可收放式減搖鰭裝置模塊化制造與安裝工藝研究

牛 俊 顧睿華 饒昌波 陶國(guó)君

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司 上海200129）

引 言

某補(bǔ)給艦其排水量約為20 000 t，按規(guī)范要求應(yīng)設(shè)置減搖裝置，減少艦船在海上航行時(shí)的橫搖運(yùn)動(dòng)，增加艦船穩(wěn)性，改善艦船的適航性，為艦員提供良好的工作和生活條件［1-2］。上世紀(jì)80年代中期，我國(guó)引入模塊化造船理念，開(kāi)始該技術(shù)的研究和探索，經(jīng)過(guò)近三十年的發(fā)展，現(xiàn)代造船技術(shù)已逐步發(fā)展至模塊化的時(shí)代。模塊化設(shè)計(jì)制造能降低艦船建造成本，縮短建造周期，促進(jìn)造船技術(shù)發(fā)展［3］。

減搖鰭裝置按結(jié)構(gòu)型式分為收放式減搖鰭和非收放式減搖鰭裝置兩大類(lèi)［4］，本文簡(jiǎn)單介紹了可收放式減搖鰭裝置模塊化制造與安裝工藝。運(yùn)用模塊化建造方法，將減搖鰭和船體部分結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起制作，從而簡(jiǎn)化了施工工藝，改善了施工環(huán)境，并且通過(guò)設(shè)計(jì)平臺(tái)裝置工裝，側(cè)向安裝減搖鰭模塊，解決了減搖鰭模塊納期到廠安裝技術(shù)難題。

1 減搖鰭裝置組成及主要性能參數(shù)

1.1 減搖鰭裝置組成

減搖鰭裝置主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、鰭、液壓機(jī)組和電控設(shè)備等組成。

1.2 主要性能參數(shù)

（1）結(jié)構(gòu)形式：后收式

（2）型號(hào)：JQA-11-530

（3）鰭的數(shù)量：1 對(duì)

（4）單鰭面積：11 m2

（5）展長(zhǎng)：4.69 m（含梢罩時(shí)為4.866 m）

1.3 設(shè)備型號(hào)及結(jié)構(gòu)參數(shù)

裝置由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、鰭、鰭箱、單鰭潤(rùn)滑管路、液壓機(jī)組、控制箱、啟動(dòng)箱、操作面板等組成，其規(guī)格型號(hào)及結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1所示。

表1 設(shè)備型號(hào)及結(jié)構(gòu)參數(shù)表

執(zhí)行機(jī)構(gòu)由下支承座、上支承座、十字頭組、密封襯套、鰭軸組、鰭柄、連桿組、推力環(huán)組件、收放機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)鰭油缸、反饋裝置、襟翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)、鰭角發(fā)送器等組成，執(zhí)行機(jī)構(gòu)由液壓機(jī)組驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)鰭、收放鰭、復(fù)零、鎖緊等功能。

2 船體結(jié)構(gòu)分析

減搖鰭裝置的外型尺寸（長(zhǎng)×寬×高）約8.7 m×2.65 m×3.4 m，單只重約56 t，安裝角度為減搖鰭軸中心線與船體基線夾角20°（見(jiàn)圖1）。當(dāng)鰭收起時(shí)嵌入船體外板結(jié)構(gòu)內(nèi)，其表面與外板線型一致。

圖1 減搖鰭軸中心橫剖面

減搖鰭布置在本船船舯區(qū)域（位于FR104～FR116之間），靠近船底舭部。該區(qū)域?yàn)殡p殼結(jié)構(gòu)，外板及內(nèi)殼均有線型，每檔肋距為750 mm。其船體雙殼之間主要采用肋板和縱骨加強(qiáng)，雙殼的垂直間距約為1.34～1.7 m（見(jiàn)下頁(yè)圖2）。

