大型小水線面雙體船襟翼舵連接套筒安裝過程控制

中圖分類號：U663.31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Large SWATH Flap Rudder Connecting Sleeve Installation Process Control

ZHENG Naijian， FANLei， CHEN Zhiyuan，LIU Xin， LIU Kai（CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.，LTD.，Guangzhou 510715，China）

Abstract： The flap rudder connecting sleeve assembly for a new large Small Waterplane Area Twin Hull （SWATH） vessel is supplied in its final state，requiring no post-instalation machining on the berth.This imposes higher demands on precision control during instalation.This paper detailscontrol measures for the installtion process of the connecting sleeve. Appropriate welding techniques are adopted to mitigate thermal deformation， and real-time monitoring of deviations between the inner bore center and the theoretical rudder system center is conducted during welding.This enables timely adjustments to the welding sequence，ensuring installation accuracy. Through rigorous analysis and practical application， these measures provide valuable insights for the construction of similar vessels in the future.

Key words： SWATH; flap rudder; connecting sleeve; process control

1 引言

近年來，建造了大量的港作拖輪、海洋工程船舶、補(bǔ)給船、推輪等特種用途船舶，這些船舶均具有較好的機(jī)動(dòng)能力及低速甚至零速工況下的良好操縱性等要求。為滿足這些要求，襟翼舵技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。襟翼舵是一種先進(jìn)的船舶操縱設(shè)備，它通過改變舵葉的角度和形狀，使得船舶即使在低速或靜止?fàn)顟B(tài)下也能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的操控。這種舵可極大地提高船舶在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，如狹水道航行、近岸航行、擁擠水域航行時(shí)進(jìn)行精確的定位和移動(dòng)的能力。

2 襟翼舵的特點(diǎn)

襟翼舵作為一種特殊駝較之普通舵能提高舵的升力，并且能推遲舵表面水流分離的發(fā)生。此外，由于襟翼舵的存在，轉(zhuǎn)動(dòng)舵角時(shí)相當(dāng)于增加了舵剖面的拱度，因而它具有高舵效（尤其是小舵角時(shí)舵效更高），可使舵力增大至普通舵的1.6～1.8倍，從而大大提高了船舶的應(yīng)舵性能和回轉(zhuǎn)性能。因此，襟翼舵被大量的應(yīng)用到了各種船舶上。

襟翼舵最初稱為轉(zhuǎn)折舵，在主舵的后方有一個(gè)子舵。子舵靠連桿傳動(dòng)，轉(zhuǎn)舵時(shí)不僅主舵轉(zhuǎn)動(dòng)，子舵也會(huì)同時(shí)向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，但子舵轉(zhuǎn)動(dòng)的角度較主舵大，如魚尾在轉(zhuǎn)向時(shí)形成曲面一樣，這樣可以增大舵壓力而改善船舶的回轉(zhuǎn)性能。

襟翼舵的應(yīng)用極大的提高了特種用途船舶的作業(yè)效率和安全性，使得它們能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的海上作業(yè)條件。這種技術(shù)的普及也反映了船舶制造業(yè)對于提升船舶性能和操作便捷性的不斷追求，以及對環(huán)境保護(hù)和能源效率的重視。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，可以預(yù)見襟翼舵技術(shù)將繼續(xù)在未來的船舶上發(fā)揮關(guān)鍵作用。

3在建船襟翼舵的概述

工廠新承接的新型大型小水線面雙體船，船體為鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，配置雙槳雙舵，設(shè)置兩臺(tái)公稱扭矩為160k N? m 的YDZ160/3型轉(zhuǎn)葉式電動(dòng)液壓舵機(jī)和兩套JDYW翼型襟翼舵裝置。該舵從上至下分別由舵機(jī)、舵桿、舵機(jī)基座、連接套筒、假舵和舵葉組成（見圖1）。其中舵機(jī)基座、連接套筒和假舵依次連接，且與船體結(jié)構(gòu)之間焊接連接。

