某51000DWT散貨船主機(jī)基座螺栓孔問(wèn)題探討

■施振寶

(1.福建省船舶檢驗(yàn)局，福州　350001；2.福州盛航船舶科技有限公司，福州　350009)

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某51000DWT散貨船主機(jī)基座螺栓孔問(wèn)題探討

■施振寶1，2

(1.福建省船舶檢驗(yàn)局，福州350001；2.福州盛航船舶科技有限公司，福州350009)

摘要本文以某51000DWT系列散貨船在首制船監(jiān)造過(guò)程中出現(xiàn)主機(jī)基座螺栓孔鉆偏為例，分析了產(chǎn)生此問(wèn)題的原因，并闡述了解決方案。同時(shí)對(duì)后續(xù)船主機(jī)基座鉆孔工藝提出了改進(jìn)意見(jiàn)。通過(guò)探討此例主機(jī)基座螺栓孔鉆偏問(wèn)題，提出了在船舶建造階段監(jiān)理的防范措施，具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞散貨船主機(jī)座螺栓孔鉆偏解決方案防范措施

0　前言

目前國(guó)內(nèi)一些中小型船廠因受船廠自身造船工藝水平等方面條件的限制，主機(jī)一般采用傳統(tǒng)安裝工藝，即主機(jī)吊裝到位后，以軸系為基準(zhǔn)對(duì)主機(jī)進(jìn)行調(diào)整，隨后現(xiàn)場(chǎng)對(duì)主機(jī)的基座鉆孔。船舶下水后，因機(jī)艙內(nèi)除主機(jī)及軸系安裝外，還有管裝、電裝等多種工程交叉作業(yè)，所以此階段現(xiàn)場(chǎng)鉆孔除了受鉆具工裝影響外，還受機(jī)艙環(huán)境條件的影響。由于鉆孔作業(yè)條件差，所以存在一些不確定因素的隱患，特別是鉆具若未做好工裝，容易導(dǎo)致孔鉆偏。

某船廠51000DWT系列散貨船在造首制船時(shí)，主機(jī)基座在現(xiàn)場(chǎng)鉆孔時(shí)就出現(xiàn)了孔鉆偏問(wèn)題，基座左側(cè)總共28個(gè)螺栓孔中，有22個(gè)出現(xiàn)不同程度孔鉆偏現(xiàn)象，直接影響主機(jī)地腳螺栓安裝。結(jié)果導(dǎo)致該船生產(chǎn)計(jì)劃脫期將近一月，最后延期20天交船，給船廠造成很大的損失。此問(wèn)題具有一定的代表性，下面就通過(guò)實(shí)例進(jìn)行闡述。

1　船舶概況及主機(jī)基座安裝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

1.1船舶概況

該系列船為江海聯(lián)運(yùn)型散貨船，航行于國(guó)內(nèi)近海航區(qū)，適合裝載干散貨，包括谷物、煤、鐵礦石等；其總長(zhǎng)199.95 m，型寬32.26m，型深16.50 m；主機(jī)廠家為滬東重機(jī)股份有限公司，其規(guī)格：MAN B&W 6S46MC-C8，MCR 5640 kW×110 r/min。

1.2主機(jī)基座安裝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

本船主機(jī)基底座與船體基座之間設(shè)計(jì)選用環(huán)氧墊塊，其理論厚度為50mm；船體基座面板厚度為50mm。機(jī)座上左右兩側(cè)面螺栓孔對(duì)稱布置，共計(jì)56個(gè)螺栓孔。根據(jù)廠家推薦采用飛輪端端部面板與止推裝置用螺栓緊固，機(jī)座與船體基座用松配液壓螺栓緊固。其中機(jī)座上有26個(gè)孔徑為φ58mm；另外30個(gè)為帶有內(nèi)螺紋調(diào)整螺栓孔，其孔內(nèi)螺紋直徑為M64×6mm。主機(jī)地腳螺栓為雙頭螺栓，上下兩端螺紋直徑為M33× 3.5，螺栓中間直徑為φ26mm，其長(zhǎng)度為436mm。主機(jī)地腳螺栓安裝結(jié)構(gòu)型式如圖1所示，其上方設(shè)有圓螺母和定距管，下方設(shè)有球面墊圈和球面螺母；主機(jī)飛輪端兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)止推裝置，其孔徑為φ56mm；同時(shí)在主機(jī)左右兩側(cè)還分別各設(shè)有四個(gè)止推裝置；如圖2所示。

