趙福志

（友聯(lián)船廠（蛇口）有限公司，廣東 深圳 518054）

某9 300 TEU 集裝箱船的全懸掛貝克舵，舵葉75 t，舵桿65 t，舵柄10.2 t，舵桿上螺母2.2 t，下螺母2.9 t。該船建造出廠已有6 年多，其系列姐妹船在航行中曾出現(xiàn)因舵機(jī)舵承體裝置與基座孔裝配間隙過大的缺陷，導(dǎo)致舵承體固定螺栓返松、移位，從而引起質(zhì)量事故。2021 年3 月18 日該船進(jìn)我廠修理，除了加裝脫硫系統(tǒng)工程外，船方要求對(duì)舵機(jī)舵承體裝置徹底修復(fù)、排除隱患。根據(jù)以往的修理經(jīng)驗(yàn)，類似的舵系修復(fù)工程至少占用12 天的塢期，同時(shí)，該船還有一個(gè)原舵柄的設(shè)計(jì)缺陷：帶鍵干式，沒有膨脹油槽以及膨脹油孔。拆卸時(shí)只能采用干式方法進(jìn)行油頂液壓拔松，拔松質(zhì)量高達(dá)1 800～2 000 t不等。

按常規(guī)修理方法，大型船舶舵桿的拆卸及舵機(jī)舵承體裝置的修復(fù)工作須在塢內(nèi)進(jìn)行，這樣不但施工方便，而且作業(yè)安全。船舶進(jìn)出塢需要預(yù)定塢期、墩位布置、人員調(diào)動(dòng)、拖輪配合、腳手架搭設(shè)等眾多工序，期間耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間，并由此產(chǎn)生不菲的費(fèi)用，而且占用塢期長(zhǎng)，也會(huì)對(duì)原本繁忙的營(yíng)運(yùn)或生產(chǎn)帶來巨大的沖擊。為此，本文提出浮態(tài)下進(jìn)行舵機(jī)舵承體裝置拆卸和修復(fù)的解決方案。

1 浮態(tài)下舵桿拆除的難點(diǎn)分析

為了實(shí)現(xiàn)浮態(tài)下順利拆卸舵桿，國內(nèi)船廠采用這種方案的先例不多。拆卸工作在浮態(tài)下進(jìn)行，受水流沖擊，舵葉在泵松后容易發(fā)生大幅度轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至碰損螺旋槳，威脅施工人員的安全。質(zhì)量達(dá)65 t的大舵桿吊裝，安全要求更高。另外，在水面上可供選用的起重設(shè)備和固定裝置遠(yuǎn)不及塢內(nèi)豐富，加上施工場(chǎng)地受限，因此作業(yè)過程難度不小。

總的來說，在浮態(tài)下拆卸大型船舶舵桿，修復(fù)舵承體裝置基座孔的隱患，主要涉及3 個(gè)問題：①如何固定住質(zhì)量達(dá)75 t 的舵葉，使之既能被泵松，又不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；②如何拆松壓緊質(zhì)量可能高達(dá)2 000 t 的帶鍵干式舵柄；③如何修復(fù)舵機(jī)舵承體裝置底座與基座孔裝配間隙過大的隱患。

2 解決方案

為了克服上述難題，設(shè)計(jì)了1 套不同于塢內(nèi)拆卸的安全便捷的浮態(tài)下拆卸大型船舶舵桿、舵機(jī)舵承體裝置基座孔就地鏜孔、舵承體裝置鑲套修復(fù)的方法。

2.1 準(zhǔn)備工作

制作拆裝帶鍵干式舵柄的頂升筒和臨時(shí)固定舵板的碼板。

頂升筒示意圖如圖1 所示，頂升筒主要由頂部厚鋼板（厚度180 mm）、圓筒鋼板（厚度26 mm）、吊耳、頂部加強(qiáng)筋板、側(cè)面加強(qiáng)筋板等焊接而成，卷板側(cè)面均布開有4 個(gè)觀察孔。設(shè)計(jì)后需進(jìn)行建模、有限元分析和優(yōu)化，確保拆裝強(qiáng)度足夠。

