汪家政，李川江，章 銳，劉在良

(1.舟山長宏國際船舶修造有限公司設(shè)計(jì)部，浙江 舟山 316052； 2.浙江國際海運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院船海洋裝備工程學(xué)院，浙江 舟山 316021)

0 引 言

近年來，伴隨著航宇工程技術(shù)進(jìn)步，人們對船舶定位性能的要求越來越高，用于船舶動力定位的推進(jìn)系統(tǒng)主要有全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器和艏側(cè)推進(jìn)器等。艏側(cè)推進(jìn)裝置因其高性價比而被廣泛運(yùn)用于海洋工程施工船舶[1]，并且在一些LNG運(yùn)輸船中也有安裝。筆者研究安裝工藝的方位推配置于20000方LNG運(yùn)輸兼加注船上，布置于首部，是一種伸縮式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器。該船型總長160 m，寬24 m，型深16.75 m，入級DNV船級社，配置有RP(1,22%)的船級符號[2]。此船級符號正是通過配置伸縮式方位推獲得。也就是說此伸縮式方位推可以在主推進(jìn)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，作為輔助推進(jìn)器使用，輸出主推進(jìn)系統(tǒng)CSR的22%的功率，實(shí)現(xiàn)船舶7節(jié)的航速航行。在船舶正常航行時，方位推回正至0位，上提收回至船體內(nèi)部，全回轉(zhuǎn)底部攜帶的局部和外部一同收回蓋住底口，使首部線型完整流暢，以減少水流阻力，降低油耗并提高船體航速。在進(jìn)出港時，方位推伸出船體，而且可以實(shí)現(xiàn)360°全回轉(zhuǎn)，具備比常規(guī)首側(cè)推同等優(yōu)秀的輔助靠泊性能。筆者針對伸縮式方位推在LNG運(yùn)輸兼加注船建造過程中的安裝和試驗(yàn)，給出有效的加工、控制工藝與步驟，探索伸縮式方位推在船舶建造領(lǐng)域的實(shí)施應(yīng)用。

1 方位推的基本情況及基座安裝

如圖1所示，所安裝船配備可伸縮式方位推，功率為1 300 kW，變頻驅(qū)動，固定槳葉，安裝在艏部推進(jìn)室內(nèi)。該方位型號為Azimuth Thruster? ULE155 FP，總重 17 400 kg，由康士伯打包組裝生產(chǎn)，選用羅羅的定螺距全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，ABB的變頻控制系統(tǒng)。此方位推包括提升及回轉(zhuǎn)系統(tǒng)組件(即動力單元)，2根提升和下降運(yùn)動液壓油缸，1根主導(dǎo)桿和2根輔導(dǎo)桿，全回轉(zhuǎn)FPP推進(jìn)器等組成部分。

圖1 方位推構(gòu)成圖

方位推位于80A總段內(nèi)，其基座安裝應(yīng)在801、802、810 分段總組完成后安裝，并且要確保2 930平臺水平。如圖2所示，全回轉(zhuǎn)伸出船體最大位置為船體基線下2 700 mm。由于方向推要在總組階段安裝和初調(diào)試，需要為全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器伸出船體流出空間，所以需要將總段架高至距離總組平臺基面3 000 mm以上。

圖2 方位推所在船舶及總段位置示意

1.1 方位推基座制作

方位推基座為直徑達(dá)到φ2 940的環(huán)形結(jié)構(gòu)，具體如圖3所示。由于方位推筒體直接通海，129 mm高度、20 mm厚度的筒體要與35 mm厚度的面板全焊透連接，焊接工作量較大，而基座上表面的平整度要求較高，為1.5 mm，這就要求在焊接變形控制方面需要制定有效的工藝措施。以下為主要的工藝措施及要求。

圖3 方位推基座裝焊細(xì)節(jié)

(1) 35 mm厚環(huán)形面板必須整體下料，以避免接縫與48個均布的螺栓孔干涉，同時有利于整體平整度控制。

(2) 應(yīng)為基座整體制作選擇專用托架或鋼平臺，確?；A(chǔ)的平整度。

(3) 129 mm高度、20 mm厚度的腹板安裝前，應(yīng)在胎架或鋼平臺上設(shè)置專用卡扣扣住面板，確保面板和腹板焊接時，面板不會上翹。

(4) 為了確保腹板和面板的垂直度，要在腹板的內(nèi)外兩面均布設(shè)置若干垂直角度模板，確保因焊接產(chǎn)生應(yīng)力時腹板不會向內(nèi)或外傾斜。