圖2 外板和內(nèi)殼展開(kāi)圖

3 技術(shù)難點(diǎn)和施工難度分析

（1）減搖鰭裝置船塢單獨(dú)吊裝定位技術(shù)難度高、時(shí)間長(zhǎng)，質(zhì)量難以保證。

（2）減搖鰭裝置船塢單獨(dú)吊裝對(duì)船體雙殼結(jié)構(gòu)來(lái)講會(huì)產(chǎn)生較多結(jié)構(gòu)性散裝件，給現(xiàn)場(chǎng)帶來(lái)大量的裝焊工作量。雙殼間的垂直間距約為1.34～1.7 m，每檔肋距還有肋板，因此空間狹小，施工環(huán)境惡劣。

（3）減搖鰭到廠后，靠近船底舭部區(qū)域的起重設(shè)備無(wú)法將減搖鰭吊裝到位。

4 減搖鰭模塊化方案

4.1 減搖鰭模塊劃分方案

模塊劃分主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

（1）船體外板必須將減搖鰭裝置全部覆蓋在內(nèi)，模塊結(jié)構(gòu)與周?chē)渌w分段結(jié)構(gòu)連接必須是船體構(gòu)件裝焊。

（2）從船體外板、內(nèi)殼板板縫和分段大接頭來(lái)考慮劃分模塊的大小。

（3）為確保外板、內(nèi)殼板線型，模塊大接頭劃分應(yīng)盡量靠近船體構(gòu)架，一般距構(gòu)架100～150 mm。

（4）將模塊結(jié)構(gòu)劃分成階梯形狀，即外大內(nèi)小的形狀，以便于該模塊由船舷兩側(cè)進(jìn)入安裝。

（5）該模塊由設(shè)備商制造，因此還需考慮模塊運(yùn)輸時(shí)的大小和質(zhì)量。

根據(jù)上述五點(diǎn)模塊劃分原則，最終模塊劃成9.05 m長(zhǎng)×3.4 m寬×3.4 m高，質(zhì)量約66.6 t（不包括散裝件），見(jiàn)圖1和圖2。

4.2 減搖鰭模塊制造

模塊制造具體步驟如下：

（1）建造方式

以外板為基面正造，船體外板、內(nèi)殼板零件按線型在船廠加工到位，其余零件和部件裝焊結(jié)束后一起送設(shè)備廠。

（2）胎架形式

正態(tài)胎板式線型胎架。

（3）施工程序

外板在胎架上鋪板→焊接→構(gòu)架劃線（包括肋檢線和水線定位標(biāo)記線）→設(shè)備（減搖鰭）開(kāi)孔→減搖鰭胎架上定位→其余船體零件和部件裝焊→內(nèi)殼板貼裝→焊接→驗(yàn)收→涂裝。

（4）施工要領(lǐng)

① 外板縱骨安裝時(shí)，提供分段首尾大接縫處安裝角度樣板；

② 提供 FR105、FR107、FR109、FR111、FR113、FR115、FR116肋位的外板內(nèi)卡樣板，樣板上劃出1 500、2 500、3 000水線和9 952、11 000縱剖線；

③ 提供 FR105、FR107、FR109、FR111、FR113、FR115肋位的內(nèi)殼板內(nèi)卡樣板（非構(gòu)架面），樣板上劃出3 000水線和9 952縱剖線。

（5）最后到機(jī)械總裝車(chē)間進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)、鰭葉和液壓系統(tǒng)的裝配和系統(tǒng)調(diào)試工作，從而形成完整的殼、舾、涂一體化的減搖鰭模塊。在減搖鰭模塊脫離胎架前，需標(biāo)出船塢定位基準(zhǔn)線，包括在船體外板上劃出FR113肋檢線，距基2 500 mm水線和首尾端距中9 952 mm的縱剖定位標(biāo)記線等，用于現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)定位需要。減搖鰭模塊實(shí)體見(jiàn)圖3。

