淺談AZIPOD 推進(jìn)裝置船上安裝

劉明棟 陳曉俊 楊梅 衛(wèi)作駒

（廣船國際總裝一部、技術(shù)中心）

0 前言

44500DWT Arc7 冰區(qū)級(jí)極地凝析油輪是廣船國際為希臘Dynacom 公司建造的全球首艘吊艙推進(jìn)、雙向破冰凝析油運(yùn)輸船，配備2 套AZIPOD 推進(jìn)裝置，型號(hào)為VI2300-I4000H6。該裝置由轉(zhuǎn)舵模塊、推進(jìn)模塊（吊艙）及相關(guān)單元設(shè)備組成，推進(jìn)模塊通過轉(zhuǎn)舵模塊的基座法蘭與轉(zhuǎn)舵模塊連接傳遞扭力；轉(zhuǎn)舵模塊的重量達(dá)到140t，推進(jìn)模塊達(dá)282t，尺寸超大，其基座法蘭加工和設(shè)備安裝精度要求非常高，裝置總圖見圖1。

圖1 AZIPOD 裝置圖

1 安裝難點(diǎn)和重點(diǎn)分析

該推進(jìn)裝置需船舶在船塢搭載達(dá)到安裝條件后進(jìn)行安裝，根據(jù)設(shè)備技術(shù)要求需要焊接兩個(gè)鋼法蘭到船體結(jié)構(gòu)上，然后將轉(zhuǎn)舵模塊使用螺栓安裝到該法蘭上，最后連接推進(jìn)模塊。

轉(zhuǎn)舵模塊基座由法蘭面板及筒體組成?；姘鍨槌笾睆椒ㄌm，材料為高強(qiáng)度鋼DH36-Z25，筒體上下法蘭同心度≤2.0mm，對(duì)前期基座的焊接精度要求高以保證后續(xù)法蘭的加工余量。筒體高度為2050mm，法蘭面板的加工直徑為?5470mm，要求法蘭平面度≤0.35mm，法蘭上72 個(gè)?78mm 的地腳螺栓孔位置公差累積≦3mm，超大直徑法蘭加工難度大、精度要求非常高。

轉(zhuǎn)舵裝置由72 顆M72 地腳螺栓及卡緊板固定在筒體上法蘭，在狹窄空艙里拉緊144 顆卡緊板固定螺栓后（89Nm），再將地腳螺栓對(duì)稱拉緊兩次。筒體法蘭面上涂抹的密封劑有時(shí)限性，必須在8H內(nèi)完成螺栓拉緊工作，因而需要制定周密安裝程序否則無法在時(shí)限內(nèi)完成安裝工作。推進(jìn)裝置體積、重量大，在頂升安裝過程中需要不斷監(jiān)控以免出現(xiàn)碰撞等重大施工問題；推進(jìn)裝置裝置與轉(zhuǎn)舵裝置法蘭配對(duì)時(shí)有兩個(gè)定位銷，對(duì)中允許偏差1mm，推進(jìn)裝置與轉(zhuǎn)舵裝置通過54 顆M90 螺栓固定，螺栓拉伸器重100 公斤，安裝人員需要在狹小的設(shè)備內(nèi)部通過葫蘆不斷移動(dòng)拉伸器拉緊螺栓。同樣設(shè)備連接處涂抹的密封劑有時(shí)限性，8H 內(nèi)完成螺栓拉緊工作具有很大挑戰(zhàn)性，整個(gè)工程任務(wù)非常艱巨、責(zé)任重大，稍有不慎就會(huì)出現(xiàn)重大施工、安全事故。

2 策劃方案

2.1 工藝流程

本項(xiàng)目主要從船上轉(zhuǎn)舵裝置基座拉線、基座法蘭加工、設(shè)備安裝整個(gè)工藝流程方面進(jìn)行研究、策劃，確保工程質(zhì)量滿足設(shè)備安裝要求。轉(zhuǎn)舵裝置基座加工及設(shè)備安裝流程：A201/A301 船塢搭載→拉線→基座法蘭面板及筒體精加工（鏜孔、刮平面、鉆螺栓孔）→轉(zhuǎn)舵裝置安裝→推進(jìn)裝置安裝。

2.2 設(shè)備基座加工

2.2.1 基座法蘭加工的要求

根據(jù)廠家轉(zhuǎn)舵裝置安裝位置公差的要求，可以確定兩個(gè)轉(zhuǎn)舵裝置配對(duì)法蘭中心艏艉、左右方向允許的最大允許偏差范圍、基座筒體垂線度允許范圍等。首先要確定基座法蘭的加工余量；然后確定基座法蘭及筒體的焊接和搭載階段的精度控制數(shù)據(jù)；最后通過拉線來檢查法蘭加工數(shù)據(jù)并進(jìn)行基座法蘭的加工。

