破冰船舵系安裝與實(shí)踐總結(jié)

尹振軍

(4810工廠，遼寧 大連 116025)

破冰船舵系安裝與實(shí)踐總結(jié)

尹振軍

(4810工廠，遼寧 大連 116025)

隨著國(guó)家對(duì)極地資源探測(cè)和開(kāi)發(fā)的逐步深入，破冰船的需求越來(lái)越大。文章結(jié)合破冰船舵系安裝的研究，重點(diǎn)闡述破冰船舵系特點(diǎn)及主要組成部件，及舵系各部件的安裝條件、安裝方法及安裝檢驗(yàn)描述及總結(jié)，為后續(xù)相似的破冰船舵系安裝提供借鑒。

破冰船；掛舵臂；舵桿；舵葉

破冰船(以下簡(jiǎn)稱破冰船)舵系為機(jī)翼型半懸掛式平衡舵，其特殊性為不但具備常規(guī)船舶的操縱性，還要具備防止破冰狀態(tài)時(shí)冰塊對(duì)舵葉的擠壓變形。

破冰船舵系主要由舵葉(加強(qiáng)型)、冰刀、掛舵臂、舵桿、舵銷、下舵承及舵機(jī)等組成。舵系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 破冰船舵系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1 舵系組成說(shuō)明

舵葉，是產(chǎn)生舵壓力的構(gòu)件，本船舵葉為加強(qiáng)型，局部結(jié)構(gòu)及舵葉外板加強(qiáng)，避免了在破冰狀態(tài)時(shí)冰塊對(duì)舵葉的沖擊變形。舵葉剖面為NAC0020對(duì)稱機(jī)翼型，舵葉面積大約8 m2。主要支撐結(jié)構(gòu)由低溫鐵素體碳錳鋼鑄件舵銷承座、舵桿承座及50 mm厚E級(jí)支撐鋼板組成；輔助支撐結(jié)構(gòu)為14 mm厚E級(jí)橫向及縱向隔板；外板為22 mm厚E級(jí)鋼板。舵葉外板焊接6塊A21H-4型高效犧牲陽(yáng)極進(jìn)行防腐保護(hù)。

舵銷，舵葉輔助轉(zhuǎn)軸，增強(qiáng)破冰狀態(tài)下舵葉抗沖擊性。舵銷為碳錳鋼鍛件，與掛舵臂內(nèi)孔舵銷承襯套配合處熱裝不銹鋼防護(hù)套。中間為1∶12錐度與舵葉舵銷承座液壓連接，底部為液壓螺母、防松裝置于舵葉連接。

掛舵臂，附于船體尾部的臂狀構(gòu)件，用于連接舵銷，增加了舵葉與船體結(jié)構(gòu)連接強(qiáng)度，減少了破冰狀態(tài)下冰塊對(duì)舵葉變形的沖擊。掛舵臂為低溫鐵素體碳錳鋼鑄件，上部與船體結(jié)構(gòu)焊接。中部剖面為與舵葉剖面相同，減少阻力。下部通過(guò)舵銷承襯套與舵銷配合。

舵桿，是舵葉的主要轉(zhuǎn)軸。舵桿為碳錳鋼鍛件，上部為與舵機(jī)通過(guò)漲緊套連接部位。中間為不銹鋼保護(hù)套與下舵承內(nèi)孔舵桿襯套配合。下部為1∶12錐度與舵葉舵桿承座液壓連接，底部通過(guò)液壓螺母、防松裝置和與舵葉連接。

下舵承，固定在船體上，用以支撐舵桿的軸承裝置。下舵承為鋼管和鑄鋼件焊接，上部為26 mm厚B級(jí)板卷制鋼管，與船體結(jié)構(gòu)焊接；下部為鑄鋼件，分別與冰刀掛舵臂及船體結(jié)構(gòu)焊接；下部?jī)?nèi)孔安裝復(fù)合材料的下舵承襯套，并與舵桿配合。

舵機(jī)，舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)兼上舵承功能組件。舵機(jī)為轉(zhuǎn)葉式液壓舵機(jī)，其轉(zhuǎn)矩為320 kN；舵機(jī)通過(guò)漲緊環(huán)連接至舵桿；舵機(jī)主要由上、下缸蓋及轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)組成，由設(shè)備廠成套供應(yīng)。

冰刀，附于船體尾部刀狀結(jié)構(gòu)，防止冰塊對(duì)舵葉沖擊。為低溫鐵素體碳錳鋼鑄件，分別與船體結(jié)構(gòu)和下舵承焊接，剖面與舵葉剖面相似。

