可收放式减摇鳍装置模块化制造与安装工艺研究

可收放式减摇鳍装置模块化制造与安装工艺研究
牛俊;顾睿华;饶昌波;陶国君
【摘要】模块化建造是现代造船模式中一项先进的造船技术。

文中介绍某型船可收放式减摇鳍装置的模块化设计、制造与安装工艺研究，验证减摇鳍装置的模块化制造方法具有可行性和可靠性，可为同类型设备安装提供借签。

%The modularization construction is an advanced technology in shipbuilding. This paper introduces design, manufacture and installation of a retractable ifn by modularization construction method, so as to prove its feasibility and reliability, which can provide references for the installation of the similar equipments.
【期刊名称】《船舶》
【年(卷),期】2014(000)006
【总页数】7页(P62-68)
【关键词】舰船;减摇鳍;模块化;安装;工装
【作者】牛俊;顾睿华;饶昌波;陶国君
【作者单位】沪东中华造船集团有限公司上海200129;沪东中华造船集团有限公司上海200129;沪东中华造船集团有限公司上海200129;沪东中华造船集团有限公司上海200129
【正文语种】中文
【中图分类】U663
引言
某补给舰其排水量约为20 000 t，按规范要求应设置减摇装置，减少舰船在海上
航行时的横摇运动，增加舰船稳性，改善舰船的适航性，为舰员提供良好的工作和生活条件［1-2］。

上世纪80年代中期，我国引入模块化造船理念，开始该技术
的研究和探索，经过近三十年的发展，现代造船技术已逐步发展至模块化的时代。

模块化设计制造能降低舰船建造成本，缩短建造周期，促进造船技术发展［3］。

减摇鳍装置按结构型式分为收放式减摇鳍和非收放式减摇鳍装置两大类［4］，本文简单介绍了可收放式减摇鳍装置模块化制造与安装工艺。

运用模块化建造方法，将减摇鳍和船体部分结构结合在一起制作，从而简化了施工工艺，改善了施工环境，并且通过设计平台装置工装，侧向安装减摇鳍模块，解决了减摇鳍模块纳期到厂安装技术难题。

1 减摇鳍装置组成及主要性能参数
1.1 减摇鳍装置组成
减摇鳍装置主要由执行机构、鳍、液压机组和电控设备等组成。

1.2 主要性能参数
（1）结构形式：后收式
（2）型号：JQA-11-530
（3）鳍的数量：1 对
（4）单鳍面积：11 m2
（5）展长：4.69 m（含梢罩时为4.866 m）
1.3 设备型号及结构参数
装置由执行机构、鳍、鳍箱、单鳍润滑管路、液压机组、控制箱、启动箱、操作面板等组成，其规格型号及结构参数见表1所示。

表1 设备型号及结构参数表序号名称数量长×宽×高 /mm 单件质量 /kg 17 908 FY1102053/1型鳍 2 6 500鳍箱 2 31 675单鳍润滑管路 2 29单鳍液压管路2 105 2 HURV45/1型液压机组2 2 500×1 365×1 551 2 368 3控制箱 1
400×245×540 40 4启动箱2 600×260×840 80 5 EPBR1/1型操作面板 1
300×320×200 8 MARA530/1型执行机构 2 1 机械设备组合体8 700×2 650×3 400
执行机构由下支承座、上支承座、十字头组、密封衬套、鳍轴组、鳍柄、连杆组、推力环组件、收放机构、转鳍油缸、反馈装置、襟翼驱动机构、锁紧机构、鳍角发送器等组成，执行机构由液压机组驱动，实现转鳍、收放鳍、复零、锁紧等功能。

2 船体结构分析
减摇鳍装置的外型尺寸（长×宽×高）约8.7 m×2.65 m×3.4 m，单只重约56 t，安装角度为减摇鳍轴中心线与船体基线夹角20°（见图1）。