圖1 頂升筒示意圖

臨時(shí)固定碼板是由9 套承載力均大于等于800 kN 的預(yù)制T 型碼板或加厚球扁鋼（400 b#）組成，采用預(yù)制T型碼板或加厚球扁鋼型材，除了滿足強(qiáng)度外，可根據(jù)舵板或呆舵表面線型進(jìn)行適當(dāng)修整，貼合度高，易于焊接；固定碼板的設(shè)計(jì)和布置參照舵板質(zhì)量、質(zhì)心，以及舵板和呆舵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局而定，設(shè)計(jì)后進(jìn)行建模、有限元分析和優(yōu)化，確保固定碼板的整體強(qiáng)度和防變形等參數(shù)均滿足拆卸強(qiáng)度要求以及浮態(tài)下舵板受正常潮水水流、乃至惡劣氣候下大風(fēng)大浪沖擊等影響的技術(shù)要求。

2.2 舵桿拆裝程序

1）在舵桿正上方的艉甲板處開吊裝工藝孔，調(diào)整船舶吃水，盡量翹起艉部，使預(yù)割除的維修工藝孔的最底邊至少高出水面500 mm。

2）從艉搭倒掛架至舵葉左右兩側(cè)，要盡量接近水面，以方便后續(xù)拆卸舵桿下螺母。

3）根據(jù)舵葉的質(zhì)心，現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)舵葉及呆舵間碼板固定位置的反面結(jié)構(gòu)（左右各4 套，艏部1套），固定位置應(yīng)選在內(nèi)部有縱向加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的位置上，并做好標(biāo)記。

4）將預(yù)制好的9 套臨時(shí)固定碼板的下半段對(duì)稱對(duì)角焊接在舵葉上，以防止舵葉在泵松下沉過程中發(fā)生大幅度轉(zhuǎn)動(dòng)，固定碼板的上半段與呆舵留有2～3 mm間隙，暫不焊接。

5）割除移開維修工藝孔，拆松舵桿下螺母、旋出約35 mm。然后在舵桿下螺母的上端面鋪設(shè)哈夫式橡膠環(huán)墊，用于減震緩沖。再用液壓泵泵松舵葉，使之從舵桿下部錐體中松脫下沉。然后往舵桿下螺母中泵油，頂起舵葉7～8 mm并保壓。在舵葉泵松過程中因?yàn)橛信R時(shí)固定碼板卡住定位，所以即使受水流沖擊，舵葉也基本不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。

6）按對(duì)稱對(duì)角順序焊接臨時(shí)固定碼板的上半段，將舵葉與呆舵整體固定在一起。舵桿拆卸前，浮態(tài)下舵葉被焊接固定示意圖如圖2所示。

圖2 舵桿拆卸前，浮態(tài)下舵葉被焊接固定示意圖

7）卸去舵桿下螺母液壓頂?shù)挠捅脡毫?，使舵葉的質(zhì)量全部轉(zhuǎn)移到臨時(shí)固定碼板和呆舵上，此時(shí)下螺母與舵葉間存有離空間隙。繼續(xù)拆卸舵桿下螺母，直至螺母還剩50～60 mm沒有完全旋出。

8）用4 個(gè)手拉葫蘆在舵葉兩側(cè)配合，將承重轉(zhuǎn)盤穿過維修工藝孔放置在舵桿的正下方，使轉(zhuǎn)盤的上端面與舵桿的螺母下端面相貼合。然后繼續(xù)松出舵桿下螺母使其坐落在承重轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤隨著螺母轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)調(diào)整掛孔上葫蘆鏈條的松緊，使承重轉(zhuǎn)盤跟隨螺母平穩(wěn)地往下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)螺母被完全松出時(shí)，2.9 t的質(zhì)量將全部轉(zhuǎn)移到吊架上。最后將螺母和轉(zhuǎn)盤一塊放置在舵桿螺母腔中，在舵桿及螺母的螺紋上涂抹牛油做好防護(hù)。