2 舵系安裝

2.1 冰刀、下舵承及掛舵臂的安裝

1)安裝條件。冰刀、下舵承及掛舵臂安裝焊接前，機(jī)艙前壁到主甲板以下船體結(jié)構(gòu)裝焊完成，火工矯正結(jié)束；上述區(qū)域內(nèi)的雙層底、艉間艙、機(jī)艙內(nèi)與船體連接的艙室及密性試驗(yàn)工作結(jié)束；拆去艉部軸架區(qū)域內(nèi)的所有輔助支撐，使船體維持自由狀態(tài)在主龍骨墩上；主機(jī)、齒輪箱及拖纜機(jī)等大型設(shè)備吊裝到位或作相應(yīng)壓載。

2)安裝方法。在舵系中心線通過(guò)外板及舵平臺(tái)板處開(kāi)直徑200 mm孔，在主甲板下焊接拉線架，按圖紙定位確定舵系拉線上點(diǎn)，允許偏差3 mm。用1 mm鋼絲線，掛重質(zhì)量75 kg。檢查軸系拉線與舵系拉線偏差不大于3 mm，且偏差應(yīng)具有對(duì)稱性，舵系拉線與基線垂直，垂直度偏差不大于1 mm/m。

初步定位下舵承本體，檢查下舵承鑄件處鏜孔余量是否滿足加工要求；檢查下舵承下端面與舵機(jī)艙平臺(tái)板下端面距離。焊接下舵承與船體連接的腹板，焊接同時(shí)注意焊接對(duì)稱性，焊接同時(shí)監(jiān)測(cè)鑄件內(nèi)孔中心與舵線偏差，當(dāng)偏差大于1 mm時(shí)，調(diào)整焊接順序及位置滿足偏差要求。

在掛舵臂上合適位置焊接吊裝眼板，將掛舵臂預(yù)裝在安裝位置。檢查掛舵臂舵銷襯套處上平面與下舵承下平面的距離滿足圖紙要求，其偏差不大于5 mm，檢查舵銷襯套內(nèi)孔處加工余量。按預(yù)裝位置進(jìn)行對(duì)稱焊接掛舵臂與船體連接處。焊接同時(shí)監(jiān)測(cè)掛舵臂舵銷襯套內(nèi)孔與舵系中心線的偏差不大于1 mm。當(dāng)偏差大于1 mm時(shí)，調(diào)整焊接順序及位置滿足偏差要求。

在冰刀合適位置上焊接吊裝眼板，將冰刀預(yù)裝在安裝位置，確定冰刀中心線與舵系中心線在同一個(gè)平面上。對(duì)稱焊接冰刀與船體及下舵承連接處。

3)焊接要求。定位焊接時(shí)電流比正常焊接時(shí)電流大10～15 A，定位焊避免在焊件的端部、角部等容易引起集中的部位。焊接時(shí)由焊件中間位置向兩側(cè)順序?qū)ΨQ焊接；焊接采用工作時(shí)最小允許電流及電壓(見(jiàn)表1)、多層次焊接方式，控制焊接變形。焊接前對(duì)下舵承、冰刀及掛舵臂進(jìn)行預(yù)熱100～150 ℃，預(yù)熱范圍在焊縫位置兩側(cè)不小于100 mm，焊接后對(duì)焊接部件進(jìn)行保溫緩冷24 h。焊接后進(jìn)行振動(dòng)消除應(yīng)力處理。

表1 CO2氣體保護(hù)焊電壓及電流

4)安裝檢驗(yàn)。焊接后，檢查舵系中心線與下舵承及掛舵臂處內(nèi)孔偏差及加工余量；檢測(cè)舵機(jī)艙平臺(tái)到下舵承下平面、掛舵臂上端面的距離。偏差滿足2.1中2)的要求。

冰帶區(qū)域外板鋼板的對(duì)接焊縫，進(jìn)行100%超聲波探傷并進(jìn)行10%射線探傷復(fù)驗(yàn)；冰帶區(qū)域以外外板的對(duì)接焊縫、鑄鋼件與船體結(jié)構(gòu)縱進(jìn)行超聲波探傷抽查，比例為該類焊縫總長(zhǎng)的20%，且每道焊縫不少于一處；鑄鋼件與鑄鋼件的焊接焊縫采用滲透探傷檢測(cè)，比例為該類焊縫總長(zhǎng)的100%。以上檢測(cè)應(yīng)滿足相應(yīng)的探傷標(biāo)準(zhǔn)中Ⅱ級(jí)要求。

