船用環(huán)氧樹脂墊塊性能介紹及應(yīng)用

宋 川

上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125

造船業(yè)的不斷進(jìn)步，船舶設(shè)備的安裝中，除了常規(guī)的鋼質(zhì)墊片外，越來越多的采用了環(huán)氧樹脂墊塊。環(huán)氧樹脂具備良好的隔熱、抗沖擊、抗壓縮、耐腐蝕、離火自熄等特性，可以現(xiàn)場澆注固化，一次性成型，從而縮短了施工周期，可在一定程度上提高經(jīng)濟(jì)效益，被廣泛應(yīng)用于船舶大、中型設(shè)備的安裝。

特種用途船舶，如鋪管船、鋪纜船、潛水支持船、海工輔助船舶等，相比民用船舶，系統(tǒng)更為復(fù)雜，特種機(jī)械及配套機(jī)械較多，機(jī)械設(shè)備安裝的工作量巨大，比如上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司（下面簡稱振華重工）建造某起重鋪管船上，配置10臺定位錨絞車、2臺艏側(cè)推、4臺可伸縮全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器、2臺全回轉(zhuǎn)主推進(jìn)器，在設(shè)計和建造方面選用合適的安裝方法是一個很重要問題。經(jīng)過設(shè)計論證，結(jié)合實際安裝效果，振華重工在大型設(shè)備安裝方面積累了豐富的經(jīng)驗，在項目設(shè)計和建造階段，針對主機(jī)、發(fā)電機(jī)、推進(jìn)器電機(jī)、艉軸管、絞車等設(shè)備安裝工作開始大面積采用環(huán)氧樹脂墊塊。

1 環(huán)氧樹脂墊塊實用性

主機(jī)、發(fā)電機(jī)、推進(jìn)器電機(jī)、絞車等傳統(tǒng)安裝方法是采用拂配鋼質(zhì)墊片。鋼質(zhì)墊片在使用中存在很多弊端，如：容錯率低、現(xiàn)場的測量誤差，船體基座由于船體彈性變形過程中造成的精度偏差，從第一次測量到最后準(zhǔn)備安裝，累計誤差可能很大，預(yù)制鋼質(zhì)墊塊的匹配度就有可能存在較大誤差；機(jī)加工工作量大，鋼質(zhì)墊片沒辦法完全預(yù)制到位，其中一側(cè)需在現(xiàn)場進(jìn)行邊拂刮邊測量，要達(dá)到滿足精度要求時間不可控，施工周期長；推進(jìn)器電機(jī)、主機(jī)、絞車等設(shè)備，工作狀態(tài)振動較大，而鋼質(zhì)墊片無減振效果。

相比鋼質(zhì)墊片，環(huán)氧樹脂墊塊的優(yōu)點明顯：容錯率高、環(huán)氧墊塊對基座和設(shè)備之間的精度要求相對較低，由于環(huán)氧樹脂表面張力小，所有地方都可以填滿，包括表面凹陷；沒有鋼制墊片的拂配工作，可以直接在室溫條件下進(jìn)行澆注、固化、一次性成型，溫度適宜條件下，一天即可完成澆注、固化，從而大大縮短了施工周期；性能穩(wěn)定、耐腐蝕、不腐蝕金屬；減振效果好，可以有效吸收墊塊上方設(shè)備運行時的振動，相比鋼質(zhì)墊片效果提升8～10倍；抗壓力強(qiáng)度高；使用壽命可達(dá)30年。

艉軸管的傳統(tǒng)定位安裝方法是通過軸系鏜孔來實現(xiàn)，先將軸轂安裝好，人字架、艉柱提前同船體結(jié)構(gòu)焊接在一起，以理論軸系中心線為基準(zhǔn)，按照要求對軸轂鏜孔，艉軸管按照鏜孔尺寸進(jìn)行加工，加工到位后將艉軸管裝配進(jìn)軸轂。存在著諸多問題：加工精度要求很高，但是現(xiàn)場加工質(zhì)量難以保證，經(jīng)常出現(xiàn)加工完成后不匹配的情況，此時就需要進(jìn)行人工拂配；鏜孔周期較長，一般需要一周。

