浮箱下水方案與安裝工藝研究

饒昌波，姚 靜，樊洪良

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

0 引 言

在下水過程中，船舶的艏跌落是相當危險的，應(yīng)該避免發(fā)生此類現(xiàn)象?？刹扇〉拇胧┩ǔＳ校?) 增加滑道入水部分的長度；2) 等待潮水更高時下水[1]；3) 降低船體基線距船臺的尺寸。

某船是系列船中的最后一艘艦船，由我公司負責(zé)技術(shù)支撐，而外方船廠負責(zé)建造。通過對外方船廠的現(xiàn)場勘驗，分析當?shù)氐乃馁Y料以及對比該系列其他船舶的下水情況發(fā)現(xiàn)，如果保證該船以與其他同型船相近狀態(tài)下水，當?shù)爻蔽粺o法滿足。

為保證船舶的正常下水，需要采取的措施包括：增加船臺滑道入水部分的長度或降低下水時船舶自重。外方船廠僅認可降低下水時船舶自重來保證下水安全，這會導(dǎo)致船舶下水時完整性較差，影響生產(chǎn)進度。因此通過借鑒國內(nèi)外浮箱下水的經(jīng)驗，選擇了浮箱下水方案，創(chuàng)新設(shè)計了浮箱的結(jié)構(gòu)與安裝工藝。

1 浮箱下水方案預(yù)研

根據(jù)總體下水性能計算所確定的艦船完工狀態(tài)以及當?shù)?.0m潮位的環(huán)境條件，如果外方船廠生產(chǎn)進度能滿足建造大綱及下水計算所要求的安裝狀態(tài)，那么浮箱結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造安裝是關(guān)鍵，因為距下水節(jié)點的時間已不多了。在方案研究過程中，對浮箱下水工藝也進行了探索，研究了國內(nèi)某汽車運輸船的“艏艉尖瘦型船舶帶浮筒下水新工藝研究”[2]資料。浮箱的形狀可以是圓柱、長方體或者棱柱長方體的結(jié)合體。選擇何種形狀的浮箱，應(yīng)結(jié)合加工工藝、安裝工藝以及能否有效地增加浮力來考慮?？紤]到下水過程中吃水限制以及進塢拆卸等因素，此次方案需要在艦船首部1.9m水線以下設(shè)置約58m3的浮箱，以滿足增加提供51t的浮力。

2 浮箱布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計

為便于快速裝、拆，使之能承受水壓力的作用而不產(chǎn)生大的變形，根據(jù)船體線型和下水加強結(jié)構(gòu)的布置位置，將浮箱分三個箱體布置。其中1號浮箱設(shè)于#14～#26肋位，長6m，半寬2.15m；2號浮箱設(shè)于#27～#35肋位，長4m，半寬3.5m；3號浮箱設(shè)于#35～#39+250肋位，長2.25m，半寬2.4m。經(jīng)計算浮箱結(jié)構(gòu)排水量為51t（扣除結(jié)構(gòu)自重）。浮箱與船體外板焊接，完工后須進行充氣試驗[3]，保證箱體密性。浮箱線型見圖1。

3 下水結(jié)構(gòu)強度計算

根據(jù)對外方船廠船臺設(shè)施的調(diào)研結(jié)果，修改了下水方案，對下水結(jié)構(gòu)總強度和局部強度進行了校核。

3.1 全船下水重量構(gòu)成

全船下水重量構(gòu)成（方案設(shè)計）見表1。

表1 下水重量構(gòu)成表（方案設(shè)計）

圖1 艏部線型與浮箱線型

3.2 最小仰傾狀態(tài)（中拱狀態(tài)）

3.3 艉浮狀態(tài)（中垂狀態(tài)）

3.4 結(jié)構(gòu)強度計算[4]