主機(jī)一般有兩種安裝方法。第一種是將主機(jī)在船舶下水前吊運(yùn)上船，下水后軸系初排，定位好主機(jī)，接著進(jìn)行主機(jī)地腳螺栓孔鉆孔，待鉆孔結(jié)束后進(jìn)行軸系連接等后續(xù)工作。第二種是利用確定船舶軸舵系時(shí)進(jìn)行主機(jī)理論定位，再進(jìn)行主機(jī)地腳螺栓孔劃線鉆孔，待船舶下水后進(jìn)行復(fù)核以及軸系安裝等后續(xù)工作。本船主機(jī)采用上述中第一種安裝方法。

2　主機(jī)基座螺栓孔鉆偏問(wèn)題產(chǎn)生經(jīng)過(guò)

本船主機(jī)基座在軸系初排定位后(除頂絲孔外)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始鉆孔作業(yè)。碼頭系泊期間，因?yàn)闄C(jī)艙內(nèi)多種工程交叉作業(yè)，中間軸現(xiàn)場(chǎng)又未及時(shí)做好保護(hù)，結(jié)果，在中間軸承安裝時(shí)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)在軸承位置軸表面上有一道電焊損傷凹痕。考慮到軸系的重要性，船廠更換了一根新的中間軸，主機(jī)與中間軸再次對(duì)中。原計(jì)劃于某年9月3日進(jìn)行傾斜試驗(yàn)，后來(lái)船廠調(diào)整至10月4日。10月3日，監(jiān)理工程師同往常一樣上船巡檢。船上工人正抓緊清除船上多余重物，排干貨艙污水井和其他處所的積水等，準(zhǔn)備第二天船舶傾斜試驗(yàn)。

當(dāng)巡檢到機(jī)艙底層時(shí)，發(fā)現(xiàn)在主機(jī)基座飛輪附近端螺栓孔處有氣體往上冒，并且不時(shí)有零星火花冒出。走進(jìn)一看，發(fā)現(xiàn)施工隊(duì)人員正使用氣割槍對(duì)主機(jī)基座螺栓孔進(jìn)行修整作業(yè)。監(jiān)理工程師馬上制止工人這種違規(guī)施工行為，并爬進(jìn)主機(jī)機(jī)座下方的隔離空艙內(nèi)，仔細(xì)檢查主機(jī)基座螺栓孔的現(xiàn)場(chǎng)鉆孔情況，經(jīng)與設(shè)計(jì)圖紙相對(duì)照，結(jié)果發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：

(1)左舷側(cè)已鉆好的26個(gè)螺栓孔中，除了四個(gè)裝有螺栓的孔外，其他螺栓孔中多數(shù)發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)嵌有月牙形鋼塊，鋼塊與基座有點(diǎn)焊現(xiàn)象，如圖3所示?，F(xiàn)場(chǎng)在拆掉鋼塊后，通過(guò)進(jìn)一步檢查，確認(rèn)這些螺栓孔中心均存在不同程度的鉆偏現(xiàn)象，孔呈橢圓狀，明顯存在兩次鉆孔作業(yè)。其中有兩個(gè)螺栓實(shí)際孔中心與理論中心最大偏差值為22mm，如圖4(b)中型式Ⅰ，還有11個(gè)孔中心偏差值在13～18mm范圍之間，如圖4(b)中型式Ⅱ，均影響螺栓穿入。此外現(xiàn)場(chǎng)還發(fā)現(xiàn)飛輪端附近有兩個(gè)未嵌進(jìn)圓鋼的螺栓孔，除了螺栓孔中心鉆偏外，其垂直方向還呈斜狀，該孔口端有氣割修整留下的痕跡。

(2)右舷側(cè)與左舷側(cè)相同，現(xiàn)場(chǎng)已鉆好的26個(gè)螺栓孔。同樣有四個(gè)孔裝有螺栓，其余22個(gè)螺栓孔現(xiàn)場(chǎng)鉆孔情況相對(duì)較好，其孔中心偏差值基本上在0～5mm范圍內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)用螺栓插入檢查，確認(rèn)不影響螺栓安裝。

上述中現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)座螺栓孔尺寸測(cè)量值見(jiàn)表1，表1 中a為螺栓孔中心距左側(cè)孔邊緣的最大距離；b為螺距孔中心距右側(cè)孔邊緣的最大距離，如圖4(a)所示。

表1　主座螺栓孔尺寸

3　原因分析及解決方案

3.1原因分析

影響主機(jī)基座螺栓孔鉆偏問(wèn)題的因素是多面的。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查及詢問(wèn)相關(guān)人員，發(fā)現(xiàn)主機(jī)基座螺栓孔鉆偏的原因主要由下面幾個(gè)方面引起：