接套筒、舵基座和假舵結(jié)構(gòu)，以上三部分均與船體結(jié)構(gòu)焊接連接。具體工藝路線是：1）確定舵系中心線的位置，按照中心線在上下甲板面開出相應(yīng)的吊裝孔，以便進(jìn)行后續(xù)部件的吊裝；2）將船體結(jié)構(gòu)與連接套筒本體對接結(jié)構(gòu)開坡口，隨后，將連接套筒吊裝到位并與船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接；3）進(jìn)行舵機(jī)基座和假舵結(jié)構(gòu)的裝配和焊接工作。在整個(gè)工藝流程中，嚴(yán)格的尺寸控制和精準(zhǔn)定位是至關(guān)重要的，這保證了舵系的準(zhǔn)確安裝和后續(xù)工作的順利進(jìn)行。

在傳統(tǒng)的船舶建造工藝中舵承結(jié)構(gòu)為整體鑄鋼件，在實(shí)船安裝焊接完后進(jìn)行鏜孔作業(yè)，從而糾正舵承焊接過程造成的偏差，修正同軸度和垂直度，保證整個(gè)舵裝置的安裝精度。有別于傳統(tǒng)舵承施工方式，該船舵裝置連接套筒超長，導(dǎo)致工廠現(xiàn)有工裝無法滿足鏜孔需求，且隨著長度的增加，鏜孔精度也更加難以控制，故采用完整狀態(tài)供貨，供貨前預(yù)開孔，在實(shí)船焊接過程控制精度，焊后即可吊裝舵桿。由于不能通過銼孔修正舵承焊接過程造成的偏差，舵套管在船上安裝精度就顯得尤為關(guān)鍵，直接決定該船舵系安裝質(zhì)量。這種新的施工方式節(jié)省了鏜孔所需要的工期，對施工精度的要求更高，但也為船舶制造帶來了新的可能性，使得該型船的建造更加高效和精確。

4安裝流程

該雙體船襟翼舵安裝結(jié)構(gòu)分為三部分，分別為連整套舵裝置中的連接套筒組件為整體供貨，供貨狀態(tài)即為最終狀態(tài)，船臺(tái)安裝后無需加工，無法通過銼孔修正舵承焊接過程造成的偏差，對連接套筒的安裝精度要求高。加之該雙體船襟翼舵三部分安裝結(jié)構(gòu)焊接工作量大，特別是連接套筒與船體結(jié)構(gòu)連接筋板長度較長、數(shù)量較多，焊接過程變形控制困難。鑒于上述情況，如何有效控制焊接過程，確保焊接質(zhì)量及焊后套筒的同軸度數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)，成為了該型船襟翼舵連接套筒安裝工作中的一個(gè)主要技術(shù)難題。必須采用嚴(yán)格的工藝措施和質(zhì)量控制手段，以確保整個(gè)安裝過程的精確性和可靠性。

5 風(fēng)險(xiǎn)分析

6 安裝過程控制

6.1開孔控制

按照施工流程及要求初步定出舵系中心線，用激光經(jīng)緯儀將中心打至船體結(jié)構(gòu)（假舵下端面），先預(yù)開孔，再將舵系中心線打至舵機(jī)艙平臺(tái)甲板，依次確定舵系中心線。

根據(jù)舵系中心線，按連接套筒實(shí)物外徑（提前測量數(shù)據(jù)，作為開孔參考）制作畫圓模板，在6000平臺(tái)和下甲板劃出開孔圓，確保開孔圓中心與舵系理論軸心線同心。確認(rèn)無誤后開孔（理論 Φ 7 8 0 m m ，最大偏差：單邊 + 3 m m ），同時(shí)開出焊接坡口，打磨開孔邊。舵套筒本體開坡口時(shí)，水平焊縫坡口朝上，立焊縫參考理論線方向，裝配后需理論線面對平，坡口在反面，如圖2所示。

