PSPC實(shí)施中舵機(jī)基座焊接影響的解決方案

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

2006年12月8日海上安全委員會(huì)(MSC)第82屆會(huì)議正式通過了《所有類型船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側(cè)處所保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)》(以下稱“保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)”或“PSPC”)，并由SOLAS公約第II-1/3-2條和第XII/6條的修正案引入SOLAS公約，于2008年7月1日強(qiáng)制生效。根據(jù)《保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)》要求:對(duì)于船舶專用壓載艙和散貨船雙舷側(cè)處所，在船體分段合攏后，相連的保護(hù)涂層破損面積超過25或者超過總艙室面積2%的，需要進(jìn)行噴砂處理[1]。這無(wú)疑將嚴(yán)重影響船舶的建造周期、增加船舶的建造成本。減少分段涂裝后保護(hù)涂層的破壞、將破損面積控制在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍之內(nèi)，成為各船企的重要課題。

行業(yè)內(nèi)目前使用最為廣泛的舵機(jī)為撥叉式舵機(jī)。根據(jù)現(xiàn)行的技術(shù)工藝要求，艉部舵機(jī)艙甲板面分段的建造狀態(tài)為反態(tài)，舵機(jī)基座的安裝作為整個(gè)舵系統(tǒng)安裝的一個(gè)重要步驟，應(yīng)在船體艉部結(jié)構(gòu)裝焊工作、火工工作、密性試驗(yàn)完畢后進(jìn)行。舵機(jī)基座的安裝高度，需要通過拉線照光配合舵承座高度確定。特殊的安裝工藝要求決定舵機(jī)機(jī)座的安裝階段必須在分段合攏以后。也就是說，現(xiàn)行舵機(jī)基座的安裝對(duì)壓載艙涂層的破壞不可避免。

以某型319K VLCC為例，艉尖艙各類舾裝件安裝導(dǎo)致的保護(hù)涂層破壞占比見圖1。

319K VLCC船型艉尖艙的總涂層破壞面積為45.839 1 m2，舵機(jī)基座焊接導(dǎo)致的涂層破壞面積為12.214 07 m2，占總破壞面積的近27%。隨著PSPC標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，為降低PSPC壓載艙涂層破壞面積，諸如鐵舾件復(fù)板、攔油扁鐵等，已經(jīng)提前到分段階段燒焊。而對(duì)于以舵機(jī)基座為首的大型基座所引起的涂層破壞，卻始終找不到對(duì)策。

考慮到舵機(jī)基座安裝與涂層保護(hù)之間矛盾的特殊性，從改進(jìn)船體結(jié)構(gòu)設(shè)立隔離空艙、改變基座形式、優(yōu)化舵機(jī)選型三點(diǎn)出發(fā)，來解決舵機(jī)基座安裝和涂層保護(hù)的矛盾。

1 設(shè)立隔離空艙(方案1)

船舶的艉尖艙上頂板通常就是舵機(jī)艙甲板面，舵機(jī)基座就布置在這一層甲板面上，也是整個(gè)艉尖艙涂層破壞面積的主要來源。

以某319K VLCC船型為例，其舵機(jī)為撥叉式舵機(jī)。在該舵機(jī)基座下，增設(shè)隔離空艙，并將舵機(jī)基座的燒焊控制在隔離空艙上，達(dá)到將壓載艙與基座燒焊隔離的目的。其油漆破壞也就不再需要計(jì)入壓載艙涂層破損面積中。舵機(jī)基座下方通過壓縮壓載艙艙容，獲得隔離空艙。隔離空艙大致呈立方體，從舵機(jī)艙甲板面往下，凈空2 m：水平投影面積計(jì)算示意圖見圖2。

1.1 分析

估算在舵機(jī)基座下方設(shè)立隔離空艙，對(duì)艉尖艙艙容的影響。

1)首先估算空艙與舵桿艙重疊區(qū)域體積，見圖3。

V空艙與桿艙重疊區(qū)域體積=15.101 6 m3。

2)估算空艙體積。

V空艙≈74.93 m3;

3)估算空艙艙容。

V空艙艙容=V空艙×kc≈71.558 2 m3。

其中kc為型容積利用系數(shù)，油船多為0.95～0.96。綜合考慮船長(zhǎng)超過150 m和艉尖艙型線相對(duì)復(fù)雜等因素，故估取kc為0.955。

4)艉尖艙艙容損失率。

η損≈2.09%;

1.2 優(yōu)缺點(diǎn)

