓度計(jì)算公式如下:

Y=W(L-X)X/2T

式中:Y為撓度值,mm;W為鋼絲每米質(zhì)量,g/m;L為鋼絲兩端點(diǎn)間距,m;X為預(yù)計(jì)算的點(diǎn)到端點(diǎn)的距離,m;T為掛重的質(zhì)量,kg。

4 結(jié)論

本文研究的安裝定位技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì): (1)“投影工裝面板”制作簡(jiǎn)單,全站儀測(cè)量精準(zhǔn),拉線點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)安全可靠。

(2)調(diào)整方便,徹底避免了拉線在雙角度空間定位不易修正工序。

(3)提升效率,工序前移,保證焊接質(zhì)量。