(5) 為了保證面板和筒體形腹板的圓度，應(yīng)在面板下位置設(shè)置十字交叉的臨時角鋼加強(qiáng)。

(6) 腹板和面板的角焊縫要采用分段對稱施焊法，焊接時安排雙數(shù)焊工，對稱施焊，一次焊接長度200～300mm，同時施焊時應(yīng)觀察筒體變形情況，隨時調(diào)整焊接順序。

(7) 腹板和面板的角焊縫為全焊透，注意焊接質(zhì)量，尤其應(yīng)確保多層多道焊之間的焊渣要清理干凈[3]?？刹捎脝蚊婧鸽p面成型，應(yīng)避免采用反面碳刨增加線能量輸入，增加應(yīng)力和變形風(fēng)險。

(8) 焊后需進(jìn)行100%超聲波檢測[4]，確保無夾渣，裂紋等焊接缺陷。對于出現(xiàn)的焊接缺陷應(yīng)及時處理。

1.2 方位推基座上船安裝前焊前拉線

方位推基座制作完成并通過檢驗(yàn)后，吊入80A總段進(jìn)行安裝。此時方位推基座下口的筒體已經(jīng)作為船體801分段的一部分在分段制作階段安裝完成。此時基座安裝工作主要是要將基座下口129 mm高、20 mm厚的腹板與分段上預(yù)裝好的船體筒體進(jìn)行對接。

在基座安裝前，為了保證安裝精度必須拉線定位，確定方位推基座的中心線為FR184-30。方位推提升及回轉(zhuǎn)系統(tǒng)組件主軸的中心線為FR183+400。在船體中縱剖面FR183+400處向船臺平面拉一根自然垂線，并保證與船體縱向中心線垂直。同時在方位推基座上提前找出中心位置?；惭b定位時要確保FR183+400位置的自然垂線位于基座的中心，精度公差范圍為±1 mm。

1.3 方位推基座裝焊

施焊時由成雙的焊機(jī)采用分段焊和對稱焊，可減小焊后變形[5]，基座腹板和船體筒體的對接同樣要采用分段對稱施焊法。焊接順序如圖3所示。此對接焊為現(xiàn)場橫焊，焊接坡口需事先準(zhǔn)備好，確保按圖紙要求的角度和留根。此橫焊為現(xiàn)場施焊，焊接位置偏低，勞動強(qiáng)度較高，需合理安排人力和工期，確保焊接質(zhì)量。焊后應(yīng)100%拍片檢查。

2 方位推基座現(xiàn)場機(jī)加工

方位推基座裝焊完成并檢驗(yàn)合格后需對面板進(jìn)行機(jī)加工找平，并機(jī)加工密封槽?；媳砻婷姘搴兔芊獠鄣臋C(jī)加工粗糙度如圖3所示。

2.1 加工內(nèi)容及要求

機(jī)加工的重點(diǎn)在法蘭盤上表面，要保證密封面和密封槽的精度尺寸要求，具體細(xì)節(jié)要求如下。

(1) 法蘭平面加工，內(nèi)徑φ2 740，外徑φ2 940，加工后平面度1.5 mm。

(2) 內(nèi)徑加工，內(nèi)孔加工至φ2 740 mm，加工長度120 mm。

(3) 法蘭平面密封槽加工，槽寬25 mm，槽深11±0.3 mm，槽底光潔度Ra6.3，兩側(cè)光潔度Ra12.5。

(4) 法蘭平面鉆孔，孔徑φ27 mm，數(shù)量48，均勻分布，PCD2880 mm，同心度[6]1.5 mm。

2.2 選用設(shè)備介紹

為了保證加工精度要求，必須選擇專用的，可加工外徑達(dá)到3 m級的法蘭鏜排機(jī)加工設(shè)備，同時輔助精度測量工具。此次機(jī)加工準(zhǔn)備的設(shè)備清單如下。

(1) 機(jī)加工設(shè)備： MT4500便攜法蘭加工機(jī)，如圖4、5所示。

圖4 MT4500便攜法蘭加工機(jī) 圖5 可調(diào)平面度及中心度的漲腿

(2) 測量設(shè)備：百分表，游標(biāo)卡尺，內(nèi)徑尺，激光測平儀。

2.3 加工工藝

完善的加工工藝是確保加工精度和成本控制要求的前提[7]，尤其是工具工裝等加工條件的準(zhǔn)備以及嚴(yán)格按照工藝流程執(zhí)行的整個加工過程。以下為此加工工藝的核心要點(diǎn)。

