海洋綜合試驗(yàn)船舵系設(shè)計(jì)

莊樂(lè)亭, 毛斌峰

(廣州船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院， 廣東 廣州 510250)

?

海洋綜合試驗(yàn)船舵系設(shè)計(jì)

莊樂(lè)亭, 毛斌峰

(廣州船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院， 廣東 廣州 510250)

介紹某型海洋綜合試驗(yàn)船舵系主要參數(shù)的選取及設(shè)計(jì)特點(diǎn)，針對(duì)該船因舵機(jī)艙層高度低而無(wú)法采用常規(guī)舵系布置方法的問(wèn)題，采取調(diào)整舵柄位置、上舵承基座倒裝與主甲板固定、降低泵組安裝高度等舵系設(shè)計(jì)方法，解決舵機(jī)艙層高度低帶來(lái)的舵系布置安裝難題。

綜合試驗(yàn)船；舵系設(shè)計(jì)；舵機(jī)艙

0 前言

海洋綜合試驗(yàn)船是由廣州船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、建造工程總承包，國(guó)內(nèi)首艘專為試驗(yàn)驗(yàn)證海洋信息電子科學(xué)設(shè)備而研制的專用試驗(yàn)船。該船設(shè)計(jì)排水量3 100多噸，航速大于13 kn，雙機(jī)、雙槳、雙舵，主機(jī)額定功率1 323 kW，采用艏樓船型，尾部設(shè)置了寬闊的試驗(yàn)甲板，可搭載8個(gè)科學(xué)試驗(yàn)方艙，并配備了大型起重機(jī)、直升機(jī)平臺(tái)及搜索雷達(dá)、水聲探測(cè)、無(wú)人機(jī)、無(wú)人艇等專用設(shè)備。舵系統(tǒng)作為船舶的一個(gè)重要操縱裝置，設(shè)計(jì)可靠才能保證船舶順利建造及長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

1 舵系計(jì)算

本船采用2具懸掛式流線型平衡舵，其水動(dòng)力特性參照美國(guó)航空咨詢委員會(huì)(National Advisory Committee for Aeronautics, NACA)資料計(jì)算。在本船設(shè)計(jì)航速13 kn的條件下，按中國(guó)船級(jí)社《國(guó)內(nèi)航行海船建造規(guī)范》的要求對(duì)舵系有關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行計(jì)算[2]。

考慮本船作為海洋試驗(yàn)船，對(duì)操縱性要求相對(duì)較高，結(jié)合尾部線型及船型，采用了懸掛舵，舵面積比μ較常規(guī)雙槳雙舵海船有所增加，取μ=2.8%。

舵桿與舵葉采取有鍵錐形連接，考慮鑄鋼舵承座強(qiáng)度、舵桿在錐體處的安裝工藝及舵桿鍛鋼件的可加工性，剖面厚度比相對(duì)于常用厚度比(0.18～0.21)稍大，取t=0.25。

平衡系數(shù)β=0.225，展舷比λ=1.75，以上參數(shù)取值均處于設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的范圍內(nèi)[3]。

2 舵系布置

本船舵機(jī)艙布置了2套推舵裝置、2臺(tái)油泵機(jī)組、1臺(tái)儲(chǔ)備油箱、連桿、舵柄、舵角限位器等設(shè)備，其中2套推舵裝置和2臺(tái)油泵機(jī)組互為備用。與常規(guī)舵系布置不同的是，由于本船尾部為試驗(yàn)甲板，上層建筑布置在艏部，固定重量也大部分集中于艏部。綜合考慮浮態(tài)后，艏部線型設(shè)計(jì)比較肥大，尾部較瘦，尤其是尾部舵機(jī)艙區(qū)域線型過(guò)瘦，未能設(shè)置平臺(tái)甲板，試驗(yàn)甲板考慮吊放試驗(yàn)設(shè)備的簡(jiǎn)便性也不宜加大型深，這導(dǎo)致整個(gè)舵機(jī)艙的層高較低。

常規(guī)舵系布置中與舵桿連接的部件從上至下通常依次為舵柄、上舵承、下舵承、舵葉[3]。小型船舶的舵系布置，由于尺度小，舵葉、舵桿、上舵承及下舵承的受力也相對(duì)較小，舵機(jī)艙的層高容易滿足舵系的布置要求。中、大型船舶的舵系布置，由于尺度大，舵桿受力也較大，通常在艙底與主甲板間設(shè)有平臺(tái)甲板，上舵承受力部位固定在平臺(tái)甲板上，舵系主要設(shè)備也都布置于平臺(tái)甲板，也不存在舵機(jī)艙層高度問(wèn)題。

本船按照規(guī)范計(jì)算后，上、下舵承間距約為1 620mm，而舵承安裝部位的船底板距主甲板面約為2 000mm，扣除上舵承及舵桿上端安裝余量所需高度，舵桿頂部距主甲板只有約95mm，按照常規(guī)設(shè)計(jì)已無(wú)法安裝舵柄及上舵承。針對(duì)舵機(jī)艙層高度不夠的問(wèn)題，主要采取了以下措施。

