蒸汽透平驅(qū)動貨油泵的安裝分析與定位工裝制作

梁思淵

(上海外高橋造船有限公司， 上海200137)

0 引 言

VLCC(超大型油船)的貨油泵采用立式蒸汽透平驅(qū)動，透平機安裝在機艙，貨油泵安裝在危險區(qū)域的泵艙，通過1根穿過隔艙氣密填料密封函的中間軸和1根調(diào)整軸以齒形聯(lián)軸節(jié)進行聯(lián)接。這種傳動形式對貨油泵的安裝提出了較高的要求：如隔艙氣密罩是設(shè)備的一部分，其與甲板的焊接安裝不允許出現(xiàn)超差返工，否則會浪費大量的時間、人工，影響后道工序開展，最終導(dǎo)致整個建造周期延長。因此，對蒸汽透平機驅(qū)動貨油泵的安裝須引起足夠重視。基于隔艙安裝形式以及相應(yīng)的技術(shù)要求，須對貨油泵以及貨油泵安裝的整個過程進行分析，整理出施工各階段的質(zhì)量控制要點，并對各個質(zhì)量控制點采用合適的工裝加以控制，確保安裝符合安全、質(zhì)量及進度的要求。

1 蒸汽透平驅(qū)動貨油泵安裝

1.1 蒸汽透平驅(qū)動貨油泵的基本參數(shù)與結(jié)構(gòu)

蒸汽透平驅(qū)動貨油泵的基本參數(shù)與結(jié)構(gòu)(見表1)。

表1 蒸汽透平驅(qū)動貨油泵的基本參數(shù)

蒸汽透平驅(qū)動貨油泵的結(jié)構(gòu)如圖1所示。蒸汽透平驅(qū)動安裝于機艙，貨油泵安裝于貨泵艙，通過帶有隔艙氣密組件的中間軸和傳動軸聯(lián)接，傳動軸聯(lián)接形式為齒輪聯(lián)軸節(jié)。

圖1 蒸汽透平驅(qū)動貨油泵結(jié)構(gòu)圖

1.2 蒸汽透平驅(qū)動貨油泵的安裝要求

一般來說，旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的功率越大，轉(zhuǎn)速越高，其安裝的精度要求也越高。由于表1和圖1顯示，蒸汽透平驅(qū)動功率2 500 kW，貨油泵轉(zhuǎn)速1 200 r/min，因此蒸汽透平驅(qū)動貨油泵的安裝要求比一般泵設(shè)備高，再加上又是在不同艙室安裝，其安裝要求更高。除此以外，其結(jié)構(gòu)還有以下情況：不設(shè)萬向節(jié)裝置的長軸系跨區(qū)域安裝、聯(lián)接，且多節(jié)的聯(lián)軸節(jié)均為剛性聯(lián)接，易受船體的各種變形影響而破壞軸系的同軸度。設(shè)備所在甲板處的結(jié)構(gòu)因設(shè)備運轉(zhuǎn)會引起振動或變形。泵的運行介質(zhì)隨溫度變化，而變化的黏度會產(chǎn)生負(fù)荷變化，如在安裝時不能有效進行每一環(huán)節(jié)的精度控制，設(shè)備在運行時容易產(chǎn)生振動，加速軸承的磨損，影響使用壽命，增加傳動軸的負(fù)荷，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致傳動軸斷裂產(chǎn)生設(shè)備事故，造成損失。所以，必須對定位安裝的每一步驟要求進行詳細(xì)深入的分析。

1.2.1 基座安裝要求

蒸汽透平驅(qū)動貨油泵(包括機艙安裝的蒸汽透平驅(qū)動和貨艙安裝的貨油泵)安裝工藝要求其基座按一類輔機要求安裝。

1.2.2 傳動軸的校中要求

中間軸與貨油泵輸入軸由兩端為齒形聯(lián)軸節(jié)的調(diào)整軸相連如圖2所示，具體要求如下：

圖2 中間軸與調(diào)整軸

(1) 蒸汽透平輸出軸與中間軸對中時，聯(lián)軸節(jié)法蘭的偏移A≤ 0.20 mm，聯(lián)軸節(jié)法蘭的曲折B≤ 0.20 mm。

(2) 中間軸與貨油泵輸入軸由兩端為齒形聯(lián)軸節(jié)的調(diào)整軸相連，聯(lián)軸節(jié)法蘭的偏移A≤ 0.40 mm，聯(lián)軸節(jié)法蘭的曲折B≤ 0.40 mm。