9）拆卸舵機(jī)前后側(cè)液壓油缸的柱塞桿立銷，拆出舵桿上螺母后翻轉(zhuǎn)180°裝回，預(yù)留舵柄的泵松余量約25 mm（比壓緊量多12 mm 以上），使舵桿上螺母的柱塞頭朝上。然后安裝舵桿吊環(huán)，用碼頭吊機(jī)提升舵桿及舵柄總質(zhì)量的70%，約50 t。然后用2 個(gè)5 t 手拉葫蘆配合將舵柄連同舵桿一起向右旋轉(zhuǎn)90°，以擺脫柱塞桿的阻礙，方便后續(xù)舵柄的拆卸。

10）拆除舵桿吊環(huán)，先吊裝哈夫墊塊至舵桿上螺母上，后將頂升筒吊運(yùn)到位，并在螺母?jìng)?cè)面接好液壓油管，液壓軟管從頂升筒的側(cè)面觀察孔繞出，再與液壓泵連接。

11）按焊接工藝（詳見“2.3 頂升筒與舵機(jī)舵柄焊接工藝”）將頂升筒下部焊接在舵柄上端面上，并焊筋板加強(qiáng)，待焊縫完全冷卻后，做磁粉探傷檢查，確保無裂紋缺陷。頂升筒配合液壓頂松舵柄示意圖如圖3所示。

圖3 頂升筒配合液壓頂松舵柄示意圖

12）舵柄被完全頂松后，割除拆卸工裝，拆卸舵桿上螺母，將舵柄吊開移走。并按說明書要求對(duì)舵桿舵承體裝置底座進(jìn)行解體。

13）用吊機(jī)緩緩提升舵桿少許后穩(wěn)住，做好標(biāo)注，然后液壓泵松舵承體推力盤，使舵承體推力盤與舵桿間的錐體完全脫離。慢慢指揮吊機(jī)，將舵桿下放，舵桿臨時(shí)插入舵板的錐體孔中，直到舵板錐體孔完全支撐住舵桿的重量為止，卸去碼頭吊機(jī)。

14）先吊出舵承體推力盤，然后整體吊出舵承體裝置。

15）再次用碼頭吊機(jī)緩緩提升舵桿少許，同時(shí)在舵桿下端的螺母腔中用100 t 液壓頂配合頂松舵桿，待舵桿與舵板的錐體孔完全脫離接觸后，將舵桿從艉甲板的工藝孔中吊出，剩下舵葉固定在呆舵上。

2.3 頂升筒與舵機(jī)舵柄焊接工藝

1）材質(zhì)。頂升筒的卷板筒體材質(zhì)為高強(qiáng)板AH36，舵機(jī)舵柄（魚尾）材質(zhì)為鑄鋼SC480/JIS G5101。

2）按照焊接工藝規(guī)程（WPS）準(zhǔn)備焊材（AWS E71T-1C）、焊接設(shè)備以及加熱烘槍、保溫棉等。

3）先將頂升筒的筒體四周圓孔的側(cè)邊進(jìn)行加強(qiáng)，并檢查筒體內(nèi)孔圓度完好，確保內(nèi)孔D1 250±8。

4）吊裝頂升筒到位前，舵桿上螺母、油頂、墊塊等放置到位。

5）清理干凈焊接周圍的雜質(zhì)、油脂，打磨干凈焊接坡口。

6）打底焊時(shí)，將焊縫長(zhǎng)度圓周分為12 等份（每份長(zhǎng)度約333 mm），采用雙人對(duì)稱對(duì)角交替的原則，進(jìn)行預(yù)熱、焊接及保溫。