(1)主機(jī)基座螺栓孔現(xiàn)場(chǎng)鉆孔時(shí)，氣動(dòng)鉆具工裝未做好。理由是由于麻花鉆頭外徑為φ44 mm，而主機(jī)機(jī)座螺栓孔為φ58 mm，二者之間存在間隙；且鉆頭刀柄長(zhǎng)度較長(zhǎng)，而現(xiàn)場(chǎng)未設(shè)導(dǎo)向套管。因此，鉆頭現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)容易晃動(dòng)，而引起孔鉆偏。

(2)施工隊(duì)鉆孔作業(yè)人員是新招的。鉆孔作業(yè)人員不熟悉鉆孔操作規(guī)程及注意事項(xiàng)，在鉆孔過(guò)程中也未進(jìn)行自查，因此導(dǎo)致左舷側(cè)出現(xiàn)多個(gè)螺栓孔嚴(yán)重鉆偏。

(3)中間軸與主機(jī)二次對(duì)中。由于二次對(duì)中，引起主機(jī)位置調(diào)整變化，機(jī)座螺栓孔位置也隨之變化，加劇了螺栓孔中心位置的偏差。

(4)主機(jī)精對(duì)中時(shí)，為了修正初排時(shí)存在的軸線偏差，其位置可能略有調(diào)整，一般誤差控制在1～2mm范圍之內(nèi)。

(5)主機(jī)安裝工藝比較簡(jiǎn)單，未編制作業(yè)指導(dǎo)書(shū)。未對(duì)軸系安裝過(guò)程中因船體結(jié)構(gòu)變化、測(cè)量誤差、量具誤差及讀數(shù)誤差等可能會(huì)對(duì)主機(jī)安裝位置產(chǎn)生的影響因素充分考慮，更沒(méi)有采取規(guī)避措施。

(6)現(xiàn)場(chǎng)施工未嚴(yán)格按工藝要求執(zhí)行。在環(huán)氧澆灌前，施工隊(duì)明知基座螺栓孔鉆偏，并未及時(shí)溝通采取妥善的解決方案；主機(jī)頂絲孔位置也未鉆孔；而是先灌注環(huán)氧。事后因左側(cè)部部分螺栓孔中心偏斜厲害，從MAN廠家設(shè)計(jì)機(jī)座安裝結(jié)構(gòu)形式可知，主機(jī)座螺孔允許有5.5mm的施工誤差，而實(shí)際孔中心位置偏差值超過(guò)此允許值，不但螺栓裝不下去，而且嵌補(bǔ)圓鋼也同樣裝不進(jìn)去?，F(xiàn)場(chǎng)修正基座孔，擅自用氣割槍修割螺栓孔，然后嵌補(bǔ)圓鋼，以達(dá)到重新鉆孔的目的。

(7)船廠生產(chǎn)安排不合理。船廠為達(dá)到生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)——傾斜試驗(yàn)，不顧及輪機(jī)施工隊(duì)人員的作業(yè)能力及作業(yè)條件，強(qiáng)壓施工隊(duì)完成主機(jī)地腳螺栓預(yù)緊工作。而施工隊(duì)顧及自身的利益，擔(dān)心船廠會(huì)對(duì)其罰款，私自想出彌補(bǔ)整改方案——螺栓孔嵌入圓鋼，重新鉆孔。因該施工方案未得到船級(jí)社及主機(jī)廠家等認(rèn)可，現(xiàn)場(chǎng)為趕進(jìn)度私自修改方案盲目施工，這將會(huì)給船舶正常營(yíng)運(yùn)埋下安全隱患。

3.2解決方案

主機(jī)安裝不論采取何種方法，主要須做到：主機(jī)的固定一定要牢固。保證機(jī)械質(zhì)量、振動(dòng)、搖擺及螺旋槳推力作用下，不會(huì)引起固定螺栓的松動(dòng)和損壞。固定螺栓的強(qiáng)度必須保證主機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)中不產(chǎn)生相對(duì)位移。通過(guò)討論分析，主要有以下3種解決方案：

(1)方案1：將主機(jī)吊離，更換主機(jī)基座面板，主機(jī)與中間軸對(duì)中后，現(xiàn)場(chǎng)重新鉆孔。這方案當(dāng)然是最理想的，但是對(duì)船廠來(lái)說(shuō)，花費(fèi)代價(jià)相當(dāng)大。本船主機(jī)重達(dá)約220t，而如果要換板，必然需要割除上建，吊出主機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)才能進(jìn)行施工作業(yè)。此方案不僅耗費(fèi)周期長(zhǎng)，而且成本高。