焊接部位涉及到液艙及艙室密性部位，按全船液艙及艙室密性試驗(yàn)圖及工藝要求進(jìn)行密性試驗(yàn)。

2.2 下舵承及掛舵臂的鏜孔

1)鏜孔條件。冰刀、掛舵臂、下舵承及艉軸架安裝焊接交驗(yàn)合格。軸系中心線及舵系中心線交驗(yàn)合格。舵系鏜孔時(shí)禁止大型設(shè)備吊裝移位。鏜孔周圍應(yīng)禁止噴漆等作業(yè)。

2)鏜孔方法。根據(jù)舵系中心線，確定下舵承及掛舵臂內(nèi)孔加工余量。并分別在下舵承下端面及掛舵臂上端面劃出加工圓及檢查圓，焊接四點(diǎn)檢驗(yàn)樣塊，手動(dòng)加工樣塊檢查點(diǎn)，使其與中心線偏差不大于0.035 mm。焊接鏜桿支撐襯套，安裝鏜桿，調(diào)整鏜桿中心線與舵系拉線的偏差不大于0.05 mm。

按表2要求，對(duì)下舵承及掛舵臂進(jìn)行粗、精鏜。使用90°粗鏜刀鏜制內(nèi)孔余量有4 mm時(shí)，更換為90°半精鏜刀，鏜至內(nèi)孔余量為0.5 mm。粗鏜后，檢查鏜桿與4點(diǎn)檢驗(yàn)樣塊的距離偏差不大于0.05 mm。合格后進(jìn)行精鏜，最后一次精鏜時(shí)需一次連續(xù)鏜出，進(jìn)刀方向應(yīng)與軸承壓入方向一致。

表2 粗鏜、精鏜切削要求

3)鏜孔檢驗(yàn)。精鏜后下舵承及掛舵臂內(nèi)孔實(shí)際加工尺寸應(yīng)不大于公稱尺寸0.5 mm，內(nèi)孔的圓度圓柱度應(yīng)不大于0.04 mm；掛舵臂與下舵承中心同軸度偏差不大于0.3 mm。

2.3 舵葉與舵桿、舵銷的研配預(yù)裝

1)預(yù)裝條件。舵葉制作后密性試驗(yàn)合格，內(nèi)表面灌一次環(huán)氧瀝青漆；舵葉與舵桿、舵銷錐度配合面處留直徑1 mm研配及推入余量；舵桿及舵銷精加工交驗(yàn)合格。

2)預(yù)裝方法。將舵桿與舵銷涂色油，裝入舵葉配合處，并根據(jù)舵桿、舵銷與舵葉的接觸情況進(jìn)行研配。研配要求滿足接觸面連續(xù)均勻貼合，在25 mm×25 mm接觸面積不少于3個(gè)點(diǎn)，接觸面積不小于理論面積的80%。

舵葉與舵桿研配均合格后，將舵桿裝入舵葉，旋緊舵桿液壓螺母，對(duì)液壓螺母推力預(yù)壓2 MPa，并再次旋緊液壓螺母，在舵葉與舵桿上結(jié)合面20 mm處劃一刻度線，同時(shí)對(duì)液壓螺母推腔及舵葉漲腔進(jìn)行加壓，推入壓力及推入量滿足表3要求。

表3 舵桿、舵銷推入力及推入長(zhǎng)度要求

3)預(yù)裝檢驗(yàn)。預(yù)裝后，檢驗(yàn)舵桿、舵銷與舵葉接觸面的連續(xù)情況，接觸面積應(yīng)大于80%。舵桿液壓螺母與舵銷液壓螺母的推入長(zhǎng)度及推入壓力滿足表3的要求。

2.4 舵承襯套、舵桿、舵銷與舵葉的安裝

1)安裝條件。舵系鏜孔交驗(yàn)合格，舵桿與舵葉、舵銷與舵葉研配預(yù)裝合格。軸系及螺旋槳附件安裝交驗(yàn)合格。

2)安裝方法。測(cè)量下舵承及掛舵臂鏜孔尺寸，測(cè)量舵軸及舵銷鋼套處外徑尺寸。將測(cè)量尺寸提供給舵襯套廠家進(jìn)行計(jì)算襯套加工的外徑及內(nèi)孔。加工后將襯套放入液氮中，冷凍1 h后，安裝到下舵承及掛舵臂內(nèi)孔，并安裝襯套擋板。