圖3 減搖鰭模塊實(shí)體

5 減搖鰭模塊安裝

5.1 安裝方案

根據(jù)船廠生產(chǎn)計(jì)劃，當(dāng)減搖鰭模塊（以下簡(jiǎn)稱模塊）進(jìn)廠時(shí)，主船體已在塢內(nèi)搭載完成，因此無(wú)法自上而下將該模塊直接吊裝到位，而模塊周邊船體結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜，為模塊的安裝增加了難度。根據(jù)減搖鰭軸中心線與船體基線夾角20°特性，制定了側(cè)向平臺(tái)安裝方案，側(cè)向安裝平臺(tái)見(jiàn)圖4。

該方案具體步驟如下：

（1）建造一平臺(tái)，并在平臺(tái)上設(shè)置軌道和軌道小車(chē)，將模塊放置在小車(chē)上，通過(guò)油缸頂推和小車(chē)前面的鋼索牽引，將模塊平穩(wěn)移動(dòng)到安裝位置。

（2）在基本到位后，利用手拉葫蘆將其拉住固定，拆除專(zhuān)用工裝，調(diào)整手拉葫蘆，使模塊上的船體外板肋檢線和水線定位標(biāo)記與船塢內(nèi)四周船體分段外板上勘劃的肋檢線和水線定位標(biāo)記分別對(duì)齊。

（3）劃出模塊外板和相鄰船體分段外板上的余量線，切割余量，將模塊安裝到位。

（4）再次核對(duì)定位標(biāo)記線，同時(shí)檢查模塊上首尾端縱剖線與船體上縱剖線是否對(duì)齊。

減搖鰭模塊具體安裝工藝流程：船體基線測(cè)量→臨時(shí)外板割除→船體外板“十”字線（肋位線和水線）勘劃→外板臨時(shí)工藝孔開(kāi)孔→專(zhuān)用工裝定位及安裝→頂推模塊定位→拆除專(zhuān)用工裝→模塊與船體結(jié)構(gòu)的裝配及焊接（包括補(bǔ)焊工藝孔等）→焊縫無(wú)損檢測(cè)→密性檢查→拆除吊環(huán)等→安裝液壓及電控設(shè)備等→鰭收放及轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作檢查。

5.2 模塊吊裝輔助工裝設(shè)計(jì)

根據(jù)減搖鰭軸中心線與船體基線夾角20°特點(diǎn)，制定側(cè)向安裝平臺(tái)。平臺(tái)上設(shè)置軌道及軌道小車(chē)，模塊放置在小車(chē)上，通過(guò)油缸頂推至安裝位置。

模塊放置在軌道小車(chē)上，小車(chē)配4個(gè)滾輪，滾輪用45號(hào)淬火鋼制造，滾輪與軌道滾動(dòng)摩擦系數(shù)為0.05［5］。其受力圖如圖5所示。

圖4 側(cè)向安裝圖

圖5 減搖鰭箱模塊側(cè)向安裝受力圖

式中：G為減搖鰭裝置重力，kN；N為支反力，kN；T為牽引減搖鰭箱的拉力，kN；μ為滾動(dòng)摩擦系數(shù)（鋼制車(chē)輪與鋼軌）。

減搖鰭裝置重力為666 kN，側(cè)向安裝平臺(tái)坡度α=20°時(shí)，代入式（3）得：

T=G（Sinα+μCosα）= 666×（0.342 + 0.05×0.940）= 25.9 kN，約26 t推力。

從理論計(jì)算結(jié)果來(lái)講，在平臺(tái)上對(duì)模塊采用頂推只要大于26 t就能向上移動(dòng)。

根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)本工裝側(cè)向安裝平臺(tái)（見(jiàn)圖6）。

圖6 側(cè)向安裝平臺(tái)