1.2.3 氣密不銹鋼波紋管的安裝要求

如圖3所示：(1)不銹鋼波紋管的長度伸縮度±10 mm ；(2)波紋管的角度差≤5 ° ；(3)波紋管的垂線偏差±8 mm。

圖3 氣密不銹鋼波紋管

1.2.4 泵組接管的安裝要求

泵組的接管法蘭應(yīng)與泵的進、出口正確配接，須按表2要求進行。

表2 法蘭與泵的進、出口連接 mm

1.2.5 隔艙氣密罩殼座板與蒸汽透平平臺甲板焊接要求

座板法蘭下平面距甲板上平面 320 mm，且水平偏差不大于3.5/1 000；將座板與蒸汽透平平臺甲板焊接，焊縫作超聲波檢查。

1.3 蒸汽透平驅(qū)動與貨油泵安裝分析

蒸汽透平驅(qū)動貨油泵的安裝過程按基座安裝、設(shè)備安裝、系統(tǒng)貫通連接順序進行，其中按照分工，鉗工負(fù)責(zé)基座安裝和設(shè)備安裝兩個工序，本文主要對這兩個工序進行分析。

1.3.1 基座安裝

(1) 蒸汽透平驅(qū)動基座定位

蒸汽透平驅(qū)動基座的上平面(包括墊片)距蒸汽透平平臺甲板上平面的高度為 370 mm(或蒸汽透平基座的上平面(包括墊片)距離隔艙氣密罩殼座板法蘭下平面的高度為 690 mm)。輸出軸中心與隔艙氣密罩殼座板的中心誤差 1 mm，輸出軸端面與蒸汽透平平臺甲板上平面的距離為 565 mm。可以看出，基座和設(shè)備的安裝均是以氣密罩法蘭平面和隔艙氣密罩殼座板的中心為基準(zhǔn)。

(2) 貨油泵基座定位

貨油泵基座的上平面(包括墊片)距蒸汽透平平臺甲板上平面的高度為 4 629 mm(或貨油泵基座的上平面(包括墊片)距隔艙氣密罩殼座板法蘭下平面的高度為 4 309 mm)。貨油泵輸入軸聯(lián)軸節(jié)的末端面與中間軸下端聯(lián)軸節(jié)的法蘭面之間的距離為1 595 mm。同樣是以氣密罩法蘭平面為基準(zhǔn)[1]。

1.3.2 對中安裝

(1) 蒸汽透平驅(qū)動軸與中間軸對中

連接蒸汽透平與中間軸，蒸汽透平盤車，檢查蒸汽透平輸出軸與中間軸的對中，應(yīng)滿足工藝的要求；蒸汽透平輸出軸與中間軸聯(lián)軸節(jié)端面間隙應(yīng)滿足圖樣要求。

(2) 中間軸與調(diào)整軸對中

在貨油泵輸入軸的聯(lián)軸器上安裝一假軸。利用假軸檢查中間軸與貨油泵輸入軸的對中，研配貨油泵調(diào)整墊片，研磨后的墊片應(yīng)進行色油檢查，其接觸面應(yīng)符合工藝要求；按照貨油泵底座對基座配鉆定位銷孔和底腳螺栓孔，安裝定位銷和底腳螺栓等緊固件；連接貨油泵以及排出管等；拆掉假軸，安裝調(diào)整軸，緊固上、下聯(lián)軸節(jié)；再次檢查傳動軸的校中；安裝調(diào)整軸，緊固上、下聯(lián)軸節(jié)。

2 蒸汽透平驅(qū)動與貨油泵定位工裝制作

通過以上各零部件的安裝要求以及各階段的安裝順序進行分析，連接機艙的蒸汽透平驅(qū)動與貨泵艙貨油泵的氣密罩的安裝精度控制關(guān)系到整個設(shè)備的安裝精度。其中，尤以氣密罩的焊接變形比較難以控制，而且與之相關(guān)聯(lián)的涉及蒸汽透平驅(qū)動的基座、中間軸以及波紋氣密裝置定位和安裝精度，確保累積誤差控制在最低則顯得尤其重要。另外，考慮到施工作業(yè)場地環(huán)境復(fù)雜、立體交叉作業(yè)的因素，出于對調(diào)整軸進行保護的考慮，以假軸代替調(diào)整軸進行校中，且用假軸也更輕便。貨泵的定位是基于假軸來進行的，所以假軸的加工制作精度也比較重要。