7）預(yù)熱溫度至110～130 ℃，層間溫度小于等于130 ℃。

8）打底焊焊接完畢，用保溫棉覆蓋，緩慢降溫至室溫，再清渣、打磨，整體目視外觀檢查，確保無裂紋后，探傷配合檢查。

9）采用多層多道焊，要求每焊一道都徹底打磨干凈焊渣和瑕疵，目視檢查，報(bào)驗(yàn)合格，才能焊接下一道。每道焊后可以用圓頭錘敲擊幫忙減輕收縮應(yīng)力，但不要敲擊第一道焊和最后一道焊。每層間焊縫方向相反，其接頭起點(diǎn)和終點(diǎn)相互錯(cuò)開30～50 mm。

10）焊接過程，務(wù)必檢查舵桿螺母上部分的溫度，防止舵桿螺母溫度過高（如超過80 ℃），燙壞液壓螺母柱塞的密封O型膠圈。如出現(xiàn)溫度過高的情況，務(wù)必停止焊接，待溫度下降后，再繼續(xù)焊接。

11）焊后，焊腳高度25 mm，打磨焊縫，目視檢查，無裂紋為止。

12）最后做焊縫探傷檢查，無裂紋為止。

2.4 舵機(jī)舵承體裝置基座孔的修復(fù)

在舵機(jī)舵承體裝置的基座孔上安裝現(xiàn)場(chǎng)鏜孔機(jī)，以舵桿管隧下部舵承體的內(nèi)孔以及上部舵機(jī)原舵承體的基座孔為基準(zhǔn)，確立舵系的中心線，同時(shí)，檢查上部原舵承體的基座孔與上平面的垂直度。以單邊鏜去4～6 mm的總加工量分多刀鏜正、鏜大上部舵機(jī)原舵承體的基座孔，要求鏜正后的舵承體的新基座孔表面粗糙度達(dá)3.2 μm，圓度及圓柱度≤0.065 mm，座孔中心線偏差≤0.30 mm[1]。復(fù)測(cè)舵系中心線及新基座孔各加工尺寸，并報(bào)驗(yàn)。

2.5 舵機(jī)舵承體裝置鑲套修復(fù)

1）舵機(jī)舵承體裝置及密封環(huán)座外圓的光正。舵機(jī)舵承體裝置及其下部密封環(huán)座整體上立車，校正非磨損位置的基準(zhǔn)面，根據(jù)基座孔鏜正后的新孔尺寸，計(jì)算確保鑲套的壁厚滿足設(shè)計(jì)要求，分別光正、光小舵機(jī)舵承體裝置及密封環(huán)座的軸頸位單邊4～5 mm，使精加工后的軸頸表面粗糙度達(dá)3.2 μm，圓度及圓柱度≤0.065 mm，復(fù)測(cè)舵系中心線及新基座孔各加工尺寸，并報(bào)驗(yàn)。

2）舵機(jī)舵承體裝置軸頸位鑲套的預(yù)制及加工。

（1）使用厚度30 mm 的不銹鋼（SUS316L）鋼板進(jìn)行卷制，內(nèi)外均預(yù)留6～8 mm的粗加工裕量。

（2）對(duì)接焊縫采用X型坡口，焊材為與SUS316L對(duì)應(yīng)的焊材。

（3）焊接后對(duì)接縫進(jìn)行消火處理，以消除應(yīng)力。

（4）不銹鋼護(hù)套粗加工后，對(duì)X型對(duì)接焊縫進(jìn)行拍片探傷和著色探傷檢查。同理，進(jìn)行密封環(huán)座鑲套的預(yù)制。

3）舵機(jī)舵承體裝置軸頸位鑲套后加工。

（1）根據(jù)舵承體新軸頸位的實(shí)際尺寸，先精加工與軸頸相配的護(hù)套內(nèi)孔和長(zhǎng)度，新護(hù)套與新軸頸位配合，采用S6/H7過盈配合。

（2）新護(hù)套采用紅套方法安裝，加熱溫度不得超過350 ℃[2]，以防影響材質(zhì)及其性能。紅套套裝前務(wù)必制作好檢驗(yàn)樣棒，確保過程中有足夠的安裝間隙。

