“品都斯”輪舵系修理工藝研究

趙 華 鋒

（上海船廠船舶有限公司，上海 202164）

0 前 言

船舶舵、軸系的修理，一直作為船舶塢修的重點(diǎn)項目。由于設(shè)計原因、材料缺陷和使用中的海損等造成的舵系問題相對較多，修理的工程內(nèi)容也多。上海船廠修船事業(yè)部近年來承接修理了多艘船舶的舵系工程，積累了一些新的經(jīng)驗。

1 “品都斯”輪舵系修理工程

2008年11月20日，上海船廠船舶有限公司修船事業(yè)部承接了英國的“品都斯”輪舵系修理工程。

“品都斯”輪舵葉上部的導(dǎo)流體底板疲勞產(chǎn)生裂縫，需要更換舵葉上部的導(dǎo)流體70mm厚的底板，并對舵管檢查修理。該修理工程既要保證高強(qiáng)度厚板的焊接質(zhì)量，防止產(chǎn)生裂縫等；又要控制修理過程中的變形，防止對舵系中心產(chǎn)生影響；還要考慮修船的船塢周期等因素，同時還必須滿足LR船檢的規(guī)范。通過對尾部結(jié)構(gòu)、舵系圖紙等的分析，并結(jié)合以往舵系修理積累的經(jīng)驗，“品都斯”輪舵系修理工程主要有以下3個主要項目：

1)該船的舵型比較特殊，按常規(guī)方法在船塢內(nèi)拆卸舵葉高度不夠，無法施工。

2)在浮船塢內(nèi)對舵系的重要部件焊接修理，如何控制變形，如何精確定位測量有不小的難度。

3)船東要求大過盈量安裝舵軸承，必須采用液

氮冷凍安裝，對此安裝工藝方法有待研究。

1.1 塢內(nèi)拆裝舵葉

該船采用舵管式吊舵結(jié)構(gòu)，舵桿、舵管直接插入舵葉內(nèi)（見圖 1）。舵葉高 7.5m，舵桿下端距基線5.02m，舵管下端距基線6.05m；舵機(jī)間舵桿上端距艙室頂板為1.35m，采用吊耳和手拉葫蘆吊起高度不夠，而上一層正對舵機(jī)的是一道縱艙壁，不能開工藝孔，舵桿無法從上面拔出；拆卸舵葉必須先把舵葉放下，從舵桿下端出頭后再移出。但船塢塢墩高為1.5m。經(jīng)計算，舵桿頭部距塢底為6.52m，就是將舵葉放至塢底，還差1m左右，仍然無法移出（見圖2）。

圖1 尾部舵系布置圖

該輪的姊妹船在國外修理時，采用塢外拆卸的方法，就是船在碼頭上拆舵葉，有足夠的水深把舵葉沉到水底再吊出來。而上海船廠的修船碼頭位于長江邊，一天內(nèi)潮水變化大、水流湍急，在這里拆卸十分危險，無法滿足安全要求。經(jīng)過研究，提出了3個新的修理方案：

1)船進(jìn)塢后，在塢底開工藝孔，來滿足下舵葉。這方案也是有過先例的，但這樣做會破壞公司的重大設(shè)備，且浮船塢在水上，割開工藝孔后無法修復(fù)。

2)船進(jìn)塢時不全部進(jìn)入塢內(nèi)，讓尾部露在水面上，進(jìn)行拆舵葉。但經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)船塢尾部區(qū)域是工作平臺，無法安放塢墩來承受船尾部的重量。

3)船進(jìn)塢后先將舵葉放至塢底，然后再進(jìn)行1次沉塢作業(yè)，使舵葉與船塢一起下沉，等舵葉從舵桿下端出頭后，再將船整體前移，將舵葉吊出。此方案有可行性，但拆裝舵葉需要增加2次沉塢作業(yè)，還必須在塢底制作舵葉的臨時固定工裝等，成本高，操作難度較大。

上述3個方案都不盡人意。技術(shù)人員進(jìn)一步研究后又提出，先把舵桿上提縮入舵管內(nèi)，舵管下端距基線6.05m，按1.5m的塢墩高度計算，有7.55m高，比舵葉高出50mm，使舵葉從舵管下端移出成為可能。

經(jīng)對塢墩的實際測量，首部高度為1.63m左右，尾部為1.41m左右。尾部高度不夠，無法吊出舵葉，如果采用墊高塢墩的方法，需要將船塢后半部的所有塢墩均勻墊高，工作量很大。

最后采用倒進(jìn)塢的方法，按船塢首部塢墩高1.60m計算，還有約150mm間隙，可以拆卸舵葉（見圖3）。同時設(shè)計出了舵桿吊裝工具套在舵桿頂部，用舵桿螺母固定，把吊點(diǎn)降到下面，使舵桿提高1m左右，縮入舵管內(nèi)，確保此方案可以實施。

2008年12月1日，“品都斯”輪按此法倒進(jìn)塢后，舵葉卸放至塢底、舵桿縮入舵管后，實際測量有間隙120mm左右，終于將舵葉和舵桿等順利拆下，為該船的下一步修理工程做好了準(zhǔn)備。

圖3 實際拆卸示意圖

1.2 焊接修理過程中的定位測量

在舵系修理中，更換70mm厚導(dǎo)流體底板，并直接與舵管相連，焊接時勢必會產(chǎn)生變形，造成舵系中心的變化，從而影響舵效。因此在施工時首先要解決測量的問題。根據(jù)《中國造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（CB/T4000-2005）規(guī)定，對于新造的普通單軸系船只，舵、軸系中心偏差標(biāo)準(zhǔn)為4mm以內(nèi)，極限為8mm。對于該輪來說，由于此次軸系沒有列入修理工程，也就沒有必要去拔軸來檢測這個偏差了。船方也認(rèn)為，在航行過程中，舵系并沒有什么不良癥狀，因此，可以認(rèn)為修理前的舵系中心是準(zhǔn)確的，只要控制修理前、后的舵系中心變化在允許的范圍內(nèi)，就是合格的。

