關(guān)于海星 5艙蓋的設(shè)計(jì)、制造及檢驗(yàn)

張振山,李惠珍,王洪芳

(中海油能源發(fā)展油建渤海工程分公司,天津 300452)

隨著船舶種類和數(shù)量的增多,船舶艙蓋的類型越來越多,性能也越來越先進(jìn)。眾所周知,艙蓋是船舶上的重要組成部分,起著密封、保護(hù)貨物的作用,它直接關(guān)系到貨物運(yùn)輸過程中的安全。目前船舶上普遍采用鋼質(zhì)艙蓋板,一般船用艙蓋主要分為滾動(dòng)式 (液壓馬達(dá)卷動(dòng)艙蓋板)、鏈條式、折疊式和吊裝式 4種形式[1-2]。此外,對(duì)于裝運(yùn)一些怕水的貨物,一旦艙內(nèi)漏進(jìn)水,還會(huì)危及船舶及生命的安全,這必須引起船岸人員的關(guān)注。在我廠改造的海星 5,改造后船長(zhǎng) 89 m,寬 13.8m,型深 7.7 m,共兩個(gè)貨艙,貨艙開口分別為 23 400 mm×9 900mm、22 710mm×9 900 mm。為配套貨艙,設(shè)計(jì)折疊式艙蓋,用液壓驅(qū)動(dòng)艙蓋開閉。本文詳細(xì)描述了艙蓋的設(shè)計(jì)過程及建造過程中的精度控制方法及最后的裝配調(diào)試、沖水試驗(yàn),并通過船東及船檢檢驗(yàn)。

1 設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本艙蓋設(shè)計(jì)主要依據(jù)為船東提供的另外一條船的承重艙蓋。考慮到本艙蓋以后使用時(shí),承受力較小,屬于輕型艙蓋,故變?cè)信撋w的箱型結(jié)構(gòu)為框架式結(jié)構(gòu),并減小原有艙蓋的厚度即艙蓋橫梁高度,以節(jié)約鋼材,降低成本。艙蓋為橫骨架式結(jié)構(gòu),為保證艙蓋的整體性和水密性,并考慮到后期維護(hù)方便,艙蓋設(shè)計(jì)為折疊式艙蓋。

考慮到兩貨艙尺寸差距不大,主要論述其中一個(gè)艙。艙口尺寸為 23 400 mm×9 900 mm,艙蓋尺寸為 23 680mm×10 180mm。每艙共 4塊艙蓋,p1～p4,p1與 p2為一對(duì),p3與 p4為另一對(duì),每蓋質(zhì)量不超過 10 t。每對(duì)艙蓋之間用艙蓋鉸鏈聯(lián)接,在開關(guān)艙蓋時(shí),動(dòng)力可在相連兩艙蓋間傳遞。艙蓋與主甲板之間用甲板鉸鏈總成聯(lián)接,在艙蓋開關(guān)時(shí)將艙蓋的反作用力傳遞到船體之上,并對(duì)甲板鉸鏈處甲板反面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部加強(qiáng)。

1.2 動(dòng)力設(shè)計(jì)

本艙蓋最初選用絞車?yán)瓌?dòng)鋼絲繩,以開啟艙蓋。我方技術(shù)人員,考慮到液壓系統(tǒng)負(fù)載能力強(qiáng),過載保護(hù)性好,方便無級(jí)調(diào)速,自鎖能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),后經(jīng)我方技術(shù)人員與船東討論,最終采用液壓油缸頂起方式開啟艙蓋,關(guān)閉艙蓋時(shí)可利用艙蓋自重及油缸回程拉力,將艙蓋關(guān)閉。