2.1 隔艙氣密裝置定位監(jiān)測工裝

在隔艙氣密罩殼座板安裝過程中，焊接變形比較難控制，施焊時易引起中心偏移和水平偏差。分析認(rèn)為，焊接的難點在于：因為氣密罩是設(shè)備本體一部分，需一次性正確完成，不允許進行修割，以免造成損失。鋼板在焊接過程中會引起拉伸變形，氣密罩的厚度與甲板鋼板厚度不相同，故變形量更是難以控制。

一般采取小電流對稱焊的方式，即在一個工件的兩邊由兩位電焊工同時進行施工焊接，但兩位電焊工操作都是憑各自的經(jīng)驗，因此很難保證誤差在1 mm以內(nèi)。制作定位監(jiān)測工裝，既可將氣密罩精確定位、固定，又可在焊接施工過程中全程監(jiān)控。

2.1.1 定位監(jiān)測工裝的制作

材料選擇：由于氣密罩焊接件的管壁較薄、質(zhì)量較輕，架子選用平整、有一定強度但又比較輕巧的40 mm方鋼型材，壓緊螺栓利用增壓器排氣膨脹節(jié)臨時固定螺栓。焊接結(jié)構(gòu)采用上十字(見圖4)，下一字的結(jié)構(gòu)，上下以螺桿連接、固定。

圖4 上十字示例

功能原理：(1)水平儀通過水平儀標(biāo)準(zhǔn)接口固定于水平儀座板上，制作時座板平行于方鋼十字架。(2)隔艙氣密罩嵌入氣密罩鑲嵌槽內(nèi)定位中心，并在焊接過程中有一定牽引、抗變形作用。(3)等高墊塊定位隔艙氣密罩高出甲板的距離。(4)四塊等高墊塊外垂直線對準(zhǔn)預(yù)開孔十字線定位孔中心。(5)另配備一吊垂塞，可供非精確定位時參考之用，以保護精密水平儀。

2.1.2 定位監(jiān)測工裝的應(yīng)用

定位監(jiān)測工裝應(yīng)用如圖5所示。檢查氣密罩預(yù)開孔位置的正確性，包括距舯線、肋骨尺寸及開孔直徑尺寸，確認(rèn)無誤后取該孔的中心，畫十字中心線，氣密罩法蘭與下一字工裝用螺栓連接，向上穿過機艙甲板與工裝上部連接(鑲?cè)氩蹆?nèi))，以50 mm等高墊塊上的刻度線對準(zhǔn)孔十字線定位點焊等高墊塊，與機艙甲板進行固定并符合尺寸。打開激光水平儀，檢查預(yù)先在艙壁上的水平記號是否抬高了50 mm，沒有則調(diào)整，確認(rèn)后在艙底或平臺底的激光中心點放一個十字靶，并按半徑R=激光水平儀到艙底距離×3.5/100劃圈作為超差線，然后再向心按此尺寸每半徑1/3劃警戒線進行施焊作業(yè)，建議先間斷焊或?qū)呁瑫r焊，同時對激光點在十字靶上的位移進行預(yù)警監(jiān)測焊接完畢，拆下工裝，焊縫做超聲波檢查，合格后進入下一工序[2]。

圖5 定位監(jiān)測工裝

2.2 調(diào)整假軸工裝

調(diào)整假軸用于貨油泵基座定位,貨油泵的安裝校中，以及貨油泵定位安裝完畢與進出口管系對接之后的再次對中，防止校管時破壞軸系，并保護調(diào)整真軸。

2.2.1 調(diào)整假軸工裝的制作

根據(jù)調(diào)整假軸在安裝過程中的作用，要求調(diào)整假軸在實際施工中能夠方便操作、減少步驟、提高精度、壓縮周期，達(dá)到假軸不假的效果，如圖6所示。調(diào)整假軸的結(jié)構(gòu)為槽鋼與鋼管焊接而成，其優(yōu)點是制作簡單、成本較低，在正常生產(chǎn)周期的情況下是比較理想的工裝，但在建造批次調(diào)整、設(shè)備納期不能同步的情況下，勢必要壓縮安裝周期，這就必須考慮對調(diào)整假軸進行優(yōu)化制作。

