王承寶， 黃　健， 孫　旭

(上海江南長(zhǎng)興重工有限責(zé)任公司， 上海 201913)

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節(jié)能導(dǎo)管船塢階段安裝精度控制技術(shù)

王承寶， 黃健， 孫旭

(上海江南長(zhǎng)興重工有限責(zé)任公司， 上海 201913)

摘要該文以180 000 dwt散貨船節(jié)能導(dǎo)管船塢階段安裝為載體，介紹了在節(jié)能導(dǎo)管外場(chǎng)加工余量未知的情況下，如何運(yùn)用測(cè)量分析技術(shù)模擬分析出節(jié)能導(dǎo)管船塢階段安裝時(shí)的精確余量；進(jìn)一步在節(jié)能導(dǎo)管安裝時(shí)，采取精度控制措施指導(dǎo)并監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)安裝定位，保證節(jié)能導(dǎo)管一次性順利安裝成功。

關(guān)鍵詞節(jié)能導(dǎo)管加工余量模擬分析安裝定位

1前言

近年來(lái)，隨著航運(yùn)業(yè)運(yùn)價(jià)下跌和燃油成本上漲雙重影響，使得大多班輪公司都面臨著巨大的成本壓力。為降低航運(yùn)成本，尋求有效的船舶節(jié)能途徑成為各個(gè)船企亟需突破的一項(xiàng)課題。船舶節(jié)能導(dǎo)管是位于螺旋槳軸中心線(xiàn)上，通過(guò)匯聚四下分散水流來(lái)提高局部水流流速的一種簡(jiǎn)單、有效的節(jié)能裝置，其省油率最高可達(dá)8%以上。隨著國(guó)際油價(jià)的飛漲，船舶節(jié)能導(dǎo)管受到了各大船東公司的追捧，增設(shè)這一節(jié)能裝置的需求也日益增多。而對(duì)節(jié)能導(dǎo)管的省油性能起到至關(guān)重要作用的因素之一便是它的安裝精度。

根據(jù)船東需求，公司在建的180 000 dwt散貨船在臨近出塢時(shí)期需增設(shè)一套節(jié)能導(dǎo)管，節(jié)能導(dǎo)管在船塢階段安裝尚屬首次嘗試，其安裝難度比在分段階段安裝更大。一方面由于節(jié)能導(dǎo)管廠(chǎng)家技術(shù)封鎖，未明確給出具體的外場(chǎng)加工余量；另一方面在于船塢階段安裝時(shí)無(wú)法使用吊車(chē)配合，必須借鑒安裝螺旋槳的方式使用專(zhuān)門(mén)的頂升裝置將節(jié)能導(dǎo)管安裝到位。因此，如果不提前將節(jié)能導(dǎo)管鰭板上的外場(chǎng)加工余量準(zhǔn)確割除，節(jié)能導(dǎo)管鰭板端部線(xiàn)型與艉軸分段外板線(xiàn)型不匹配則易導(dǎo)致其無(wú)法順利裝入，屆時(shí)安裝工作也會(huì)進(jìn)展艱難。

公司精度管理部利用所掌握的有限技術(shù)資料，將精度技術(shù)運(yùn)用到節(jié)能導(dǎo)管船塢階段安裝這一艱巨生產(chǎn)任務(wù)中。通過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)量及分析、勘劃余量線(xiàn)、監(jiān)控安裝定位等一系列措施配合施工部門(mén)使節(jié)能導(dǎo)管一次性安裝成功。本文對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵步驟進(jìn)行簡(jiǎn)明扼要的分析，并對(duì)該技術(shù)的推廣應(yīng)用進(jìn)行探索性的思考，以期對(duì)造船事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

2實(shí)施背景

節(jié)能導(dǎo)管由浙江舟山某廠(chǎng)制造，是其公司的一項(xiàng)重要發(fā)明專(zhuān)利。因此既未提供產(chǎn)品的理論模型，一些關(guān)鍵技術(shù)資料也未透露，僅提供給船廠(chǎng)一些安裝時(shí)所需的基本數(shù)據(jù)資料，并且負(fù)責(zé)將成品運(yùn)送至船廠(chǎng)，同時(shí)派駐一位現(xiàn)場(chǎng)工程師配合節(jié)能導(dǎo)管的現(xiàn)場(chǎng)安裝工作，基本數(shù)據(jù)資料如圖1所示。

圖1　節(jié)能導(dǎo)管基本圖樣及安裝數(shù)據(jù)