在連接套筒內(nèi)對應(yīng)筋板處安裝2個(gè)5t吊碼（永久吊碼，連接套筒重量 ～2 6 7 0 k g ）。在舵機(jī)艙舵桿中心線正上方結(jié)構(gòu)上安裝1個(gè)5t工裝吊碼，在舵管船體開孔附近外板處適當(dāng)位置安裝2個(gè)3t工裝吊碼，用于吊裝調(diào)整舵管進(jìn)倉垂直度。

將舵套筒本體上的前后位置的中心線標(biāo)記延伸至底面打上樣沖標(biāo)記，要偏離中心線 ，以免后續(xù)安裝肋板后被遮擋。

舵套筒吊裝之前，開好套筒本體坡口，開坡口時(shí)按 留根 2 m m 切割，打磨時(shí)磨掉鋸齒凹坑且不留根。此坡口角度要準(zhǔn)確，以減少焊材用量和焊接工作量，減少母材熔入量，減少坡口根部應(yīng)力集中，更好的控制安裝精度。

6.2吊裝控制

按圖3所示在連接套筒內(nèi)對應(yīng)筋板處安裝2個(gè)吊碼（GB7029-86中的A30），并穿入鋼絲繩。因連接套筒內(nèi)所有工作面均已精加工完畢，吊裝及焊接前應(yīng)做好保護(hù)工作，連接套筒吊起時(shí)鋼絲繩不得接觸連接套筒上端面開孔。連接套筒安裝完畢，吊碼不必拆除。

拆除鋼絲繩及下拉線架，在吊碼上穿入鋼絲繩，自船底開孔處由下向上吊入連接套筒，注意舵桿套筒前后方向。

安裝下拉線架，舵系下拉線架不能與假舵結(jié)構(gòu)連接，拉線架位置不能影響以后施工假舵封板，用激光經(jīng)緯儀重新打出舵系中心線，調(diào)整連接套筒的位置，使連接套筒中心線與舵系中心線重合（偏差 ? 1 m m ），連接套筒下底板上的中心線與船底上的f艉中心線重合（用激光經(jīng)緯儀檢查，偏差 ），下舵承下端面距基線 4 7 1 0 m m± 2 m m ，且偏差方向一致。

固定卡碼，對稱進(jìn)行，完畢后復(fù)查數(shù)據(jù)，符合要求后進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)上的肋板坡口切割打磨。

外部假舵縱橫結(jié)構(gòu)按圖安裝完整。內(nèi)部散裝件檢查按圖安裝完整。

6.3焊接過程控制

1）焊接控制

上下平臺(tái)與舵管的角焊縫進(jìn)行封底焊，前后左右先焊 1 0 0 m m 固定（如圖4），復(fù)查數(shù)據(jù)無誤后，刨出清根坡口，上平臺(tái)清根坡口在上面，下平臺(tái)清根坡口在下面。

上下平臺(tái)封底焊后，復(fù)測連接套筒內(nèi)孔與舵系中心線同軸度數(shù)據(jù)，確認(rèn)精度滿足要求后，再按照對稱順序?qū)⑸舷缕脚_(tái)剩余焊縫焊接完畢。焊接完畢等待冷卻后再次復(fù)測同軸度數(shù)據(jù)，確保安裝精度。

同軸度確認(rèn)無誤后，焊接垂直筋板焊縫。焊接采用E5015焊條（ ）或 氣體保護(hù)焊藥芯焊絲 Φ 1 . 2 m m 的JQ.YJ501-1（或 D W-1 1 0 E V 或YCJ501-1）。鋼板與鑄鋼件焊接前，鑄鋼件應(yīng)先預(yù)熱～ 。

為減少焊接變形，采用雙數(shù)焊工、小電流、上下、左右對稱進(jìn)行施焊，每次焊接 ，焊縫高度不超過 。狹小空間內(nèi)無法容納2名焊工同時(shí)施工時(shí)，允許單人施焊，但必須采取分段、對稱施焊。