2.2.2 基座加工前精度控制

表1 基座精度控制要求

圖2 主推拉線測(cè)量記錄表

廠家圖紙要求轉(zhuǎn)舵裝置基座法蘭上平面精加工后厚度不小于120mm，由于來貨面板厚度135mm，只有15mm 余量，因此基座法蘭所在的分段搭載后，要求法蘭上平面水平度≤5mm，為精加工提供10mm的加工余量?；戏ㄌm內(nèi)孔精加工后內(nèi)徑要求為? 4360±1mm，大機(jī)粗加工到?4300mm，留30mm 余量給精加工；基座下法蘭在分段制作階段開孔?4330mm，給船塢精加工留30mm 余量，筒體所在分段搭載后中心線偏差需要控制在6mm 以內(nèi)。

2.2.3 拉線

2.2.3.1 拉線內(nèi)容

拉線是為了檢查焊接于船體分段、與轉(zhuǎn)舵模塊進(jìn)行裝配的基座法蘭的分中情況，檢查法蘭鏜孔余量、法蘭上平面的加工余量是否足夠，為后續(xù)配對(duì)法蘭的加工做好準(zhǔn)備。同時(shí)，為了控制基座法蘭上平面加工平面度，需要在筒體的前、后、左、右分別打上4 個(gè)記號(hào)，作為檢查法蘭平面的基準(zhǔn)。主推拉線測(cè)量記錄表見圖2。

2.2.3.2 現(xiàn)場(chǎng)拉線數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果，詳見圖3。

2.2.3.3 拉線數(shù)據(jù)分析

（1）通過筒體法蘭半寬數(shù)據(jù)分析可以得出：

①左上基座法蘭分中良好，但右上基座法蘭分中前后偏差6mm、左右偏差4mm，為后續(xù)加工帶來不利影響。

②筒體下法蘭不存在與設(shè)備配合，精度要求低，左下法蘭分中數(shù)據(jù)良好，但是右下法蘭前后偏差達(dá)15mm，分析為焊接時(shí)精度控制有問題導(dǎo)致橢圓變形。

（2）左、右基座法蘭止口厚度數(shù)據(jù)良好，完全滿足加工要求。

（3）綜合法蘭止口厚度和筒體高度可以看到左、右單個(gè)基座的上法蘭和下法蘭在相對(duì)水平方向變形較小。

（4）通過測(cè)量配對(duì)法蘭水平數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：左基座法蘭上左后平面偏高，最大值為6mm；右基座法蘭上后半平面偏高，最大值6mm。而此時(shí)法蘭面板厚度的均值為130mm，所以極限處只有4mm 的加工余量，因此在加工法蘭平面時(shí)必須保證鏜機(jī)的水平，以免出現(xiàn)重大質(zhì)量問題。

2.2.4 基座法蘭加工

拉線完成后，根據(jù)測(cè)量的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行基座法蘭的加工工作。法蘭加工分為兩個(gè)階段，第一階段為法蘭本體的加工；第二階段在本體加工完成后在上法蘭平面加工轉(zhuǎn)舵裝置地腳螺栓孔、定位銷孔和O 型圈密封槽。

圖4 鏜機(jī)水平調(diào)整

圖5 法蘭平面度測(cè)量

2.2.4.1 法蘭本體加工

（1）加工過程。在加工之前需要嚴(yán)格按照拉線定出的水平基準(zhǔn)點(diǎn)和檢查圓調(diào)整鏜機(jī)。在第一階段法蘭本體加工時(shí)將加工過程為：粗鏜→半精鏜→精鏜；先加工筒體上下板內(nèi)圈，內(nèi)孔鏜完后，用鏜機(jī)分別測(cè)量安裝法蘭內(nèi)圈圓跳動(dòng)與上平面圓跳動(dòng)，以此檢查上下法蘭同心度。然后加工安裝法蘭平面，注意精鏜前應(yīng)檢查鏜桿中心是否與筒體法蘭檢查圓中心重合。法蘭上平面加工完后，測(cè)量安裝法蘭的厚度、用激光儀檢查其平面度，用鏜機(jī)測(cè)量法蘭平面圓跳動(dòng)來測(cè)量垂直度。