根據(jù)舵線，安裝定位上密封座板，上密封座板中心距舵線中心線偏差不大于0.1 mm，定位后焊接密封座板，焊接時(shí)對(duì)稱焊接，同時(shí)監(jiān)測(cè)中心線偏移不大于0.3 mm，偏移超出0.3 mm調(diào)整焊接順序及部位。

將舵葉吊裝到安裝位置，先按2.3中2)的預(yù)裝方法安裝舵銷及舵銷液壓螺母。將舵桿從甲板開(kāi)孔吊入到舵機(jī)艙安裝位置，連接液壓螺母，安裝舵桿及液壓螺母。焊接液壓螺母止動(dòng)墊板。將舵葉工藝孔可拆板焊接，對(duì)焊接處進(jìn)行打磨補(bǔ)涂。將舵葉用4塊定距塊調(diào)整舵葉的舵銷承座與掛舵臂上下表面距離均勻。

3)安裝檢驗(yàn)。測(cè)量舵桿襯套及舵銷襯套安裝在下舵承及掛舵臂后內(nèi)孔尺寸，減去舵桿及舵銷直徑，安裝間隙應(yīng)不小于1.5 mm。

舵葉、舵桿及舵銷安裝后，檢查舵葉與下舵承、舵葉與冰刀及舵葉與掛舵臂之間間隙滿足圖紙要求，間隙偏差不大于10 mm；檢查舵葉舵銷承座與掛舵臂處間隙滿足圖紙要求，上下間隙偏差不大于8 mm。

用手拉葫蘆轉(zhuǎn)動(dòng)舵葉，舵葉應(yīng)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，且不應(yīng)與掛舵臂、下舵承及冰刀相干涉。

2.5 舵機(jī)的安裝

1)安裝條件。舵葉安裝交驗(yàn)合格，舵機(jī)開(kāi)箱檢驗(yàn)合格，各種證書(shū)完整。

2)安裝方法。將舵機(jī)吊至預(yù)安裝位置，調(diào)整舵機(jī)安裝高度滿足圖紙要求，調(diào)整舵桿與舵機(jī)內(nèi)孔的距離偏差不大于0.06 mm。調(diào)整后按層安裝漲緊環(huán)，漲緊環(huán)螺栓按對(duì)角預(yù)緊，并且整體分4次進(jìn)行預(yù)緊到說(shuō)明書(shū)規(guī)定要求。

研磨舵機(jī)調(diào)整墊片，涂色油檢查，滿足25 mm×25 mm不少于3個(gè)點(diǎn)，接觸面積不小于70%，對(duì)角安裝舵機(jī)螺栓，并且分4次預(yù)緊至說(shuō)明書(shū)規(guī)定的轉(zhuǎn)矩。拆去4個(gè)定位塊。

3)安裝檢驗(yàn)。漲緊環(huán)安裝后，檢查舵機(jī)內(nèi)孔到舵桿距離偏差不大于0.06 mm。

舵機(jī)螺栓安裝后，檢查調(diào)整墊塊與焊接墊塊貼合情況，用0.10 mm塞尺不允許插入，0.05 mm塞尺插入深度不超過(guò)10 mm。

2.6 校對(duì)零位

調(diào)整舵葉下端面中心線距離船中線距離偏差不大于3 mm，同時(shí)調(diào)整舵機(jī)零位與刻度值偏差不大于0.5°。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次破冰船舵系安裝過(guò)程研究，破冰船舵系主要有2個(gè)重要控制點(diǎn)：①舵系中心線與下舵承、掛舵臂及密封座板的中心線偏差值控制，中心偏差主要是控制焊接變形及鏜孔精度；②下舵承、掛舵臂及舵機(jī)平臺(tái)端面距離偏差值控制，端面偏差主要是控制焊接變形和定位精度。

本次破冰船舵系安裝過(guò)程的成功應(yīng)用為后續(xù)破冰船舵系安裝提供安裝經(jīng)驗(yàn)借鑒，圖2為破冰船安裝后實(shí)物圖。

Ice-breaker's ship rudder characterastics and main elements are expounded in its installation,together with the fitting methods and test description,which can be reference for some similar installation of ice-breakers'rudder system.

ice-breaker ship;hanging rudder system;rudder stock;rudder blade

圖2 破冰船舵系實(shí)物圖

尹振軍(1979-)，男，遼寧阜新人，工程師，大學(xué)本科，主要從事船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)及工藝工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.02.005

2015-12-17