（3）采用立式套裝，準(zhǔn)備好2 套紫銅棒、榔頭及厚皮手套等工具，安裝時(shí)務(wù)必注意安全和快速，到位后再慢慢自然冷卻至室溫。

（4）舵承體再上車床校正，精加工護(hù)套外徑與新基座孔配合，取間隙配合d6/H7。

（5）同理，對(duì)舵機(jī)舵承體裝置下部密封環(huán)座外徑進(jìn)行先加工、后鑲套，再精加工。不同之處在于，由于密封環(huán)座為鋼板焊接結(jié)構(gòu)件，為防止紅套過盈量太大對(duì)鋼板焊接結(jié)構(gòu)件形狀的影響，新護(hù)套與新軸頸位配合，采用r8/H6過盈配合。

2.6 原舵柄錐體孔新增膨脹油槽

1）原舵柄為帶鍵干式結(jié)構(gòu)，質(zhì)量達(dá)10 t，長(zhǎng)×寬×高為2 420×1 320×830。

2）為了以后拆裝方便，本次將舵柄改造成帶鍵液壓膨脹式結(jié)構(gòu)?？紤]到液壓膨脹的密封性能，舵柄錐體孔新增3 道大致均勻分布的徑向不閉合環(huán)狀膨脹油槽，油槽離鍵邊緣的密封長(zhǎng)度不少于120 mm；3 道徑向膨脹油槽中部設(shè)置一道軸向的連通油槽；中間徑向膨脹油槽右側(cè)鉆有徑向膨脹油道及牙座。

3）3 道徑向環(huán)狀膨脹油槽的加工采用大型鏜床進(jìn)行鏜削：舵柄放置鏜床轉(zhuǎn)盤，調(diào)正舵柄上端面的水平度及錐體孔中心，使之與鏜床轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)中心一致，利用快速旋轉(zhuǎn)的接長(zhǎng)軸鏜刀和鏜床轉(zhuǎn)盤均勻微量旋轉(zhuǎn)進(jìn)行配合鏜削；徑向膨脹油道及牙座采用鏜床進(jìn)行鉆孔及攻牙；連通油槽采用人工劃線后，用圓型磨頭及打磨機(jī)慢慢打磨出凹槽。

4）對(duì)加工及打磨后的油槽進(jìn)行精細(xì)打磨、拋光，去除毛刺及銳邊銳角，減少應(yīng)力集中。新增膨脹油槽及油孔示意圖如圖4所示。

圖4 新增膨脹油槽及油孔示意圖

5）利用鏜床慢慢鏜削掉上端面割除頂升筒后的殘余焊渣，最后探傷檢查，至無缺陷為止。

2.7 回裝試驗(yàn)

按照拆前標(biāo)記和拆卸時(shí)的相反順序，在浮態(tài)下順利回裝。最后舵葉零位校正，進(jìn)行舵系效用試驗(yàn)，滿足舵機(jī)從一舷35°轉(zhuǎn)至另一舷35°所需時(shí)間不大于28 s、連續(xù)試驗(yàn)不小于4 次、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)平穩(wěn)無卡阻等要求[3]。

目前，該船已出廠營(yíng)運(yùn)近2 年，據(jù)船方反饋，舵機(jī)舵承體裝置的隱患已排除，舵系運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

3 結(jié)束語

本文系統(tǒng)論述了大型集裝箱船全懸掛舵的舵機(jī)舵承體裝置在浮態(tài)下的修復(fù)方案，特別對(duì)舵葉水上固定、帶鍵干式舵柄拆松、舵桿的拆卸、舵機(jī)舵承體裝置鑲套修復(fù)的難點(diǎn)進(jìn)行分析，大大提高了修復(fù)該船舵機(jī)舵承體裝置的質(zhì)量和效率，節(jié)省了塢期，縮短了船期，對(duì)類似舵系工程的方案實(shí)施及推廣有指導(dǎo)和參考意義。