舵系常規(guī)的測量采用拉線法（見圖4），拉線法簡單直觀，在拆卸舵系部件后，在舵系上下各設(shè)置拉線支架，在中間放鋼絲，然后根據(jù)原來舵機(jī)中心、舵管軸承中心以及舵系密封中心把鋼絲調(diào)整好，作為舵系中心基準(zhǔn)。在施工過程中，定時派人利用基準(zhǔn)鋼絲對舵管的變形情況進(jìn)行測量，配合對焊接工藝的調(diào)整來確保對變形量的控制。

拉線法的缺點(diǎn)有：第 1，鋼絲固定在支架上，施工需要割板、吊運(yùn)等，很容易碰到支架，一旦支架發(fā)生變形，原來找準(zhǔn)的中心基準(zhǔn)也就丟失了；第2，用鋼絲測量，需要測量人員到舵機(jī)間和舵管下進(jìn)行，測量地點(diǎn)分散，勞動強(qiáng)度高；第 3，測量鋼絲一般采用卡鉗測量，其測量精度與操作人員的技能水平高低有直接關(guān)系，且卡鉗測量方法不夠直觀，船方不太認(rèn)可。

采用望光法也可以進(jìn)行定位測量，但需要采用專用的精度較高的望光儀，經(jīng)研究后認(rèn)為，相對軸系而言，舵系的精度要求低一些，使用激光經(jīng)緯儀，其測量精度應(yīng)該可以滿足舵系測量的要求，只是經(jīng)緯儀平時都是安裝在三腳架上在水平狀態(tài)下使用。而舵系測量需要在垂直狀態(tài)下進(jìn)行，技術(shù)人員設(shè)計了1個經(jīng)緯儀專用支架（見圖5），該支架與經(jīng)緯儀連接，并能夠進(jìn)行中心粗調(diào)；粗調(diào)后，再利用經(jīng)緯儀自帶的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行精調(diào)，使經(jīng)緯儀達(dá)到精確定位的目的。技術(shù)人員在舵機(jī)中心、舵管軸承中心以及舵系密封中心分別安裝望光十字中心靶，然后調(diào)整經(jīng)緯儀，使得各中心點(diǎn)與經(jīng)緯儀光軸中心處于同一直線上，然后鎖定經(jīng)緯儀的位置，此時經(jīng)緯儀的光軸中心即可作為舵系基準(zhǔn)中心。在施工過程中定時派人檢測舵管軸承中心的偏差，為焊接施工提供依據(jù)，從而確保了施工質(zhì)量。

圖4 舵系拉線定位測量圖

圖5 舵系望光定位測量圖

采用望光法很好地克服了拉線法存在的缺點(diǎn)，牢牢控制整個施工過程中的變形情況，使船方和船檢都樂意接受。

1.3 超低溫介質(zhì)冷凍安裝軸承

舵管軸承已經(jīng)磨損，需要換新。舵管軸承材料為錫青銅，尺寸Φ635mm×520mm，安裝過盈量為0.6mm。常規(guī)安裝舵系銅軸承的過盈量為0.2mm左右，可以采用干冰冷凍安裝；對于大過盈，必須采用溫度更低的液氮來冷凍。

由于液氮為-190℃多的超低溫物質(zhì)，低溫會使金屬脆裂。在軸承安裝過程中，如果容器碎裂或者吊裝工具斷裂、銅軸承摔碎，會造成安全事故。

經(jīng)過研究，技術(shù)人員采用了可用于液化天然氣（-162℃）和液氮（-196℃）設(shè)備的含鎳量達(dá)到9%的不銹鋼——0Cr18Ni9Ti（304），制作專用安裝工具（見圖6）。容器采用雙層結(jié)構(gòu)，既能提高保溫性；又提高安全性。吊架上配支撐木板，既能防止吊裝過程中軸承搖晃，又不會損傷軸承內(nèi)孔。可拆式吊耳是為了套裝支撐木板而設(shè)計的，因為吊耳是軸承冷凍后，吊裝時才使用的，因此只需用普通材料制作。采用此工具順利地完成了舵管軸承的冷凍安裝。

圖6 舵管軸承冷凍安裝工具

“品都斯”輪舵管修理焊接結(jié)束，經(jīng)過定位后舵系測量，舵管中心向前偏 0.70mm，向右偏0.20mm。這是相當(dāng)完美的結(jié)果。船東認(rèn)為無需鏜孔可以直接安裝。出塢后，操舵校試合格，船東對質(zhì)量非常滿意，于2009年3月12日順利出廠。

2 結(jié) 語

在“品都斯”輪舵系修理中，公司首次采用望光專用支架，用普通的激光經(jīng)緯儀進(jìn)行了舵系的垂直望光，可以應(yīng)用于今后的一些垂直望光定位工作中。采用罐裝液氮冷凍安裝軸承冷凍速度快，效率高；而且罐裝液氮可以常備、隨用隨取，用完了更換鋼罐，使用方便。

[1]CB/T 4000-2005，中國造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]CB/T 3424～3429-92，船舶舵系修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]《機(jī)械設(shè)計手冊》聯(lián)合編寫組. 機(jī)械設(shè)計手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1982.