2.3.1 加工前準(zhǔn)備

(1) 應(yīng)當(dāng)在施工區(qū)域搭設(shè)腳手架，提供照明電源，380 V電源，壓縮空氣等。

(2) 加工前應(yīng)當(dāng)在法蘭面做好加工基準(zhǔn)，表面敲4個樣沖點(diǎn)。

2.3.2 加工精度綜述

如前所述，加工的指標(biāo)為平面度和表面光潔度，設(shè)備剛性和操作人員對刀具及切削線速度等的熟練程度決定了設(shè)備可以高精度加工。

2.3.3 設(shè)備安裝及調(diào)整

(1) 將安裝底盤通過螺栓固定在法蘭內(nèi)孔上，粗略的調(diào)整各個支撐腳，使安裝底盤大致位于法蘭內(nèi)孔的中間，并與法蘭平面大致保持水平。

(2) 將移動法蘭機(jī)的旋轉(zhuǎn)橫梁和配重部分安裝在底座上。

(3) 利用可調(diào)節(jié)撐腳，調(diào)節(jié)法蘭機(jī)水平度。

(4) 水平調(diào)整完成以后，使用百分表(或杠桿表)調(diào)節(jié)移動法蘭銑使法蘭居中，確保與船廠提供基準(zhǔn)同心。

(5) 水平和居中調(diào)整完成后，安裝銑頭動力裝置，調(diào)整銑刀頭與被加工平面的平行度。

(6) 安裝調(diào)平完成后，連接動力裝置，進(jìn)行設(shè)備空轉(zhuǎn)。

(7) 空轉(zhuǎn)結(jié)束后，再次檢測平面及中心調(diào)整量是否滿足要求，如不滿足要求，則需要重復(fù)調(diào)整，直至滿足要求。

(8) 啟動設(shè)備，粗加工法蘭面，平面整體加工出即可。

(9) 法蘭面表面劃線，包括鉆孔中心線及密封槽中心線。

(10) 根據(jù)劃線中心對法蘭面表面鉆孔。

(11) 安裝立銑刀，根據(jù)劃線基準(zhǔn)加工密封槽，密封槽深度加工至11.5 mm。

(12) 精加工法蘭面，確保密封槽深度加工至圖紙要求。

(13) 調(diào)整設(shè)備大臂，加工法蘭內(nèi)孔至圖紙要求。

(14) 加工完成后，拆出設(shè)備，進(jìn)行最終報(bào)檢。包括測量法蘭內(nèi)孔直徑，密封槽寬度及深度，激光檢測法蘭面平面度。

2.3.4 尺寸控制

(1) 激光測平儀/百分表：檢查平面度。

(2) 游標(biāo)卡尺：檢查板厚度及密封槽深度，寬度。

(3) 內(nèi)徑尺：測量法蘭內(nèi)孔直徑。

法蘭面鏜平和密封槽加工完成后，在基座面板上按照圖紙要求確定48個均布的螺栓孔位置，并現(xiàn)場絞制完成。

3 方位推的安裝

方位推的安裝主要包括初安裝，起升油缸下端與船體結(jié)構(gòu)連接，升降油缸對中幾個步驟，重點(diǎn)是升降油缸的對中，以確保在后續(xù)調(diào)試階段方位推運(yùn)動提升及回轉(zhuǎn)系統(tǒng)組件在系統(tǒng)正常壓力范圍內(nèi)能順暢上下運(yùn)動，以下為安裝步驟細(xì)節(jié)。

3.1 將方位推安裝到基座上方

(1) 檢查基座密封面的平面度(平面度1.5 mm)，平面度測量報(bào)告需獲得此方位推廠家康士伯服務(wù)工程師的認(rèn)可。

(2) 將O形密封環(huán)安裝在方位推基座槽內(nèi)。應(yīng)用密封化合物，例如 Permatex 涂抹于法蘭機(jī)加工表面，用于表面保護(hù)。

(3) 將井蓋緊固在基座面板上。使用扭力扳手將螺栓緊固到廠家要求的力度。

(4) 在法蘭上安裝 2 個錐形定位銷。直徑12 毫米。(康士伯公司提供錐形定位銷,船廠鉆孔)。

3.2 起升油缸下端及導(dǎo)桿上端與船體結(jié)構(gòu)連接

在焊接兩個油缸下端與船體永久連接肘板之前，先要定位方位推油缸下端的正確位置，并進(jìn)行垂直對中。將臨時千斤頂或螺桿焊接在油缸端部及船體上，這樣當(dāng)動力單元處于高、中、低三個不同位置時，可以將油缸的下端向前、后、左、右四個方向進(jìn)行微調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)在最佳位置通過連接肘板將油缸和船體進(jìn)行永久連接?？烧{(diào)節(jié)螺桿的布置如圖6所示。2根輔導(dǎo)桿上端和船體之間的永久連接定位方法同油缸下端的定位方法。

