82 000 t系列散貨船上建煙囪整吊方案設計

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.033

摘" 要：該文主要介紹新一代82 000 t系列散貨船的上建煙囪總段合并建造及吊裝的可行性方案設計，并簡述設計過程中出現(xiàn)的若干焦點問題及解決方案，最后借用吊裝分析軟件對上建煙囪總段整體吊裝方案進行仿真驗證，保證上建煙囪總段的強度與剛度符合建造要求。通過上述的研究方法，上建煙囪總段的結構形式得到進一步的優(yōu)化，受力薄弱區(qū)域得到進一步加強，吊裝實踐過程的安全性與可靠性得到進一步增強，為順利交船甚至提前交船打下堅實基礎。

關鍵詞：完整性；合并建造；吊裝；結構加強；仿真驗證

中圖分類號：U671" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）32-0１３２-0４

Abstract： This paper mainly introduces the feasible scheme design of the combined construction and hoisting of the upper chimney section of the new generation 82 000 ton series bulk carrier， and briefly describes some focus problems and solutions in the design process. Finally， the hoisting analysis software is used to simulate and verify the overall hoisting scheme of the upper chimney section to ensure that the strength and stiffness of the upper chimney section meet the construction requirements. Through these research methods， the structural form of the total section of the upper chimney has been further optimized， the weak area has been further strengthened， and the safety and reliability of hoisting practice have been further increased， so as to lay a solid foundation for smooth delivery or even early delivery.

Keywords： integrity; combined construction; hoisting; structural reinforcement; simulation verification

中船澄西船舶修造有限公司（以下簡稱“公司”）新承接的82 000 t系列散貨船，是經過設計院各項優(yōu)化的第四代船型，其在載貨量、產品性能、環(huán)保等方面都得到了進一步提高。此前建造的舊型船均采用上層建筑與煙囪分開建造、吊裝的形式，有著建造周期長、總段舾裝完整性差等一系列痛點。隨著建模2.0及工序前移的深入推進，船舶總段要求愈來愈大型化，總段的舾裝完整性要求更高[1]。經公司各部門討論決定，新一代船型采用上建煙囪整體吊裝的形式。

1" 總段概況介紹

船舶大型化及預舾裝程度的提高，使得上層建筑整體尺寸與重量越來越大，剛性越來越小，因此上建煙囪總段的整體吊裝變得更加困難[2]。設計將該型船的上建與煙囪共計10個分段合并為一個總段，同時將駕駛室舷墻、雷達桅桿、物料吊、救助艇吊、鍋爐和排煙管等大型構件及設備一并安裝到位。除最下層外，其余每層的復合巖棉板、甲板敷料、家具及油漆等均應施工完成。腳手架、施工設備、工具等在吊裝前均需吊離總段。整個總段外形最大尺寸為長度方向23.8 m，寬度方向32.26 m，高度方向28.41 m（包含雷達桅桿）。該型船的上建煙囪總段整體設計重量約為688.28 t，總段重心長度方向于FR22+587 mm，寬度方向于右舷距中354 mm（右舷為負），高度方向于B甲板向上1 617 mm。詳細的重量重心數(shù)據(jù)見表1。

2" 吊裝方案設計

2.1" 設備及方案

本次總段的吊裝采用公司1 600 t大浮吊進行，用4只400" t的大浮吊主鉤進行聯(lián)合吊裝，并采用側面吊裝的方式上船搭載。浮吊在起重過程中，重物會給整臺浮吊一個很大的傾覆力矩[3]。因此，根據(jù)場地以及起重設備情況，起吊時大浮吊扒桿仰角設計為45.4°，對應吊重為861 t。浮吊移位及上船安裝時，大浮吊的扒桿仰角設計為58°。

2.2" 吊耳及加強設計

總段共設6個吊耳（左右舷都對稱，共3對），一對八眼吊耳布置于上建駕駛室外，一對雙眼吊耳布置于上建尾部，另一對雙眼吊耳布置于煙囪百葉窗上方。吊耳應布置在構件區(qū)域，可以有效傳遞所受的拉力[4]。吊耳孔直徑為80 mm，后鏜孔至89 mm。所有吊耳的甲板區(qū)域以及圍壁板均做加厚處理，吊耳孔的間距為半檔肋位，每塊吊耳肘板反面均增加或修改加強結構。由于駕駛室窗戶玻璃均需在總段階段安裝完成，而上建煙囪總段的吊耳布置均在駕駛甲板上（駕駛室窗戶玻璃附近）。為防止出現(xiàn)結構吊裝變形導致的窗戶玻璃破裂等情況，在上建煙囪總段吊耳肘板與羅經甲板的T排梁之間，共增加4根20號槽鋼。