（2）進(jìn)刀量、切削量對(duì)加工質(zhì)量的影響。粗加工階段，在保證設(shè)備和人員安全的前提下，只要不隨意加大進(jìn)刀量和切削量即可；但在半精加工，尤其是精加工階段，不同的進(jìn)刀量和切削量對(duì)加工質(zhì)量影響明顯，通過現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)，推薦半精加工選進(jìn)刀5檔、切削0.5mm，精加工進(jìn)刀3檔、切削0.3mm。

（3）平面度的保證。配對(duì)法蘭的加工直徑達(dá)到5470mm，如何保證該超大法蘭的平面度是加工的難點(diǎn)，且從拉線數(shù)據(jù)來看，加工前法蘭的平面度為6mm，加工余量最大為10mm，而加工精度要求為≤0.35mm。為保證平面度采取以下措施：

①首先要確保加工鏜機(jī)的水平度，為此技術(shù)人員在距離法蘭上平面520mm 的筒體內(nèi)部的前后、左右共標(biāo)記了4 個(gè)參考點(diǎn)。同時(shí)要求，粗鏜、半精鏜、精鏜前共3 次根據(jù)參考點(diǎn)調(diào)整鏜機(jī)的水平并報(bào)技術(shù)人員確認(rèn)（見圖3）。而半精加工過程中，技術(shù)人員對(duì)兩臺(tái)鏜機(jī)的水平度進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)右鏜機(jī)前后方向水平相差2.2mm/m，如不調(diào)整，法蘭加工的平面度不滿足精度要求，因此對(duì)該鏜機(jī)水平進(jìn)行重新調(diào)整。

圖6 螺栓孔位置與鉆孔工裝

圖7 轉(zhuǎn)舵裝置安裝

②在加工過程中，需要安裝3 個(gè)百分表，不斷監(jiān)控法蘭不平整度和切削量，尤其是在精鏜時(shí)切忌不要隨意加大切削量，同時(shí)不斷對(duì)比刀頭前后2 個(gè)百分表的讀數(shù)，記錄法蘭不平整度以便調(diào)刀。

加工完后，采用激光水平測(cè)量儀檢測(cè)法蘭水平度的結(jié)果為：左配對(duì)法蘭的水平度最大為0.087mm、右配對(duì)法蘭的水平度為0.157mm，加工精度遠(yuǎn)優(yōu)于要求，見圖4。

2.2.4.2 法蘭面螺栓孔、定位銷孔及O 型圈密封槽加工

（1）加工過程。第二階段，在加工之前需要再次根據(jù)水平基準(zhǔn)點(diǎn)和檢查圓來調(diào)整鏜孔機(jī)，然后用鏜機(jī)劃出地腳螺栓孔中心節(jié)圓、O 型圈密封槽加工線。檢查以上劃線沒有問題后再用工裝定出定位銷孔的位置。最后進(jìn)行螺栓孔、定位銷孔和O 型圈密封槽的加工工作。

（2）螺栓孔相對(duì)位置的保證。法蘭面加工完成后，需要鉆72 個(gè)?78mm 的地腳螺栓孔及兩個(gè)定位銷孔。根據(jù)廠家的安裝資料，如果螺栓孔的累積位置誤差超過3mm，則無法完成螺栓的安裝工作。為保證螺栓孔位置誤差和加工精度，技術(shù)人員設(shè)計(jì)并制作了鉆孔工裝，并通過檢驗(yàn)工裝與實(shí)物的一致性后，使用工裝進(jìn)行劃孔預(yù)鉆孔，保證了鉆孔的精確性及簡化了劃孔流程，減少工作量，節(jié)約時(shí)間。最后報(bào)驗(yàn)結(jié)果顯示該工裝很好的保證了螺栓孔的位置誤差和加工精度，見圖5。

2.3 設(shè)備安裝

2.3.1 轉(zhuǎn)舵模塊的安裝

（1）安裝流程1；

（2）合理策劃，保證在密封膠時(shí)效性內(nèi)完成安裝工裝。

在吊裝轉(zhuǎn)舵裝置之前要特別注意檢查設(shè)備的完好性，尤其是檢查轉(zhuǎn)舵裝置上的水密封墊片，確認(rèn)無損壞。落座之前必須先將兩個(gè)定位銷安裝到位，以保證設(shè)備下法蘭螺栓孔與配對(duì)法蘭螺栓孔對(duì)正，防止出現(xiàn)重新吊起對(duì)正的情況。