2.1 調(diào)整舵柄位置

舵柄位置由常規(guī)的頂端設(shè)置改為設(shè)于上、下舵承之間，如圖1所示。在按規(guī)范對(duì)舵系進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)注意舵柄對(duì)上舵承處的舵桿產(chǎn)生了附加彎矩，計(jì)算過(guò)程應(yīng)正確取值。安裝時(shí)，舵桿先經(jīng)過(guò)下舵承，穿過(guò)舵柄后到達(dá)上舵承并固定在基座上，這種設(shè)計(jì)較常規(guī)舵系來(lái)說(shuō)，對(duì)舵桿的安裝精度及定位提出了較高要求。這種布置方式解決了舵機(jī)艙層高度不夠的問(wèn)題，但是也存在缺點(diǎn)，如使用過(guò)程中舵柄發(fā)生損壞，需要拆卸維修時(shí)，需先拆除舵葉、舵桿后再進(jìn)行舵柄的拆裝修復(fù)，工程量較大。解決此類拆裝難的問(wèn)題，也可以考慮設(shè)計(jì)哈弗舵柄，舵柄采用螺栓緊連接，受力滿足規(guī)范要求并送審認(rèn)可。值得關(guān)注的是，此類設(shè)計(jì)雖解決了問(wèn)題，但也存在維修困難的缺點(diǎn)，并不推薦作為常規(guī)舵系設(shè)計(jì)方法。

圖1 海洋綜合試驗(yàn)船的舵系布置示意圖

2.2 上舵承的固定

本船未設(shè)平臺(tái)甲板，且舵機(jī)艙層高度低，上舵承采用了基座倒裝與主甲板焊接的方式固定，為此對(duì)上舵承基座進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)。

基座由不規(guī)則筒形本體和壓蓋組成，本體下端與上舵承配合開孔，采用彈簧墊圈和螺栓與上舵承連接。本體上端與壓蓋配合開孔，采用橡膠墊圈和螺栓與壓蓋連接。本體縱、橫向設(shè)肘板加強(qiáng)，滿足強(qiáng)度要求，同時(shí)本體高出主甲板面約20mm，方便焊接固定。壓蓋上端采用水泥密封，以避免積水難以清理或產(chǎn)生腐蝕。本體和壓蓋材料均采用牌號(hào)為ZG230-450的鑄鋼，如圖2所示。

圖2 上舵承安裝示意圖

2.3 降低油泵機(jī)組安裝高度

油泵機(jī)組若按正常方式安裝于實(shí)肋板之上，則會(huì)觸碰主甲板。在設(shè)計(jì)前期經(jīng)優(yōu)化調(diào)整后，局部降低油泵機(jī)組基座安裝處實(shí)肋板的高度，并在兩側(cè)增加骨材作為油泵機(jī)組基座，解決了油泵機(jī)組安裝問(wèn)題。需要強(qiáng)調(diào)的是，該問(wèn)題必須在設(shè)計(jì)前期加強(qiáng)各專業(yè)間的協(xié)調(diào)，在技術(shù)設(shè)計(jì)階段做好優(yōu)化，若是在后期建造階段發(fā)現(xiàn)油泵機(jī)組安裝不下，再修改實(shí)肋板高度，返工量會(huì)很大。

3 結(jié)論

本船舵系經(jīng)過(guò)上述優(yōu)化調(diào)整后，很好地解決了舵機(jī)艙層高度的問(wèn)題，順利通過(guò)了船級(jí)社審查。在實(shí)船建造、安裝、系泊及航行試驗(yàn)中，整套舵系安裝順利，運(yùn)行平穩(wěn)，效果良好，也驗(yàn)證了舵系設(shè)計(jì)所采取的相應(yīng)措施切實(shí)可行，優(yōu)化設(shè)計(jì)是成功的。此方法積累了對(duì)舵機(jī)艙層高度低舵系的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以后可供類似船的舵系設(shè)計(jì)提供參考。

[1] 龔金福.一型導(dǎo)彈護(hù)衛(wèi)艇舵裝置的設(shè)計(jì)[J].船舶,1993，6：38-44.

[2] CCS.國(guó)內(nèi)航行海船建造規(guī)范(2012)[M].北京：人民交通出版社，2012.

[3] 中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司，中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司，中國(guó)造船工程學(xué)會(huì).船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)(舾裝分冊(cè))[M].3版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013.

Steering Gear Design of Multipurpose Test Vessel

ZHUANG Leting， MAO Binfeng

(Guangzhou Marine Engineering Corporation, Guangzhou 510250, Guangdong， China)

The method of determining the general parameters and characters of steering gear of a multipurpose test vessel is introduced. According to the level height problem of the steering gear compartment，general steering arrangement methods can not be used. The level height problem to steering gear arrangement is solved by adjusting position of quadrant, reversing up rudder bearing foundation fixed to main deck, and setting height of steering pump foundation，etc.

multipurpose test vessel； steering gear design； steering room

莊樂(lè)亭(1983-)，男，工程師，主要從事船舶舾裝設(shè)計(jì)工作

1000-3878(2017)02-0035-03

U662

A