2.3" 吊索具設置

大浮吊的2號、4號主鉤單側鉤頭懸掛2根10 m的鋼絲繩，對折使用，鋼絲繩直徑80 mm，對折后通過55 t卸扣分別與直徑76 mm的15 m鋼絲繩相連，再通過55 t卸扣與吊耳孔直接相連，采用1號和3號與2號和4號的交錯連接方式；1號、3號主鉤單側鉤頭掛1根9 m的鋼絲繩圈，對折使用，鋼絲繩直徑85 mm，下方掛250 t滾輪卸扣，滾輪卸扣下穿20 m鋼絲繩，鋼絲繩直徑85 mm，對折使用，最后通過55 t卸扣與吊耳孔直接相連。55 t卸扣共計38只、85 t卸扣共計2只（該型卸扣的使用是為了調節(jié)鋼絲繩長度，使鋼絲繩受力均勻），250 t滾輪卸扣共計4只?？偠握w的吊裝方案設置示意圖如圖1所示。

2.4" 場地、建造等設計

總段在港池東北角300 t場地總組，為兼顧分段與總段吊裝，設計總段重心距碼頭45 m?？偠沃苯釉诘孛娼ㄔ?，通過墊墩工裝、槽鋼與地面（預埋鐵）相連。為防止總段起吊后嚴重晃動導致的結構損壞以及人員擠壓傷害，需要在上建底層外側增加槽鋼進行限位，位于左右艙壁FR25位置處以及前艙壁L0處。羅經甲板上左右舷靠近總段吊耳的天線不裝，防止掛鉤時被吊索具撞壞。因煙囪及上建尾部新增了雙孔吊耳，其鋼絲繩與物料吊扒桿干涉，需提前將物料吊扒桿轉向羅經甲板固定。上建煙囪總段的定位銷子共設置3只：首部LP3位置設置1只，高為500 mm，與其干涉的踏步梯需等上建煙囪總段整體吊裝結束后安裝；左舷艙壁FR26處設置1只，高為400 mm，干涉的踏步梯需等上建煙囪總段整體吊裝結束后安裝；右舷艙壁FR26處設置1只，高為300 mm，同樣，干涉的踏步梯等上建煙囪總段整體吊裝結束后安裝。

3" 重點、難點設計

為更好、更科學地進行難點方案策劃，作者將學習發(fā)明問題解決理論（TRIZ）并應用。該理論將創(chuàng)造發(fā)明的內在規(guī)律和原理進行了歸納總結，重點在于澄清和強調系統(tǒng)中存在的矛盾，其目標是徹底解決矛盾，從而達到最終理想狀態(tài)[5]。

3.1" 小平臺吊裝設計

由于總段最下層PD12C分段帶有左右舷2塊小平臺，平臺與總段主體只有小部分連接，左舷平臺重約5 t，右舷平臺重約18 t。原設計2塊小平臺需待總段整體吊裝結束后單獨安裝，后考慮到完整性以及碼頭吊裝難度等問題，優(yōu)化原先方案，將2塊小平臺在總段階段組到位，跟隨總段一起吊裝。小平臺固定的方案有二：其一為槽鋼斜撐的剛性連接形式，其二為鋼絲繩的柔性連接方式。由于方案一所需槽鋼過長、耗材大、結構弱和破壞完整性等缺點被排除，遂選用方案二。經過有限元仿真計算，在左右舷小平臺上各設計2只D-10吊耳，且在上方PD41C分段的舷墻上表面設計2只T-10吊耳，設計在上表面可以防止割除時對翅膀外面油漆的破壞。為保證鋼絲繩能調節(jié)長度且受力均勻，上下吊耳之間除了用鋼絲繩連接外，在鋼絲繩中間還需增加花籃螺絲，所有連接部件強度均應大于10 T，具體形式如圖2所示。

3.2" 物料吊擺放設計

根據(jù)起重能力以及完整性等方案的考慮，該總段尾部的物料吊也將在總段階段安裝完畢。由于上建尾部和煙囪上也設計了雙孔吊耳，且兩吊耳間懸掛有鋼絲繩，若按圖紙將物料吊安裝到位（即物料吊機固定于擱架），必然會與起重鋼絲繩形成干涉。因此，將物料吊安裝后，需旋轉50°至羅經甲板上方。在羅經甲板上方放置一個船臺鵝卵石沙箱，作為扒桿擱置工裝使用。強度及剛度經計算均滿足建造要求，如圖3所示。