圖8 吊艙頂升安裝圖

由于法蘭平面涂抹的密封劑具有時(shí)效性，廠家安裝說明書要求轉(zhuǎn)舵裝置的72 顆地腳螺栓要在8 個(gè)小時(shí)內(nèi)對(duì)角拉緊兩遍。為了滿足安裝時(shí)間要求，首先在工具準(zhǔn)備方面，采用兩臺(tái)中空液壓扳手同時(shí)對(duì)角拉緊，人停機(jī)不停。

其次，所有螺栓編號(hào)，分組，每個(gè)液壓扳手對(duì)應(yīng)拉緊相應(yīng)螺栓，以免拉緊過程中出現(xiàn)重復(fù)拉緊或遺漏。

最后是在轉(zhuǎn)舵裝置落座后盡量縮短穿螺栓的時(shí)間，分四檔人力分別進(jìn)行涂油脂、裝螺母、安裝螺栓卡緊板和固定螺母止動(dòng)板。

第一次左轉(zhuǎn)舵裝置地腳螺栓安裝、拉緊所用時(shí)間為7.3 小時(shí)，第二次右轉(zhuǎn)舵裝置地腳螺栓安裝拉緊所用時(shí)間僅為6 小時(shí)，結(jié)果證明本次安裝工作策劃的合理性。

2.3.2 推進(jìn)模塊的安裝

（1）安裝流程2；

（2）推進(jìn)模塊對(duì)中頂升：

該推進(jìn)模塊長10m、寬4.9m、高7.9m，重量達(dá)290 噸，裝置上法蘭面與轉(zhuǎn)舵裝置法蘭配對(duì)時(shí)有兩個(gè)定位銷，對(duì)中允許偏差1mm；同時(shí)裝置法蘭邊緣與筒體內(nèi)壁邊緣的間隙單邊僅為180mm，對(duì)中調(diào)整的空間受限。為保證安裝的精度和安全，設(shè)計(jì)新的托架，帶有斜度，與吊艙推進(jìn)裝置的角度現(xiàn)一致，吊艙放置到平板車上后，保證吊艙的頂部法蘭基本水平。同時(shí)工裝托架設(shè)置四條支腿，在使用三維頂升機(jī)頂起工裝架時(shí)，保證吊艙裝置與托架一起頂升，并通過三維頂升機(jī)聯(lián)動(dòng)調(diào)整吊艙前后左右平移，以便對(duì)正吊艙安裝法蘭。

（3）推進(jìn)模塊與轉(zhuǎn)舵模塊連接：

圖9 吊艙安裝

在推進(jìn)模塊與轉(zhuǎn)舵模塊將要接觸時(shí)需要4 個(gè)人不斷監(jiān)控推進(jìn)裝置上法蘭與筒體內(nèi)壁邊緣的間隙，并且下方操作頂升工作的人僅能聽從以上4 人的指揮。然后留一定的空間涂抹法蘭面的密封劑，注意不能太厚，否則會(huì)在拉緊螺栓時(shí)出現(xiàn)問題。在兩法蘭面接觸中要觀察定位銷是否能傳入銷孔中，如不能則需要通過頂升機(jī)微調(diào)推進(jìn)裝置的位置。由于法蘭接觸面涂抹的密封劑有時(shí)效性，需要在8 小時(shí)內(nèi)完成螺栓拉緊工作，因此與轉(zhuǎn)舵裝置一樣，螺栓拉緊之前將所有螺栓編號(hào)，分組，每個(gè)液壓拉伸器對(duì)應(yīng)拉緊相應(yīng)螺栓，以免拉緊過程中出現(xiàn)重復(fù)拉緊或遺漏。鑒于施工人員對(duì)流程不熟悉以及液壓拉伸器不易移動(dòng)，左推進(jìn)裝置首先安裝所用的時(shí)間為7.8小時(shí)；安裝右推進(jìn)裝置時(shí)施工人員熟練度明顯提高，用時(shí)為6.4 小時(shí)。

3 結(jié)束語

我們成功完成了極地凝析船左右兩套轉(zhuǎn)舵裝置和吊艙推進(jìn)裝置的安裝，并且獲得了ABB 服務(wù)商的認(rèn)可，通過了船東船檢的檢驗(yàn)，為極地凝析船按期出塢提供了保障。

本船AZIPOD 是目前國內(nèi)首次安裝的最大、最重的吊艙推進(jìn)系統(tǒng)。設(shè)備安裝過程中船廠解決了超大直徑法蘭加工難題，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)；針對(duì)設(shè)備安裝過程的關(guān)鍵技術(shù)和復(fù)雜性特制定了安裝作業(yè)指導(dǎo)書，為后續(xù)同類推進(jìn)器船上安裝提供參考。