(2)方案2：采用擴(kuò)大球面墊圈尺寸方法解決。以往主機(jī)座螺栓孔也有出現(xiàn)過(guò)鉆偏現(xiàn)象，MAN主機(jī)廠家推薦過(guò)此種方法。但一般只有個(gè)別或少數(shù)兩三個(gè)螺栓孔鉆偏，而此次鉆孔出現(xiàn)螺栓孔鉆偏問(wèn)題，不僅數(shù)量多，而且孔中心鉆偏值較大。需要MAN廠家作進(jìn)一步確認(rèn)。同時(shí)還需要考慮船體結(jié)構(gòu)是否滿足；球面墊圈擴(kuò)大后在船體肋板結(jié)構(gòu)開(kāi)孔處安裝位置是否足夠。

(3)方案3：在球面墊面上端增加平面墊塊。球面墊圈尺寸不變，與方案2相比較，不需要加工球面，較易實(shí)現(xiàn)。同方案2一樣需考慮平面擴(kuò)墊塊尺寸在船體肋板結(jié)構(gòu)開(kāi)孔處安裝位置是否足夠。

以上方案通過(guò)與設(shè)計(jì)院及主機(jī)廠家溝通后，得到如下確認(rèn)意見(jiàn)：

(1)關(guān)于主機(jī)座強(qiáng)度問(wèn)題，設(shè)計(jì)院回復(fù)根據(jù)CCS規(guī)范，主機(jī)底板厚33.5mm即可，現(xiàn)在選用50mm的板厚。根據(jù)目前孔的情況，主機(jī)底面板整板強(qiáng)度沒(méi)有影響。

(2)MAN主機(jī)廠家確認(rèn)了方案2或方案3均可行，針對(duì)以上兩種方案，具體回復(fù)意見(jiàn)：

①若采用方案2，根據(jù)表1中螺栓孔測(cè)量尺寸b大于38mm的螺栓孔，都須修改墊圈尺寸。即將球面墊圈外徑由原來(lái)的φ90mm增加φ110mm，同時(shí)將球面墊圈的厚度由原來(lái)的27mm增加到32mm。

②若采用方案3，(1)在球面墊圈上面增加一塊φ110×φ42×10mm圓形平面墊塊，該墊塊材料須選用S45RN或更好的。(2)基于前面提供的測(cè)量數(shù)據(jù)，在編號(hào)#5、#7、#8、#9、#11及#12等共計(jì)13個(gè)螺栓孔，其球面墊圈上方需增加平面墊塊。(3)剩余螺栓孔使用正常球面墊圈尺寸。

上述方案在主機(jī)廠家及設(shè)計(jì)院確認(rèn)后，并經(jīng)船級(jí)社認(rèn)可，最終船東同意船廠采用方案2。具體方案內(nèi)容如下：

(1)將原先嵌補(bǔ)的圓鋼移除；

(2)將原先螺栓孔內(nèi)表以下平面打磨光順；

(3)主機(jī)座左側(cè)螺栓編號(hào)#5、#7、#8、#9、#11及#12等共計(jì)13個(gè)球面墊圈尺寸更換為φ110×φ44× 32mm，材料為S45RN，該球面墊圈由主機(jī)廠家提供；其余球面墊圈按原尺寸。

(4)為了保證螺栓受力均勻，與螺栓下端球面墊圈用專用工具锪平，使螺栓的端面與螺孔中心垂直。

(5)待所有的螺栓及其相關(guān)附件安裝到位后擰緊螺母；

(6)安排經(jīng)驗(yàn)豐富的人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和施工；

該方案安裝示意圖如圖5所示。主機(jī)球面墊圈到廠后，監(jiān)理工程師到倉(cāng)庫(kù)對(duì)重新訂貨的墊圈逐一檢查，確認(rèn)符合要求后，方同意拿到船上安裝。在螺栓穿入前，對(duì)螺栓孔內(nèi)表面打磨及基座面板锪平等進(jìn)行檢查，如圖6所示，嚴(yán)格按照上述確認(rèn)的解決方案執(zhí)行。最終在各方的配合下，順利完成主機(jī)地腳螺栓、橫撐安裝等各項(xiàng)工作。主機(jī)安裝結(jié)束后，通過(guò)測(cè)量其冷態(tài)臂距差及軸承間隙等，確認(rèn)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3結(jié)果驗(yàn)證

主機(jī)安裝完成后，其碼頭系泊試驗(yàn)正常。在接下來(lái)試航期間通過(guò)一系列的試驗(yàn)考核，如主機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)等，主機(jī)及軸系運(yùn)行正常。在試航結(jié)束后對(duì)主機(jī)螺栓安裝情況、主機(jī)臂距差及軸承間隙等進(jìn)行逐一檢查，未發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象，符合設(shè)計(jì)要求。目前，該輪已投入營(yíng)運(yùn)將近兩年，主機(jī)及軸系工作正常。

