大型工程船舶轴系监造要点浅析

学术论文 2016-08-25 15:49:39
  随着国家海洋战略步伐的推进,海洋石油逐步向深海发展,同时相关服务类工程船舶的大型化趋势也显而易见。该大型化趋势在对船体专业方面产生进一步苛刻要求的同时,也进一步要求船舶直接传动动力系统中主推进系统各个部件的大型化有进一步的要求。其中轴系部件的大型化首当其冲,并且对各个部件制造精度和安装精度的要求也日益严格。 
  本文依据国内一般性大型船厂与韩国某大型船厂在现场施工程序及控制要点方面的些许差异为例,对现场轴系定位、安装过程的施工要点进行简单阐述。 
  1.施工条件准备 
  轴系工作的开始一般是以轴线初照光(pre-sighting)为标志的。国内船厂的普遍做法是在主船体基本完工,或是机舱主船体结构部分全部完工(及机舱部分船体分段焊缝焊接检验合格,或已确认不再有大量焊接或搭载工作),甚至要求机舱内类似于发电机组等大型设备安装就位完毕后,才能开展轴线初照光工作。此做法的依据主要是尽量减少后期搭载分段对前期分段造成变形的影响。 
  而在韩国某船厂的做法却是在与机舱双层底分段相连的分段全部搭载、焊接和检验结束以后,即可以开始轴系初照光的工作。而这种程序也往往已经得到了船级社方面的普遍认可。对于船厂而言,这就表示轴系工作在船舶坞内(船台)的工作节点大大提前,而且为轴系、舵系等轮机专业等下水之前的工作赢得了充裕的时间,进而由此可以大幅减少船舶制造成本。 
  2.轴系初照光 
  初照光的主要目的即为精确、合理地定位艉管轴承的位置。艉管轴承的位置主要包含其中心线相对与船体基线的高度及左右偏差、其后轴承后端面(或艉管总成后端面)距离主机飞轮后端面的距离。艉管轴承位置的精确与否,直接影响后续工作中主机位置、中间轴承负荷,进而影响到主机内部主轴承的负荷分配。 
  对于艉管轴承中心线的确定,需要找出船体基线位置,即利用船体底部龙骨上预留的冲点,用激光精度仪测出该中心线的理论位置(图纸要求位置)。通过艉管后轴承端平面上的理论中心线位置,对于镗孔式安装,计算分析艉管铸件镗孔施工个可行性,对于环氧浇注定位的艉管总成,计算分析浇注的可行性(主要是控制环氧的浇注许可厚度)。如果有条件不满足,可以适当对轴线位置进行调整,具体数据应得到船东、船检的认可。 
  对于艉管轴承前后位置的确定,首先需要在对尾轴、中间轴尺寸核对无误后,通过图纸上各个部件的尺寸配合计算,得出中间轴大端(即与主机飞轮配合面)在船体上的理论位置。进而结合主机相对于船体分段的位置(即主机地脚螺栓孔相对于分段肋位的距离)、中间轴承座(已焊接固定在分段上)位置及艉管铸件后端面的镗削量(或艉管总成浇注最小厚度),来确定艉管轴承的前后位置。 
  对于初照光的操作,国内及韩国该船厂仍然普遍采用灯箱望光法。根据理论轴线高度(一般是相对于双层底甲板,及tank top高度与板厚之和),再加上一个经验值,来确定灯箱光源点的位置。例如:对于17米左右的短轴系,这个经验值通常取10―15mm,对于35米左右的长轴系,这个经验值通常取20―25mm。其配套的主机通常为MAN B&W的6S50型或6S60型。其对主机基座环氧厚度的要求范围为25mm―75mm,相对浮动空间较大。对于实际施工来说,为了节约成本,一般都希望选取较小的环氧厚度值,这就需要对这个经验值进行精确研究与控制。 
  初照光检验结束以后,即可开始主机座的螺栓孔划线与钻孔工作。划线参考的基线就是这条经过检验的轴线。在照光时设置的中间光靶,短轴系需2个,即艉管前端一个,飞轮位置船尾方向100mm左右处一个,对于长轴线还要在二者之间再增加光靶。一般用直径0.7的钢丝穿过光靶中心,模拟确定了的实际轴线,然后根据钢丝线测量出主机飞轮端面中心在船体上的位置,进而据此划出主机各个螺栓孔的位置。 
  3.艉管轴承的加工、压装 
  对于环氧浇注式艉管总成,在初照光检验合格后及可以进行浇注固定。对于分体安装式艉管,需要进行的工作有:艉管铸件的镗孔及尺寸的检验、艉管轴承的加工及尺寸的检验、艉管轴承的压装。相关施工主要涉及机加工精度的控制,本文不再叙述。 
  4.整体式主机的搭载放置 
  尾轴、中间轴及轴承等必须在主机搭载之前进入机舱。对于主机搭载时的放置,一般采用顶升螺栓或楔形垫铁的形式。对于大型主机,一般以实用楔形垫铁为主。对于楔形垫铁的放置位置,必须严格按照主机厂家说明书的要求进行,即必须放置在座板面上气缸中心线与主机底座纵向结构的交点上,而不是底座外侧的横向肘板(筋板)上。后者错误的放置方式会导致基座的形变,引起主机轴承负荷值的超标,是一个特别严重的问题。 
  5.轴系的对中与连接 
  轴系的对中与连接工作是在螺旋桨安装完毕,艉管密封完毕且注油完毕后才能进行的。该工作应按照轴系校中规格书(shaft alignment specification)的要求尽量在船舶下水前完成。对中工作要点为测量轴系法兰间的曲折值和偏移值(gap & sag)。其准备工作是向后调整尾轴和中间轴的位置,使轴与轴、轴与飞轮法兰间的间隙达到图纸要求,同时注意轴法兰的对中,及主机零位的确认(多数与第一气缸的上止点位置相同)。对中结束后,用临时螺栓连接轴系,将尾轴向前移动到实际位置。 
  6.主机最终定位 
  轴系在坞内(船体上)连接完毕后,下一步主要工作节点就是下水后主机的定位工作,即包含轴系各轴承负荷的主机安装前的检验(pre-alignment)、主机环氧浇注(或钢垫安装)、地脚螺栓安装和打紧、轴系各轴承负荷主机安装后的检验(final-alignment)。其中负荷检验和环氧的浇注一般都有相关厂家服务商的指导协助或厂家数据认证。使施工质量控制的重中之重,需要严格按照相关规定进行施工操作。 
  小结: 
  船舶建造中的轴系施工是船舶制造精度控制的重要控制对象,此方面国内造船技术应用与国际先进造船技术的应用存在的不同和差距很多也是显而易见的。技术改进与应用的重点不单单是在“设计的技术”,还应在于“组织的技术”和“管理的技术”。 
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