節(jié)能導(dǎo)管安裝時(shí)直接作用于船體外板的為五塊鰭板、頂部的一塊連接板和底部左右對(duì)稱(chēng)的兩處端面，如圖2所示。由于船體艉軸分段鑄鋼件也由外協(xié)廠(chǎng)家生產(chǎn)，模型及外形尺寸資料也不具備，且在安裝過(guò)程中艉軸鑄鋼件焊前預(yù)熱及厚板焊接過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致鑄鋼件外部線(xiàn)型發(fā)生變化，故而制造廠(chǎng)家在節(jié)能導(dǎo)管制作階段對(duì)鰭板端部加放了一定的余量，因此，研究分析并計(jì)算得出船塢安裝階段鰭板與鑄鋼件表面實(shí)際的偏差數(shù)據(jù)，提前對(duì)鰭板端部余量準(zhǔn)確割除，成為節(jié)能導(dǎo)管能否快速及準(zhǔn)確安裝定位的關(guān)鍵之所在。

據(jù)了解，傳統(tǒng)方法根據(jù)長(zhǎng)期工作積累的經(jīng)驗(yàn)得出一個(gè)大概的余量值，安裝前先割除一定的余量，再根據(jù)安裝定位時(shí)的實(shí)際偏差情況逐步修割余量，直至節(jié)能導(dǎo)管定位至準(zhǔn)確位置。傳統(tǒng)方法關(guān)鍵參數(shù)來(lái)源于不太可靠的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，安裝時(shí)要求各部門(mén)作業(yè)人員協(xié)調(diào)配合，對(duì)作業(yè)人員的技術(shù)水平要求較高，花費(fèi)大量的人力、物力，且安裝工作復(fù)雜而緩慢。

圖2　節(jié)能導(dǎo)管主要控制對(duì)象

3關(guān)鍵實(shí)施步驟

3.1數(shù)據(jù)測(cè)量及分析

3.1.1節(jié)能導(dǎo)管數(shù)據(jù)測(cè)量及分析

分析節(jié)能導(dǎo)管的安裝定位基準(zhǔn)與重要研究及控制對(duì)象，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量節(jié)能導(dǎo)管關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)。然后根據(jù)技術(shù)資料生成理論設(shè)計(jì)點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行模擬分析，得出節(jié)能導(dǎo)管各關(guān)鍵控制對(duì)象的數(shù)據(jù)坐標(biāo)，如圖3所示。

圖3　節(jié)能導(dǎo)管數(shù)據(jù)分析結(jié)果

3.1.2艉軸總段數(shù)據(jù)測(cè)量及分析

為了精確掌握艉軸總段鑄鋼件外形輪廓線(xiàn)型數(shù)據(jù)，根據(jù)鰭板安裝肋距范圍在總段上勘劃出FR9、FR9+400、FR10、FR10+400肋位線(xiàn)。現(xiàn)場(chǎng)采集4條肋位線(xiàn)上的檢測(cè)點(diǎn)。根據(jù)放樣原理，采集的點(diǎn)越多，越能反映肋位曲線(xiàn)的真實(shí)狀態(tài)，故現(xiàn)場(chǎng)每隔100 mm～200 mm采集一個(gè)測(cè)量點(diǎn)。

(1) 將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入ECO-BLOCK軟件中，以艉軸出口端面和塢底中心線(xiàn)為分析基準(zhǔn)進(jìn)行分析，使數(shù)據(jù)結(jié)果達(dá)到最佳狀態(tài)。提取出4條肋位線(xiàn)上測(cè)量點(diǎn)的y,z坐標(biāo)，如表1所示。

表1　肋位線(xiàn)測(cè)量點(diǎn)y，z坐標(biāo)

(2) 在CAD軟件中分別輸入每條肋位線(xiàn)上測(cè)量點(diǎn)的y,z坐標(biāo)生成平面點(diǎn)坐標(biāo)，用樣條曲線(xiàn)命令依次連接每個(gè)測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)。即分別模擬生成FR9、FR9+400、FR10、FR10+400肋位曲線(xiàn)，典型肋位曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4　典型肋位曲線(xiàn)圖

3.1.3鰭板安裝角度分析計(jì)算

將每塊鰭板首、尾端面上近中和遠(yuǎn)中的兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)y，z坐標(biāo)提取出來(lái)并輸入CAD軟件中生成點(diǎn)坐標(biāo)，連接兩點(diǎn)形成一條線(xiàn)段，以線(xiàn)段近中的一個(gè)端點(diǎn)為起點(diǎn)繪制一條水平線(xiàn)段。量取線(xiàn)段和水平線(xiàn)段的夾角即得出鰭板的安裝角度，鰭板1～鰭板5的安裝角度分別為25°、15°、52°、0°和45°，如圖5所示。對(duì)比每塊鰭板首、尾端面線(xiàn)段所形成的角度，偏差在1°以?xún)?nèi)，由此證明鰭板安裝角度首尾兩端一致。