1)優(yōu)勢(shì)。整個(gè)舵機(jī)基座的下方為空艙或者舵桿艙，成功的解決了原來舵機(jī)基座直接設(shè)在壓載艙頂而影響PSPC實(shí)施的問題，其合攏后的安裝燒焊導(dǎo)致的油漆破壞，不再計(jì)入壓載艙涂層破壞面積之內(nèi)，降低了整個(gè)艉尖艙涂層保護(hù)的實(shí)施難度。隔離空艙以舵機(jī)艙甲板面為上頂，向下延伸，可以繼續(xù)延用原有舵系型式和安裝工藝。

2)劣勢(shì)。由于隔離空艙將占用艉尖艙部分體積，艙容能力將減少約72 m3，對(duì)壓載能力、全船的重量、重心等都會(huì)產(chǎn)生一定影響。

圖3 舵桿艙計(jì)算示意

2 改進(jìn)基座型式(方案2)

目前國(guó)內(nèi)建造的大型鋼制民用海船選用的舵機(jī)主要為撥叉式舵機(jī)，該型舵機(jī)具有可靠性強(qiáng)、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封性好、易于加工、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。但是隨著《保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，其基座占地面積大、安裝不便的缺點(diǎn)也暴露無(wú)遺。

撥叉式舵機(jī)的底座與上舵承是分離的，舵桿及舵葉的重量承受在上舵承上。舵機(jī)基座與上舵承需要分別安裝，增加了拂配墊片和底座安裝的工作量，拉大了施工周期。舵機(jī)基座龐大，相應(yīng)的保護(hù)涂層破壞面積大，布置也不靈活。

在不改變撥叉式舵機(jī)原有優(yōu)勢(shì)的前提下，僅對(duì)其基座形式進(jìn)行改進(jìn)，由原來體積較小的上舵承基座承受整個(gè)舵系(包括舵機(jī)、舵機(jī)基座、上舵承、舵桿、舵葉)的重量、燒焊在舵桿艙頂，而成為新的舵機(jī)基座并配合適當(dāng)?shù)亩鏅C(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)。由于上舵承座的占地面積遠(yuǎn)小于舵機(jī)基座，這樣一來，可以把基座安裝的燒焊區(qū)域控制在舵桿艙頂?shù)姆疵?，則不再受到PSPC標(biāo)準(zhǔn)的制約。見圖4。

仍以某319K VLCC船為例，舵承座安裝引起的燒焊涂層破壞面積可完全控制在舵桿艙上，而不會(huì)對(duì)壓載艙產(chǎn)生影響。

原舵機(jī)基座占地面積大，造成的壓載艙涂層破損面積大，不利于滿足PSPC標(biāo)準(zhǔn)。故考慮改進(jìn)舵機(jī)基座以及相應(yīng)的舵機(jī)結(jié)構(gòu)。

2.1 分析

見圖5、6。新的舵機(jī)基座可作上舵承、舵機(jī)基座和舵機(jī)油箱之用，而且不需要與甲板面直接接觸。相當(dāng)于僅有原來的上舵承基座直接接觸舵機(jī)艙甲板面,且可以完全控制在舵桿艙頂而不影響壓載艙,所以壓載艙涂層破壞面積為零。

圖5 新結(jié)構(gòu)舵機(jī)布置示意

圖6 新結(jié)構(gòu)舵機(jī)共同底座示意

2.2 優(yōu)缺點(diǎn)

1)優(yōu)點(diǎn)。減小基座占地面積,并將其控制在舵桿艙上,不對(duì)PSPC實(shí)施產(chǎn)生影響。新設(shè)計(jì)中雖然同時(shí)對(duì)舵機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一定修改，但由于型式仍為撥叉式舵機(jī)，其安裝精度要求與原來一致,不會(huì)增加安裝難度。新設(shè)計(jì)基座來貨后直接與已鏜好的上舵承基座螺栓連接，舵桿由下面插入后通過上方的液壓螺母壓入到位后即可,估計(jì)可在兩天內(nèi)完成安裝，從而大幅縮短安裝周期。原舵機(jī)油箱放在油缸上面舵機(jī)的控制元件都在油箱上，控制元件的高度高，所以要加操作平臺(tái)，會(huì)造成艉尖艙保護(hù)涂層的破壞。直接利用舵機(jī)基座的箱型結(jié)構(gòu)作為油箱，控制元件位置較低, 則不再需要平臺(tái)，不會(huì)引起涂層破壞。