3.3" 吊耳重復利用設計

該型船為大批量系列船，若按傳統(tǒng)模式設計吊耳，僅能使用一次，會造成大量材料浪費，增加施工成本。因此，在煙囪及上建尾部吊耳的設計上，采用了雙邊肘板的形式，雙邊肘板會更加有效地控制切割變形。吊耳鋼材的強度驗算內容包括：受拉強度、剪切強度、拉剪強度、吊耳孔承載力和錨固底板強度驗算[6]。在強度驗算合格的基礎上，吊耳根部增高50 mm，作二次切割使用，大大提高吊耳的材料利用率。為避免切割后的吊耳流轉周期長的問題，在流轉形式上，需間隔1條船使用。

3.4" 完整性設計

船舶制造是制造業(yè)的一個大類，是一個綜合性的工程[7]，因此上建煙囪總段完整性設計顯得尤為重要。由于首制船設計周期緊，前期各類資料提供不準確，因此首制船在設計時做了保守處理，即上建煙囪總段吊耳下方的窗戶孔均封閉，并加以固定。待后續(xù)船的各項數(shù)據(jù)完整后重新進行有限元計算，并結合首制船吊裝的實際情況，對后續(xù)所有船進行優(yōu)化：上建煙囪總段所有的窗戶孔全部開設到位，并全部安裝好窗框和復合巖棉板等，大大提高總段完整性且避免了后續(xù)施工對前道工序的破壞性。

4" 總段強度校核

該總段采用TSV-BLS吊裝軟件進行吊裝強度有限元分析，較于傳統(tǒng)的吊裝軟件，本軟件大大節(jié)省建模時間，且可以分析吊索具干涉、調整吊裝狀態(tài)等[8]。本章節(jié)所示結果為加強優(yōu)化之后的最終結果。除特殊位置外，網格大小為200 mm×200 mm。上建煙囪總段結構材料包含A級鋼、AH36高強鋼、DH36高強鋼，彈性模量均為2.06×105 N/mm2，泊松比0.3，密度7.85×10-9 t/mm2。模型網格處理好之后調整重量重心，使之與理論數(shù)據(jù)相契合。在仿真部分，模擬大浮吊的4只主鉤，創(chuàng)建4個吊點，并根據(jù)設計的吊索具，配置好對應的鋼絲繩索模型。運行文件后可得出各個吊耳孔的受力情況，最后提交運算。

計算結果如圖4所示，整體形變最大為6.63 mm，位于右舷的加強槽鋼上；最大應力為73.61 Mpa，位于相同槽鋼位置。二者均符合公司規(guī)定的強度與剛度建造要求。

5" 結束語

船舶總段的吊裝是船舶建造的一個極其重要的環(huán)節(jié)，需要考慮的因素比較多，所以在吊裝之前的設計階段，通過策劃總段方案，可以對實際建造起指導作用，對安全、高效、高精度造船有著極其重要的意義。本論文對公司新型82 000 t系列散貨船的上建煙囪總段吊裝方案進行設計，從總段的概況、吊裝布局等基礎設計展開敘述，著重闡述了在整個設計過程中的重點、難點問題，并對其進行吊裝有限元分析，確認其強度以及剛度均滿足建造要求，生產現(xiàn)場也已圓滿完成該總段的吊裝任務。依據(jù)該總段實際吊裝的成功案例，為后續(xù)新船型的吊裝設計提供理論支撐。

參考文獻：

[1] 王飛.40000 DWT自卸船艏部總段四機聯(lián)吊工藝設計[J].船舶物資與市場，2022，30（9）：51-54.

[2] 陳小雨，鐘浩東，張海甬.基于有限元方法的大型郵輪薄板總段吊裝方案設計[J].船海工程，2022，51（1）：32-36.

[3] 張炳發(fā)，李英，鄭世樂.提高超大型浮吊起重量的方法[J].中國重型裝備，2015（1）：3-4，7.

[4] 魏波，步林鑫，張莉莉，等.基于數(shù)值仿真的大型薄甲板總段吊裝方案設計優(yōu)化[J].造船技術，2021，49（6）：17-23.

[5] 張雄剛，吳泰峰，任偉，等.基于TRIZ理論對新型環(huán)保水霧噴砂裝置的研制[J].中國修船，2022，35（4）：10-13.

[6] 李少斌，許建武，丁建軍.國外大型預制型沉箱吊裝施工的吊耳設計[J].水運工程，2020（6）：214-219.

[7] 吳泰峰，張雄剛，唐鋒.一種跟蹤便攜式焊接煙塵收集裝置的研制[J].新技術新工藝，2022（4）：55-61.

[8] 吳忠，張開.基于TSV-BLS的虛擬上層建筑總段吊裝分析[J].船舶，2016，27（5）：94-97.

第一作者簡介：隆?。?981-），男，工程師。研究方向為船舶建造工法設計。