本計算利用有限元軟件ANSYS建立模型，進行下水過程的強度校核。在計算過程中，船體結(jié)構(gòu)采用Beam188梁單元進行模擬，下水支撐結(jié)構(gòu)（墩木、鋼梁等）采用combin14進行模擬，船體和設(shè)備等的重量及不同狀態(tài)（中拱和中垂）的浮力作為外載荷均布加載在梁單元。下水結(jié)構(gòu)總強度和局部強度校核按照安裝浮箱下水的方式進行校核。通過計算可知，艦船在下水過程中的中拱和中垂總縱強度是有保證的，局部強度也能滿足要求。

4 浮箱布置優(yōu)化設(shè)計和安裝工藝

4.1 浮箱布置優(yōu)化設(shè)計

下水結(jié)構(gòu)總強度和局部強度計算完成后，進行下水布置優(yōu)化設(shè)計、下水浮箱的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和安裝工藝的制定。在浮箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程中，主要考慮以下幾方面的問題：

1) 浮箱現(xiàn)場安裝及拆除的便利性；

2) 浮箱結(jié)構(gòu)安裝對于船體涂裝的影響程度最??；

3) 浮箱結(jié)構(gòu)在下水過程中變形小、水阻力小、重量輕；

4) 浮箱結(jié)構(gòu)便于制作、安裝、檢驗與檢測。

為了滿足以上要求，將1號浮箱長度向船首加長了0.5m；3號浮箱長度向船尾延伸了1.4m；1號、2號浮箱內(nèi)殼板安裝松木板。這樣既使之重量輕，又與船體外板焊接量少。浮箱加長后，凈排水量基本不變。為了減少下水過程中的水阻力，將3號浮箱后端（迎水面）設(shè)計成近似錐形。為了減小下水過程中浮力作用使浮箱產(chǎn)生的變形，采取頂板與船體間布置支撐槽鋼的優(yōu)化設(shè)計。為了便于制作、安裝，將浮箱上平面設(shè)計成水平面，在浮箱底板上設(shè)置工藝孔。表2為最終設(shè)計的浮箱要素。

表2 浮箱要素表

同時為了便于實時觀測記錄下水時浮箱的吃水，設(shè)計中在1號、2號浮箱前壁布置吃水標記。優(yōu)化設(shè)計后的3對浮箱的排水量為62.762t（排水體積為61.57m3），結(jié)構(gòu)重量為11.5t，浮箱結(jié)構(gòu)及布置安裝圖見圖2～4。

圖2 1號浮箱橫剖面及節(jié)點

圖3 2號浮箱橫剖面及節(jié)點

圖4 浮箱側(cè)視及頂板、底板

4.2 浮箱安裝工藝

1號、2號浮箱以外側(cè)板為基面?zhèn)仍?，完成結(jié)構(gòu)密性后安裝并固定松木板，然后上船臺安裝。3號浮箱以底板為基面正造，然后吊上船臺與船體焊接，并進行密性試驗。

5 結(jié) 語

綜上對下水方案研究、浮箱結(jié)構(gòu)總強度計算與分析可以得出以下結(jié)論和建議：

1) 為了使浮箱安裝快捷、易拆除，對外板涂裝工作影響少，建議浮箱結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足W/Δ≤0.2。當W/Δ＞0.2時，應(yīng)修改浮箱結(jié)構(gòu)形式，即采取與船體外板直接焊接形式，從而確保W/Δ≤0.2。

2) 浮箱的體積盡量小，浮箱上表面不應(yīng)超出加浮箱后的吃水高度，下表面不應(yīng)低于龍骨線。

此次浮箱方案的準備工作給船舶下水提供了一個新的思路。在下水條件苛刻的情況下，為保證船舶安全下水，同時又保證生產(chǎn)進度，浮箱下水方案是可行的。

[1] 盛振邦，劉應(yīng)中. 船舶原理（上冊）[M]. 上海：上海交通大學(xué)出版社，2003.

[2] 程遠勝，吳祥虎，曾廣武，等. 艏艉尖瘦型船舶帶浮筒下水新工藝研究[J]. 中國造船，2008, 49 (2): 121-125.

[3] CB/T 257-2001，鋼質(zhì)海船船體密性試驗方法[S].

[4] 邱華海. 抬船浮箱載船下水總縱強度計算分析[J]. 上海造船，2011, (2): 22-28.