采用環(huán)氧樹脂來處理艉軸管的定位安裝，即不需要進(jìn)行鏜孔工作，艉軸管定位安裝周期可控制在1d或2d；由于環(huán)氧樹脂的抗壓縮性，不易產(chǎn)生偏差，可保證軸系中心線的精準(zhǔn)度和安裝質(zhì)量；同時環(huán)氧樹脂墊塊全覆蓋、接觸面積大、結(jié)合力強(qiáng)的特性保證了足夠的摩擦系數(shù)，避免了艉軸管的滑動問題。

通過綜合評測，采用環(huán)氧樹脂墊塊，相比傳統(tǒng)安裝方法，節(jié)約工時，節(jié)省施工周期，具有很好的實用性和經(jīng)濟(jì)性。

2 環(huán)氧樹脂墊塊強(qiáng)度計算

在強(qiáng)度計算中，主要是計算墊片和螺栓。計算螺栓承載的最大應(yīng)力值，其結(jié)果小于材料許用應(yīng)力即為安全；螺栓伸長量計算中也要一并考慮，并滿足規(guī)范要求；墊片最大應(yīng)力滿足《船用環(huán)氧機(jī)座墊片技術(shù)條件》（CB/T 3514—92）定義，墊塊厚度規(guī)定15～70mm之間，推薦墊塊厚度25～45mm，具體厚度根據(jù)實際需要定義，但是需要修正螺栓壓緊引起的變形量。見表1，主要技術(shù)指標(biāo)。計算過程如下：

（1）準(zhǔn)備資料：設(shè)備布置圖，設(shè)備重量，緊固螺栓尺寸、數(shù)量，受力情況。

（2）計算環(huán)氧樹脂墊塊承壓總面積，計算靜壓應(yīng)力σ1=W/A。其中W—設(shè)備自重，A—環(huán)氧樹脂墊塊有效面積。

（3）環(huán)氧樹脂墊塊螺栓預(yù)緊力的總壓應(yīng)力，σ2=（W+T×Bolt No.）/A。其中，T—緊固螺栓緊固力。

（4）計算緊固螺栓的拉應(yīng)力，σ=4T/（π×d2）。其結(jié)果應(yīng)小于材料許用應(yīng)力，根據(jù)規(guī)定，許用應(yīng)力為屈服強(qiáng)度的80%。

（5）計算螺栓伸長量，S=4σh×Ah×K×Lk/（π×d2×E）。其中，Lk—緊固螺栓長度；Ah—液壓拉升器活塞有效面積；σh—拉伸器的拉伸壓力；K—液壓系數(shù)；E—彈性模量。

（6）船級社退審后即可現(xiàn)場準(zhǔn)備環(huán)氧墊塊的澆注工作。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)

3 環(huán)氧樹脂澆注工藝

環(huán)氧樹脂澆注工藝和施工環(huán)境是影響環(huán)氧樹脂墊塊的澆注效果重要因素，必須保證設(shè)備、人員等綜合配套達(dá)標(biāo)的前提下，方能體現(xiàn)環(huán)氧樹脂澆注的優(yōu)勢。

現(xiàn)場環(huán)氧樹脂墊塊的澆注工作，需要供應(yīng)商服務(wù)工程師現(xiàn)場澆注，并報驗船東和現(xiàn)場驗船師。施工前準(zhǔn)備工作很重要，與墊塊接觸的表面都要清潔干凈，去除油脂、泥水、銹跡、油漆等附著物，施工期間整個施工區(qū)域不允許出現(xiàn)打磨、焊接及其他影響施工現(xiàn)場環(huán)境的操作。

環(huán)氧樹脂澆注需要在適宜的溫度下展開澆注工作，最合適的澆注溫度是20～25℃，如果環(huán)境溫度低于13℃，環(huán)氧樹脂需要提前加熱并做好保溫工作。地腳螺絲緊固后，環(huán)氧樹脂墊塊的壓縮量應(yīng)控制在2‰墊塊厚度。