5.3 焊接工藝

5.3.1 減搖鰭與船體結(jié)構(gòu)焊接

為了保證減搖鰭的使用功能，船體結(jié)構(gòu)與減搖鰭的焊接階段應(yīng)盡可能減小和控制鰭的變形［6-7］。設(shè)備廠對(duì)機(jī)械組合體外板標(biāo)記點(diǎn)間距進(jìn)行測(cè)量并記錄（見(jiàn)圖7中A、B、C、D點(diǎn)）。車(chē)間在裝焊機(jī)械組合體前應(yīng)進(jìn)行復(fù)測(cè)，焊接過(guò)程中對(duì)標(biāo)記點(diǎn)間距定時(shí)進(jìn)行測(cè)量，并控制標(biāo)記點(diǎn)間距變化不大于3 mm，測(cè)量數(shù)據(jù)均予以記錄在如下頁(yè)圖8所示的記錄表中。焊接過(guò)程中應(yīng)對(duì)標(biāo)記點(diǎn)間距定時(shí)進(jìn)行測(cè)量，控制標(biāo)記點(diǎn)間距變化不大于3 mm。

圖7 模塊外板標(biāo)記點(diǎn)

圖8 模塊標(biāo)記點(diǎn)測(cè)量記錄表

焊接順序按圖9由1～21順序完成機(jī)械組合體與船體結(jié)構(gòu)的焊接（注：序號(hào)1、2、3、5、6、7、10、11、13、15、18為肋位方向焊接；序號(hào)4、8、9、12、14、16、17、19、21為外板首尾方向焊接）。

圖9 模塊外板與船體焊接順序

5.3.2 內(nèi)殼板貼裝前結(jié)構(gòu)裝配焊接

（1）貼內(nèi)殼板前，散裝外板縱骨、內(nèi)殼加強(qiáng)縱骨、肋板加強(qiáng)筋、25°頂斜板的裝焊，注意上下對(duì)稱施焊。

（2）結(jié)構(gòu)性驗(yàn)收。

5.3.3 內(nèi)殼板及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的裝配焊接順序

內(nèi)殼板以及加強(qiáng)肋板的焊接（上下同時(shí)進(jìn)行），注意焊接順序（見(jiàn)圖10）。

圖10 模塊內(nèi)殼板與船體焊接順序

5.4 質(zhì)量檢驗(yàn)

5.4.1 減搖鰭模塊及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的無(wú)損探傷

模塊外板、內(nèi)殼板與船體連接焊縫應(yīng)采用100%UT超聲波探傷檢查，超聲波探傷檢查評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)按GB11345-89，符合Ⅱ級(jí)為合格。外板和內(nèi)殼板大合攏的對(duì)接焊縫作14%的射線探傷檢查，射線探傷評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)按GB3323-87，符合Ⅱ級(jí)為合格。

5.4.2 密性檢查

模塊與船體結(jié)構(gòu)焊接完成后應(yīng)進(jìn)行模塊與船體外板對(duì)接焊縫的密性檢查及外板、內(nèi)殼板、水密艙壁焊縫的密性檢查。

5.4.3 放鰭試驗(yàn)及轉(zhuǎn)鰭試驗(yàn)

安裝完成后，在進(jìn)行收放鰭試驗(yàn)和轉(zhuǎn)鰭試驗(yàn)前，拆除鰭葉外板開(kāi)口的臨時(shí)槽鋼加強(qiáng)。

6 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)船體雙殼結(jié)構(gòu)安裝可收放式減搖鰭裝置進(jìn)行分析后，采用船體部分結(jié)構(gòu)與減搖鰭設(shè)備結(jié)合一起進(jìn)行模塊化制造、安裝和焊接工藝等設(shè)計(jì)，得到以下成果：

（1）通過(guò)對(duì)減搖鰭裝置組成和船體結(jié)構(gòu)的分析，制定減搖鰭模塊化方案，成功解決了減搖鰭船塢搭載定位的技術(shù)難題，簡(jiǎn)化了施工工藝，改善施工環(huán)境，并縮短了船塢搭載周期效果。

（2）考慮到減搖鰭設(shè)備晚到廠的情況，船體入塢后無(wú)法利用吊車(chē)吊裝減搖鰭設(shè)備，按減搖鰭軸中心線與船體基線夾角20°的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了側(cè)向安裝平臺(tái)、頂推裝置等，將減搖鰭模塊成功安裝到位。該方法為以后其他類(lèi)似船型安裝大型設(shè)備，并在空間定位和吊裝位置受到限制的情況下提供借鑒。

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