圖5　鰭板安裝角度分析計(jì)算

3.1.4鰭板加工余量分析計(jì)算

在之前節(jié)能導(dǎo)管數(shù)據(jù)測(cè)量階段，得出了FR9、FR9+400、FR10、FR10+400肋位線(xiàn)與每塊鰭板端面交點(diǎn)的數(shù)據(jù)坐標(biāo)。因此，通過(guò)對(duì)各個(gè)交點(diǎn)與艉軸鑄鋼件上對(duì)應(yīng)的肋位曲線(xiàn)進(jìn)行分析與匹配，即能得出鰭板每個(gè)交點(diǎn)處具體的余量數(shù)值。方法如下：

(1) 分別提取5塊鰭板各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的y，z坐標(biāo)生成平面點(diǎn)坐標(biāo)，將每個(gè)測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)通過(guò)CAD軟件輸入到對(duì)應(yīng)肋位曲線(xiàn)圖中。

(2) 根據(jù)每塊鰭板的安裝角度，以各個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)為起點(diǎn)繪制一條對(duì)應(yīng)角度的射線(xiàn)相交于肋位曲線(xiàn)，交點(diǎn)即鰭板與鑄鋼件外形輪廓的實(shí)際接觸點(diǎn)。

(3) 量取每個(gè)測(cè)量點(diǎn)與交點(diǎn)的兩點(diǎn)間距，兩點(diǎn)間距即為外場(chǎng)加工余量數(shù)值，并且可在CAD中讀取交點(diǎn)的y，z坐標(biāo)數(shù)值，如圖6所示。

圖6　鰭板加工余量分析計(jì)算

3.2勘劃余量線(xiàn)

在求得每塊鰭板分別在FR9、FR9+400、FR10、FR10+400肋位線(xiàn)位置的加工余量后(見(jiàn)表2)，對(duì)每塊鰭板的端部分別勘劃余量線(xiàn)并切割余量。

表2　鰭板加工余量數(shù)值

由表2可知，生產(chǎn)廠(chǎng)家加放的鰭板外場(chǎng)加工余量近似等于同一數(shù)值，不同肋位線(xiàn)的余量不同是由于艉軸總段線(xiàn)型變化所致。故而在實(shí)際勘劃余量時(shí)，不能簡(jiǎn)單地將每個(gè)肋位線(xiàn)處余量切割點(diǎn)用直線(xiàn)連接，劃線(xiàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)余量數(shù)值變化情況近似勘劃一條余量切割曲線(xiàn)，如圖7所示。

施工人員按照余量線(xiàn)將余量割除完畢，頂升裝置布置到位以后，將節(jié)能導(dǎo)管吊裝至頂升裝置工作平臺(tái)上，工作平臺(tái)通過(guò)軌道位移至艉軸尾端，即可開(kāi)始節(jié)能導(dǎo)管的安裝工作。

圖7　勘劃鰭板余量線(xiàn)

3.3現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控節(jié)能導(dǎo)管安裝定位

節(jié)能導(dǎo)管安裝定位過(guò)程中，以塢底中心線(xiàn)和艉軸尾端面洋沖點(diǎn)為定位基準(zhǔn)，監(jiān)控節(jié)能導(dǎo)管上艉軸中心線(xiàn)洋沖位置的距基高度、節(jié)能導(dǎo)管尾端距艉軸尾端面的距離及節(jié)能導(dǎo)管尾端同面度，如圖8所示。

圖8　節(jié)能導(dǎo)管各監(jiān)控點(diǎn)

[下轉(zhuǎn)第94頁(yè)]

Research on Technology of the Energy-saving

Ducts Installation at the Dock Stage

WANG Cheng-bao， HUANG Jian， SUN Xu

(Shanghai Jiangnan Changxing Heavy Industry Co.， Ltd.， Shanghai 201913， China)

AbstractBased on the energy-saving ducts on the 180 000 dwt bulk carrier installed at the dock stage, the paper introduces how to analysis the accurate allowance data of the energy-saving ducts to be installed at the dock stage in the case of the unknown one after the outfield process through the measuring analysis technology in the simulation. Moreover, the paper states that by taking accuracy control measures to guide and monitor the positioning on the site can ensure the one-time-setting of the energy-saving ducts successfully.

KeywordsEnergy-saving ductAllowanceSimulationOne-time-setting

中圖分類(lèi)號(hào)U672

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

作者簡(jiǎn)介：王承寶(1985-)，男，精度管理員。