圖6 油缸垂直度調(diào)節(jié)示意圖

3.3 升降油缸對中

通過方位推自帶的液壓缸和升降泵來實(shí)現(xiàn)動力單元的升降，并通過此升降過程進(jìn)行升降油缸的垂直對中。安裝階段，所有的下放和上升動作必須是就地控制，但方位推設(shè)備包中包含的起動器與所有安全裝置必須連接。如下為升降油缸對中的關(guān)鍵步驟。

(1) 做好對中前的準(zhǔn)備工作。包括檢查方位推設(shè)備是否滿油，系統(tǒng)油未到位絕不可以進(jìn)行升降油缸對中。檢查兩根導(dǎo)桿的清潔，避免鐵屑等粘附，清潔干凈后涂上潤滑油。檢查交流液壓泵電機(jī)電壓，通過開關(guān)連接電源。啟動泵電機(jī)，運(yùn)行電機(jī)1～2 s，檢查旋轉(zhuǎn)方向是否與箭頭指示一致。將油缸端頭的壓力表拆除，并在油缸初次短時間運(yùn)行時排出升降油缸內(nèi)的空氣。

(2) 事先準(zhǔn)備A(400 mm)、B(1450 mm)、C(2500 mm)3種長度不同的鋼管各4根,要足夠堅(jiān)固，足以支撐整個單元上部大約13 t的重量。

(3) 在動力單元處于低位時，將4根A鋼管均勻放置在封蓋上，以支撐動力單元。沿船長方向?qū)⒌谝桓輻U安裝在導(dǎo)桿1的頂端，沿船寬方向?qū)⒌诙輻U安裝在導(dǎo)桿2的頂端，沿船寬方向?qū)⒌谌輻U安裝在升降油缸的下端，沿船長方向?qū)⒌谒母輻U安裝在升降油缸的下端。

(4) 通過四根螺桿微調(diào)對導(dǎo)桿和油缸進(jìn)行初定位，可通過掉線錘等方式輔助進(jìn)行。

(5) 在封蓋上沿船長方向和船寬方向分別安裝2個千分表，以檢測主導(dǎo)桿的垂直度，并記錄千分表數(shù)值。注意千分表要設(shè)置零位點(diǎn)，使指示器指針有足夠的空間在正負(fù)兩個方向上移動。以上步驟可參考圖7。

圖7 動力單元低位狀態(tài)時主導(dǎo)桿垂直度檢測

(6) 開啟油缸，提升方位推動力單元至1 450 mm高度，使用4根1 450 mm長度的鋼管B支撐動力單元，記錄兩個千分表的數(shù)值。

(7) 再次提升方位推動力單元至2 500 mm高度后，用C鋼管支撐動力單元，并記錄千分表的數(shù)值。

(8) 將三次記錄的千分表數(shù)值進(jìn)行比較，相互之間的差值必須控制到1.5 mm之內(nèi)，否則就必須要微調(diào)四根螺桿，按以上步驟再檢測一次，直至差值控制到1.5 mm之內(nèi)。

完成升降油缸的垂直對中后，焊接油缸和導(dǎo)桿與船體之間的永久連接，則方位推安裝完成。待船舶下水后，開始方位推的調(diào)試和效用試驗(yàn)，包括全回轉(zhuǎn)試驗(yàn)及以方位推為前進(jìn)動力的低速航行試驗(yàn)，以驗(yàn)證推進(jìn)功率冗余(RP)船級符號。其中RP航行試驗(yàn)委托第三方公司進(jìn)行檢測，經(jīng)船廠、船級社及船東代表共同參與和見證，航速達(dá)到7.46節(jié)，完全滿足設(shè)計(jì)要求，具體數(shù)據(jù)見下表1和圖8。

表1 RP航行試驗(yàn)結(jié)果

圖8 RP航行試驗(yàn)船舶軌跡圖

4 結(jié) 語

該方位推自動化程度高，對基座焊接質(zhì)量，基座整體尺寸控制和安裝精度有嚴(yán)格的要求。為了該方位推的成功安裝，提前編制細(xì)致、完善的安裝工藝并嚴(yán)格按照工藝實(shí)施，確保此設(shè)備的使用性能和使用壽命。目前，該方位推所在船舶已經(jīng)交付使用，試航中和船舶的正式營運(yùn)過程中，未收到任何關(guān)于方位推的負(fù)面反饋，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過安裝調(diào)試過程中積累的經(jīng)驗(yàn)給出有效的解決問題的建議，對于探索方位推安裝調(diào)試技術(shù)在海洋工裝備制造領(lǐng)域的應(yīng)用具有一定的參考意義。