主機(jī)、發(fā)電機(jī)、絞車等澆注工作，設(shè)備安裝前，需要在設(shè)備基座和設(shè)備底座之間內(nèi)側(cè)部分焊上厚度3mm的鐵擋板；在設(shè)備基座和設(shè)備底座之間塞海綿條；在設(shè)備基座和設(shè)備底座外側(cè)點焊厚度約2mm厚度的鐵擋板，高度為環(huán)氧墊塊厚度加15mm，寬度大約25mm左右，從而形成澆筑口；螺栓孔使用海綿堵塞，鐵板擋和基座之間使用膩子密封；將環(huán)氧攪拌均勻，從注入口倒入，確保液面要高于底座下表面；環(huán)氧樹脂完全固化后，需要拆除前面安裝的鐵擋板，并使用打磨機(jī)對環(huán)氧澆注口按照要求做處理，對整個環(huán)氧墊塊的四周做好清理工作，仔細(xì)檢查環(huán)氧墊塊是否存在氣泡或裂紋等問題，如果發(fā)現(xiàn)問題要及時處理；同時松開調(diào)整支撐件或頂升螺栓，使環(huán)氧墊塊完全受力；拔出堵在螺栓口的海綿，然后擰緊緊固螺栓，達(dá)到設(shè)計的緊固力。

艉軸管環(huán)氧澆注工作，在安裝艉軸管前，需要對艉軸管內(nèi)部進(jìn)行清潔工作，如有銹跡需要打磨掉，要求無油漬、無鐵銹、無泥水。根據(jù)艉軸管大小可采取不同的澆注方法，通常小型艉軸管可采用重力式澆注法，從艉軸管上方的注入口利用環(huán)氧樹脂自身重力慢慢注入環(huán)氧樹脂，環(huán)氧澆注完成后透氣口處會有環(huán)氧流出；而對于中、大型艉軸管，重力法就不再適用，此時需要采用壓力式澆注法，與重力式相反，此時從尾軸管下方的注入口澆注環(huán)氧，使用手搖泵或電動泵提供壓力把環(huán)氧樹脂從下方打壓至上部，環(huán)氧澆注完成后透氣口處會有環(huán)氧流出；軸系對中是一個重要的工作，環(huán)氧墊塊澆注期間的軸系對中定位，艉軸管上配置有調(diào)整螺栓，對中主要是通過調(diào)整螺栓來調(diào)整，等到環(huán)氧樹脂完全固化后，使用割刀割平，并在端口滿焊封閉。

采用壓力式澆注的尾軸管，環(huán)氧樹脂的流動性需要一定的空間，為了保證澆注過程的順利進(jìn)行，環(huán)氧樹脂墊塊的最小厚度應(yīng)當(dāng)大于6mm。設(shè)計階段就需要考慮環(huán)氧澆注的工藝問題，在最終確認(rèn)環(huán)氧墊塊的理論厚度，合理配置，保證軸系理論中心和實際中心的偏移量在許可的范圍內(nèi)。

4 環(huán)氧樹脂墊塊的未來發(fā)展方向

目前環(huán)氧樹脂墊塊在船舶大、中型設(shè)備的安裝中應(yīng)用越來越廣泛，環(huán)氧樹脂墊塊的澆注技術(shù)基本成熟，得到了市場的認(rèn)可。

環(huán)氧樹脂作為一種化工品，隨著近年化工技術(shù)的迅速發(fā)展，環(huán)氧樹脂的性能也逐步提高?？萍嫉陌l(fā)展下，通過添加不同的輔助材料，市場上涌現(xiàn)出多種性能差異化的環(huán)氧樹脂，在韌性、減振、強(qiáng)度等方面有不同程度的提升，可以根據(jù)實際需要選擇相對應(yīng)的環(huán)氧樹脂，從而滿足不同設(shè)備的性能要求。隨著船舶業(yè)對環(huán)氧樹脂的需求和要求提高，未來將會有性能更好、用途更為廣泛的環(huán)氧樹脂墊塊。

5 結(jié)語

環(huán)氧樹脂墊塊具有良好的實用性和經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)前主要應(yīng)用于主機(jī)、發(fā)電機(jī)、艉軸管、絞車等設(shè)備，隨著船舶行業(yè)的發(fā)展，環(huán)氧樹脂墊塊將在更多領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用。