為避免與船上原有系統(tǒng)產(chǎn)生干涉,液壓系統(tǒng)采用獨(dú)立系統(tǒng),即獨(dú)立液壓站系統(tǒng)。為使緊急情況得到最快的反應(yīng),控制方式采用手動(dòng)控制。通過計(jì)算艙蓋重力及摩擦力,并考慮到甲板空間,每對(duì)艙蓋選用兩條 D200油缸頂起,設(shè)計(jì)工作壓力為 16 MPa。根據(jù)文獻(xiàn) [3]計(jì)算電機(jī)功率,選取電機(jī),選用液壓閥件、附件和液壓管等。根據(jù)液壓泵的流量確定油箱尺寸,考慮到系統(tǒng)工作時(shí)間較短,且工作頻率低,本液壓系統(tǒng)未配備冷卻系統(tǒng)。在系統(tǒng)內(nèi)安裝了液控單向閥防止艙蓋自動(dòng)關(guān)閉引發(fā)事故,并安裝節(jié)流閥調(diào)整艙蓋開啟、關(guān)閉速度。在油缸上設(shè)置一處應(yīng)急關(guān)閉閥,此閥為高壓截止閥。當(dāng)艙蓋處于完全開啟狀態(tài)時(shí),液壓回路出現(xiàn)故障如膠管爆裂等情況,而無法使艙蓋關(guān)閉,打開此截止閥使艙蓋在重力的作用下,緩慢關(guān)閉。

1.3 密封形式

本艙蓋與艙口圍的密封形式主要采用止口壓橡膠條方式,圖 1為密封形式。根據(jù) CSQS(中國(guó)造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))壓縮量為 1/4橡膠條厚度。考慮到艙蓋間密封較難控制,故在艙蓋間設(shè)置兩道密封,并設(shè)置兩處接水槽,使從密封處滴下的少量水沿接水槽排到艙蓋以外。圖 2為艙蓋間密封。圖 3為本次設(shè)計(jì)艙蓋布置圖。

圖1 主密封形式

圖2 艙蓋間密封形式

圖3 艙蓋布置圖

2 建造

考慮到我廠場(chǎng)地情況以及焊接人員習(xí)慣,采用反造方法,造好后 “翻身”。焊接順序如下:①先進(jìn)行蓋板的拼板焊接;②焊接艙蓋橫梁,并調(diào)平;③把蓋板與胎架焊接固定;④艙蓋橫梁就位,并焊接必要的臨時(shí)支撐;⑤采用規(guī)定的焊接工藝焊接。

艙蓋在焊接后會(huì)收縮,根據(jù)文獻(xiàn) [2]留焊接收縮余量 0.6%～1%。在主體結(jié)構(gòu)焊接好后,脫胎然后水火調(diào)平。根據(jù) GB/T 3583,一般采用火焰加熱至 900～1 100℃,并用水跟蹤冷卻。在艙蓋調(diào)平后焊接艙蓋鉸鏈與甲板鉸鏈以及油缸座。在焊接前應(yīng)拉線找正,以免鉸軸不同心造成艙蓋受力過大。在焊接時(shí)采取跟蹤測(cè)量的辦法,一旦出現(xiàn)大的偏差及時(shí)糾正。在所有焊接工作結(jié)束后噴砂、涂漆。圖 4為艙蓋鉸軸,圖 5為焊接調(diào)平后的艙蓋。

圖4 艙蓋鉸軸

圖5 調(diào)平后艙蓋

3 安裝、調(diào)試及檢驗(yàn)

液壓系統(tǒng)管線在艙口圍做好后開始安裝并清洗,在艙蓋安裝之前液壓管線就已安裝結(jié)束,只留有與艙蓋油缸相連的軟管口。液壓系統(tǒng)安裝結(jié)束后,進(jìn)行獨(dú)立調(diào)試。根據(jù)文獻(xiàn) [5]首先試運(yùn)轉(zhuǎn),把兩個(gè)同步油缸的下部聯(lián)接銷先裝好,暫不安裝上部聯(lián)接銷,即油缸與甲板聯(lián)接但不與艙蓋聯(lián)接,此時(shí)試驗(yàn)為空載試驗(yàn)。聯(lián)接好所有液壓油管,啟動(dòng)油泵進(jìn)行試驗(yàn),在空載負(fù)荷情況下操作手柄,驅(qū)動(dòng)艙蓋油缸,試驗(yàn)中分別對(duì)兩個(gè)油缸放氣,往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn) 2～3次,直至放氣徹底完畢,然后再鎖緊放氣塞,進(jìn)行下一步效用試驗(yàn),將兩個(gè)同步油缸的上聯(lián)接銷裝復(fù),即將油缸與艙蓋、甲板均已相連,此時(shí)為帶負(fù)載試驗(yàn)。進(jìn)行開啟、關(guān)閉試驗(yàn),試驗(yàn)中盡量使艙蓋初始狀態(tài)處于關(guān)閉狀態(tài)而慢慢開啟,當(dāng)開啟一少半就開始進(jìn)行關(guān)閉操作,直到完全關(guān)閉,這樣作小循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)試驗(yàn) 3～5次。