2)缺點(diǎn)。該設(shè)想僅僅以概念設(shè)計(jì)的形式出現(xiàn)，對(duì)整個(gè)舵機(jī)結(jié)構(gòu)及其基座結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了較大幅度地修改,理想模型沒有經(jīng)過實(shí)踐積累。而如果視為舵機(jī)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，則還需要考慮很多問題，比如其懸臂梁的強(qiáng)度，端部的震動(dòng)，等。諸多的未盡事宜，使其短期內(nèi)無(wú)法應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。

3 優(yōu)化舵機(jī)選型(方案3)

除了目前得到廣泛應(yīng)用的撥叉式舵機(jī)外，常用的還有轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)。長(zhǎng)興一號(hào)線某297K VLCC船型就既使用過撥叉式舵機(jī)，又使用過轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)。從《保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)》的角度來說，選用轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)就在于其體積小，基座幾乎能夠完全地控制在舵桿艙頂上，從而不會(huì)對(duì)《保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施產(chǎn)生影響。

3.1 分析

以一號(hào)線建造的297K VLCC船型為例，比較兩種不同形式舵機(jī)對(duì)壓載艙涂層保護(hù)產(chǎn)生的影響(297K VLCC船型中每艘單船可能略有差異，但為方便論述，假設(shè)其基本近似)。

分別計(jì)算297K VLCC船型上，安裝撥叉式舵機(jī)和安裝轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的壓載艙涂層破壞面積，見圖7、8。

圖7 轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)基座安裝涂層面積破壞計(jì)算示意

圖8 撥叉式舵機(jī)基座安裝涂層面積破壞計(jì)算示意

比較不難發(fā)現(xiàn)，相同船體情況下，轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)安裝造成的壓載艙涂層破壞僅為撥叉式舵機(jī)的十分之一。如果合理設(shè)計(jì)船體，配合調(diào)整舵桿艙結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)安裝甚至可以完全控制在舵桿艙頂，也就是說，其造成的壓載艙破壞面積亦可降為零。

3.2 優(yōu)缺點(diǎn)

1)優(yōu)勢(shì)。與原來的撥叉式舵機(jī)相比，轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)體積小，占地面積近似與撥叉式舵機(jī)的上舵承座，幾乎不會(huì)對(duì)PSPC實(shí)施產(chǎn)生負(fù)面影響。轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)所配套的舵承滑油箱、舵機(jī)儲(chǔ)油箱、舵機(jī)油脂泵的基座型式跟撥叉式舵機(jī)也不相同：轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的以上配套設(shè)備的基座高度均不超過150 mm，且集中布置在舵機(jī)甲板面的中間，所以雖然該艉部分段屬于反態(tài)制作，但由于高度不影響分段運(yùn)輸，這些配套設(shè)備的基座完全能夠提前到分段階段安裝，也就不會(huì)對(duì)PSPC產(chǎn)生不利影響。相反，撥叉式舵機(jī)的配套設(shè)備的基座往往超過500 mm，分段又為反態(tài)制作，其燒焊就無(wú)法提前到分段階段完成，而必須計(jì)入壓載艙涂層破壞面積之中。轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的重量也僅撥叉式舵機(jī)的十分之一，對(duì)于船舶減重也有著重要實(shí)際意義。

2)劣勢(shì)。轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的“雙保險(xiǎn)”為串聯(lián)形式，舵機(jī)基座小，安裝精度要求高，其安裝工藝也需要重新調(diào)整。另外轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的維修也比撥叉式舵機(jī)困難。

4 結(jié)論

3種方案視角各不相同，分別從船體、供方、舾裝給出應(yīng)對(duì)PSPC標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的措施。方案1僅推薦作為補(bǔ)救措施，或在新船設(shè)計(jì)中予以考慮。方案2雖短期內(nèi)無(wú)法運(yùn)用到實(shí)際，但其新視野不拘泥于船廠一方，合理分配壓力，鼓勵(lì)供方、船廠、船東、船檢各方配合，共同應(yīng)對(duì)行業(yè)性變革帶來的挑戰(zhàn)。方案3是3種方案中最為可行的，僅從壓載艙涂層保護(hù)層面來看，就具有明顯的優(yōu)越性，隨著轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)價(jià)格的進(jìn)一步下降和產(chǎn)品質(zhì)量的提升，轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)無(wú)疑將得到更為廣泛的應(yīng)用。

3種方案主要針對(duì)解決壓載艙涂層保護(hù)問題，是概念的設(shè)想。所以，想要將其中任意一種設(shè)想運(yùn)用到實(shí)船建造上，還需要從結(jié)構(gòu)、物資、設(shè)計(jì)、成本、制造、安裝、性能、工藝、質(zhì)量等多個(gè)方面進(jìn)行更為深入的論證。