圖6 調(diào)整假軸

優(yōu)化一：以圓法蘭替代槽鋼(見圖7)，并在端面與中間軸對接處加工一凸肩，與中間軸下端面的凹槽以0.04 mm的間隙鑲嵌，這就無需測量軸中心，以最多0.02 mm的偏差快速同心安裝，保證同心度。

圖7 以圓法蘭替代槽鋼

優(yōu)化二：采用專用雙表表架，如圖8所示，避免磁性表架在管上滑落，并通過幾道關(guān)節(jié)產(chǎn)生擾度和共振度，既提高測量精度又可減少一半的盤車工作。

圖8 雙表表架

2.2.2 調(diào)整假軸工裝應(yīng)用

(1) 在中間軸與蒸汽透平驅(qū)動法蘭對中安裝完畢后，對貨油泵進行對中定位。

(2) 清潔工裝兩端法蘭，使有凸肩一端朝上，并使凸肩鑲嵌入中間軸法蘭的凹槽內(nèi)，貼合平整后上緊法蘭螺栓。

(3) 在貨油泵輸入端法蘭上安裝雙表表架，盤動貨油泵進行校中，定位貨油泵。

(4) 待磨拂調(diào)整墊片、鉆孔、安裝結(jié)束，管路接妥后，重復(fù)(2)、(3)步驟。

(5) 校中符合要求后，拆下表架和工裝，安裝調(diào)整軸。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

由于隔艙氣密罩殼安裝在隔艙預(yù)開孔中間，而機艙端上沿?zé)o法固定，傳統(tǒng)做法是通過細(xì)鋼纜穿在下沿的法蘭孔捆扎，用機艙端葫蘆提升至大概的安裝位置，測量、調(diào)整三維及水平尺寸后點焊定位。焊接時的變形監(jiān)控則是通過不斷移動方框水平儀加方鋼直尺，觀察垂直和水平兩個方向的變化。蒸汽透平驅(qū)動貨油泵隔艙氣密罩殼安裝定位監(jiān)測工裝在現(xiàn)場定位及安裝高效、準(zhǔn)確、安全方面有較大提升。使用工裝后，施工人員投入減少、作業(yè)步驟更少、測量更簡便，安裝質(zhì)量更可控。其中：調(diào)整假軸的優(yōu)化應(yīng)用能減少調(diào)整假軸與中間軸聯(lián)接時的測量、調(diào)整的步驟，安裝一步到位，測量更準(zhǔn)確、快捷；雙表架的應(yīng)用能使校中效率提高一倍，同樣實現(xiàn)了現(xiàn)場作業(yè)的高效、準(zhǔn)確、安全。

(1) 高效方面。使用工裝中的定位槽口，將隔艙氣密罩殼在艙室中的三維空間位置集成于一體，只需對準(zhǔn)十字中心線即可，焊接變形的監(jiān)控不需要頻繁移動方框水平儀和方框直尺，而且遠(yuǎn)離電焊弧的干擾，無需暫停焊接，減少施工作業(yè)環(huán)節(jié)和作業(yè)人員的投入。

(2) 準(zhǔn)確方面。減少作業(yè)現(xiàn)場多次重復(fù)測量的環(huán)節(jié)，最大限度地減小測量誤差以及多步驟的累積誤差，激光靶的長距離放大效果更直觀、更易監(jiān)控。

(3) 安全方面。施工人員數(shù)量和測量次數(shù)的減少，貨艙區(qū)域施工高空作業(yè)環(huán)節(jié)的免除，遠(yuǎn)距離的焊接監(jiān)控，有利于規(guī)避直接或潛在的安全隱患。

3.2 建議

由于貨油泵的進出口口徑比較大且泵艙空間有限，泵進出口兩端的對接彎管比較短，焊接時的變形同樣難以控制，建議使用激光對中儀進行對中及焊接時變形的監(jiān)控。