如果由于其他工作原因,艙蓋只能在處于開啟狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn),也就是指艙蓋需要進(jìn)行關(guān)閉試驗(yàn)。為了安全防護(hù)需要,在艙蓋的滑軌道上某位置焊接一塊三角擋板,以避免油缸失效艙蓋忽然下滑而造成危險(xiǎn),以確保試驗(yàn)安全。在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),液壓油泵旁需要有專人監(jiān)視壓力表以便監(jiān)控系統(tǒng)壓力波動(dòng),若試驗(yàn)中壓力超過安全工作壓力,應(yīng)立即停止油泵運(yùn)轉(zhuǎn),而暫停試驗(yàn),等到故障解決后再繼續(xù)試驗(yàn)。

艙蓋經(jīng)過調(diào)試可以正常開啟、關(guān)閉后,安裝橡膠條檢查水密性。根據(jù)文獻(xiàn) [1],首先用觀測(cè)法,如果陽(yáng)光比較強(qiáng)烈,還可以將艙口關(guān)閉并封艙后,檢查人員進(jìn)入艙內(nèi),若發(fā)現(xiàn)艙蓋與艙口圍板之間有漏光現(xiàn)象,則表明此處為漏水處。其次痕跡試驗(yàn),利用粉筆的痕跡來檢測(cè)密封橡膠帶是否水密。其方法是用粉筆在艙口圍板上的壓緊鋼條上和艙蓋間連接部位的壓緊鋼條上涂出粉痕,關(guān)閉艙蓋并封艙,然后打開艙蓋,查看艙蓋上的密封橡膠帶是否帶有粉筆痕跡。若有,則表明此處在封艙狀態(tài)下處于封閉狀態(tài);若無,則表明此處在封艙狀態(tài)下存有空隙,也就是說此處為漏水處。此方法操作簡(jiǎn)單易行,無需配備其他專門設(shè)備來試驗(yàn),不受船舶艙內(nèi)裝載狀況限制和天氣溫度的影響。

最后,沖水試驗(yàn)。利用具有一定壓力的水沖射艙蓋部位,檢測(cè)艙蓋各部分是否水密。此方法是船舶檢驗(yàn)部門檢驗(yàn)艙蓋水密性最直接的試驗(yàn)方法。要求水柱射程不小于 10 m,水槍噴嘴直徑不小于 16 mm,水槍噴嘴距被測(cè)試部位不大于 3 m,并盡量成垂直角度沖射。檢查各焊縫、艙蓋周邊、橫向連接處是否有滲漏現(xiàn)象。通過以上試驗(yàn)并修整,艙蓋通過船東與船檢驗(yàn)收。

4 結(jié)論

本文以母型艙蓋為藍(lán)本,詳細(xì)描述了海星 5折疊式艙蓋的設(shè)計(jì)過程。液壓系統(tǒng)為動(dòng)力開啟艙蓋,可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速且安裝方便、維修簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。在建造過程中注重精度控制,并論述了調(diào)平方法。最后根據(jù)文獻(xiàn)記錄了安裝調(diào)試過程,最終通過船東、船檢的驗(yàn)收。

[1]王錦輝.淺談船舶艙蓋修理及水密性試驗(yàn)監(jiān)測(cè)方法[J].中國(guó)修船,2008(1).

[2]吳四川,趙云清.船舶艙蓋的修理 [J].中國(guó)修船,2002(5).

[3]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[4]儲(chǔ)開榮.常見艙蓋修理工藝 [J].中國(guó)修船,2006(4).

[5]吳四川,徐戌,等.“水晶八號(hào)”輪艙蓋液壓油缸的修理 [J].中國(guó)修船,2006(2).