焊接節(jié)點(diǎn)如圖2所示。

以上過程中應(yīng)注意：1）封底焊焊縫圓滑過渡，減少應(yīng)力集中；2）采取分段方式用碳弧氣刨清根，避免溫度過高；3）焊接過程中，在下舵承套筒的兩水平支撐板處需設(shè)置水冷，防正高溫引起高分子襯套的變形。

2）數(shù)據(jù)監(jiān)控

為保證最終的安裝精度和質(zhì)量，焊接過程中需要實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)檢查套筒內(nèi)孔的中心偏差和水平偏差，如果在監(jiān)控過程中發(fā)現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)的偏差，可適當(dāng)調(diào)整焊接順序，進(jìn)行修正。

監(jiān)控測量方式：每段焊接后，按照圖5所示，測量套筒上下端面內(nèi)孔與理論軸線半徑數(shù)據(jù)，各端面均測量前后左右位置半徑數(shù)據(jù)，按照測量數(shù)據(jù)分析焊接后偏差方向，調(diào)整下一步焊接位置。

若半徑大，則該位置附近焊接順序提前，利用焊接收縮糾正偏差。如表1樣表中序號3數(shù)據(jù)所示，經(jīng)過兩輪焊接后，“B上”、“D上”半徑數(shù)據(jù)變大，具有超差風(fēng)險(xiǎn)，需及時(shí)調(diào)整焊接順序，先焊接“B上”、“D上”對應(yīng)外圓位置，進(jìn)行糾偏。數(shù)據(jù)每段焊后均按照上述步驟測量，及時(shí)調(diào)整焊接順序和參數(shù)，確保最終的安裝精度。

6.4其他部分焊接過程控制

1）假舵外板安裝

假舵外板緊貼連接套筒下方安裝，焊接過程亦會(huì)造成連接套筒偏差。

安裝前按假舵線型在下舵承套筒的兩塊水平支撐板上開焊接坡口并打磨；封板安裝需保證線型光順，故在安裝前按照支撐板上坡口及船體外板線型通過火工手段重新修正假舵外板線型。

焊接過程中亦采用對稱施焊方式，先左右、后前后的順序進(jìn)行，并實(shí)時(shí)監(jiān)控中線變化，保證焊后同軸度。

2）舵機(jī)基座安裝

以舵機(jī)基座內(nèi)孔中心為基準(zhǔn)，把舵機(jī)基座調(diào)整至與舵桿中心線重合，修割余量，保證基座高度和基座面板四角水平度如圖6所示。

先進(jìn)行與橫向相連結(jié)構(gòu)安裝，對口開襯墊焊坡口，基座筒體下端需開深熔焊坡口（或進(jìn)行封底刨清根坡口，坡口設(shè)在筒體外面）。檢查結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)及焊接部位打磨干凈。

對基座進(jìn)行焊接，焊接過程中隨時(shí)監(jiān)測中心線變化，必要時(shí)調(diào)整焊接順序。

7 結(jié)論

本文詳細(xì)闡述了目標(biāo)船襟翼舵連接套筒安裝過程中所采取的控制措施與技術(shù)手段，以及施工中需要注意的各項(xiàng)細(xì)節(jié)。上述襟翼舵安裝過程控制合理性已在該大型小水線面雙體船首制船建造過程中得到實(shí)踐驗(yàn)證，所有相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，證明了這些措施和手段的可行性與有效性?；谶@些成果，我們認(rèn)為可以將此安裝過程控制方案推廣應(yīng)用到類似的船舶建造項(xiàng)目中。

參考文獻(xiàn)

[1]付斌，潘李.某高速船下舵承套筒焊接裂紋產(chǎn)生機(jī)理及解決措施[J]船海工程.2009，38（6）：37-39.