3.4主機(jī)鉆孔工藝改進(jìn)措施

結(jié)合上述的分析意見(jiàn)，對(duì)后續(xù)船主機(jī)的鉆孔工藝進(jìn)行改進(jìn)。主機(jī)鉆孔工序不變，主要改進(jìn)意見(jiàn)如下：

(1)在鉆桿和主機(jī)機(jī)座間增加套管，如圖7所示，除了起導(dǎo)向作用外，主要是減少鉆頭工作時(shí)晃動(dòng)，提高鉆孔精度。

(2)麻花鉆頭改用空心鉆頭，提高鉆孔質(zhì)量和效率。

(3)編制作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，細(xì)化施工步驟。對(duì)軸系及主機(jī)安裝過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的誤差進(jìn)行控制，并給出具體要求，利于現(xiàn)場(chǎng)控制。

(4)考慮到施工隊(duì)的作業(yè)能力及船廠的施工條件，要求主機(jī)基座鉆孔在主機(jī)與中間軸精對(duì)中后進(jìn)行。

(5)對(duì)施工隊(duì)人員進(jìn)行培訓(xùn)。主要包括兩個(gè)方面：一者是鉆孔操作規(guī)程；二者主機(jī)安裝工藝流程。

通過(guò)對(duì)原先工藝的改進(jìn)，在后續(xù)船主機(jī)基座鉆孔過(guò)程中，螺栓孔中心偏差值均在允許范圍內(nèi)，不影響主機(jī)地腳螺栓安裝。

4　防范措施

主機(jī)是船舶推進(jìn)裝置的動(dòng)力源，好比“人的心臟”，其安裝質(zhì)量的好壞不僅直接影響自身的正常工作，還關(guān)乎船舶的安全營(yíng)運(yùn)。因此，在船舶監(jiān)造過(guò)程中須加強(qiáng)主機(jī)安裝的監(jiān)督檢查。

主機(jī)安裝是船舶建造過(guò)程中的一道工序，同其他行業(yè)一樣，其安裝質(zhì)量受人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)六個(gè)方面因素的影響。因此，為了確保船上設(shè)備的安裝質(zhì)量，主要有以下幾個(gè)方面防范措施：

(1)對(duì)船廠選用的施工隊(duì)(分包方)進(jìn)行資格評(píng)估，評(píng)估范圍為：生產(chǎn)業(yè)績(jī)和資質(zhì)證明；人員的配備，質(zhì)量及材料管理和控制；設(shè)備、生產(chǎn)能力及技術(shù)工藝措施。目的是選用合格的分包方。

(2)核查船廠提供的施工計(jì)劃是否合理；施工方案是否可行；及施工工藝是否覆蓋整艘船的建造過(guò)程，是否經(jīng)過(guò)船級(jí)社批準(zhǔn)。

(3)在重要設(shè)備安裝時(shí)，檢查現(xiàn)場(chǎng)施工人員、安裝工具，包括量具等，是否滿足工藝文件要求。

(4)對(duì)于一些特殊工藝或重要工藝，除要求船廠編制作業(yè)指導(dǎo)書(shū)外，必要時(shí)可以要求船廠安排對(duì)施工人員進(jìn)行培訓(xùn)，以掌握施工要領(lǐng)，確保現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量。

(5)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)巡檢時(shí)，若發(fā)現(xiàn)

有影響建造質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)、隱患或其他方面的影響因素時(shí)，應(yīng)及時(shí)制止。督促船廠采取措施解決后，方同意繼續(xù)施工。

(6)要求船廠加強(qiáng)對(duì)施工隊(duì)的監(jiān)督和管理，建立有效的檢驗(yàn)制度。以利于早期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免問(wèn)題的進(jìn)一步擴(kuò)大。

5　結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐表明，上述中對(duì)主機(jī)基座螺栓孔鉆偏問(wèn)題，采用擴(kuò)大球面墊圈尺寸方案是可行的。由此可見(jiàn)，通過(guò)加大此球面墊圈尺寸，可以在一定程度上擴(kuò)大施工允許誤差。

但對(duì)船東來(lái)說(shuō)一般是不希望這種事后彌補(bǔ)方案。因此，在船舶監(jiān)造過(guò)程中，對(duì)重要設(shè)備安裝需采取防范措施及加強(qiáng)監(jiān)控，以避免此類事件的再次發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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