当鳍收起时嵌入船体外板结构内，其表面与外板线型一致。

图1 减摇鳍轴中心横剖面
减摇鳍布置在本船船舯区域（位于FR104～FR116之间），靠近船底舭部。

该区域为双壳结构，外板及内壳均有线型，每档肋距为750 mm。

其船体双壳之间主要采用肋板和纵骨加强，双壳的垂直间距约为1.34～1.7 m（见下页图2）。

图2 外板和内壳展开图
3 技术难点和施工难度分析
（1）减摇鳍装置船坞单独吊装定位技术难度高、时间长，质量难以保证。

（2）减摇鳍装置船坞单独吊装对船体双壳结构来讲会产生较多结构性散装件，给现场带来大量的装焊工作量。

双壳间的垂直间距约为1.34～1.7 m，每档肋距还有肋板，因此空间狭小，施工环境恶劣。

（3）减摇鳍到厂后，靠近船底舭部区域的起重设备无法将减摇鳍吊装到位。

4 减摇鳍模块化方案
4.1 减摇鳍模块划分方案
模块划分主要从以下几个方面进行考虑：
（1）船体外板必须将减摇鳍装置全部覆盖在内，模块结构与周围其他船体分段结构连接必须是船体构件装焊。

（2）从船体外板、内壳板板缝和分段大接头来考虑划分模块的大小。

（3）为确保外板、内壳板线型，模块大接头划分应尽量靠近船体构架，一般距构架100～150 mm。

（4）将模块结构划分成阶梯形状，即外大内小的形状，以便于该模块由船舷两侧进入安装。

（5）该模块由设备商制造，因此还需考虑模块运输时的大小和质量。

根据上述五点模块划分原则，最终模块划成9.05 m长×3.4 m宽×3.4 m高，质量约66.6 t（不包括散装件），见图1和图2。

4.2 减摇鳍模块制造
模块制造具体步骤如下：
（1）建造方式
以外板为基面正造，船体外板、内壳板零件按线型在船厂加工到位，其余零件和部件装焊结束后一起送设备厂。

（2）胎架形式
正态胎板式线型胎架。

（3）施工程序
外板在胎架上铺板→焊接→构架划线（包括肋检线和水线定位标记线）→设备（减摇鳍）开孔→减摇鳍胎架上定位→其余船体零件和部件装焊→内壳板贴装→焊接→验收→涂装。

（4）施工要领
① 外板纵骨安装时，提供分段首尾大接缝处安装角度样板；
② 提供 FR105、FR107、FR109、FR111、FR113、FR115、FR116肋位的外板
内卡样板，样板上划出1 500、2 500、3 000水线和9 952、11 000纵剖线；
③ 提供 FR105、FR107、FR109、FR111、FR113、FR115肋位的内壳板内卡样
板（非构架面），样板上划出3 000水线和9 952纵剖线。

（5）最后到机械总装车间进行执行机构、鳍叶和液压系统的装配和系统调试工作，从而形成完整的壳、舾、涂一体化的减摇鳍模块。

在减摇鳍模块脱离胎架前，需标出船坞定位基准线，包括在船体外板上划出FR113肋检线，距基2 500 mm水线和首尾端距中9 952 mm的纵剖定位标记线等，用于现场安装时定位需要。

减摇
鳍模块实体见图3。

图3 减摇鳍模块实体
5 减摇鳍模块安装
5.1 安装方案
根据船厂生产计划，当减摇鳍模块（以下简称模块）进厂时，主船体已在坞内搭载完成，因此无法自上而下将该模块直接吊装到位，而模块周边船体结构形式较为复杂，为模块的安装增加了难度。

根据减摇鳍轴中心线与船体基线夹角20°特性，制定了侧向平台安装方案，侧向安装平台见图4。

该方案具体步骤如下：
（1）建造一平台，并在平台上设置轨道和轨道小车，将模块放置在小车上，通过油缸顶推和小车前面的钢索牵引，将模块平稳移动到安装位置。

（2）在基本到位后，利用手拉葫芦将其拉住固定，拆除专用工装，调整手拉葫芦，使模块上的船体外板肋检线和水线定位标记与船坞内四周船体分段外板上勘划的肋检线和水线定位标记分别对齐。

（3）划出模块外板和相邻船体分段外板上的余量线，切割余量，将模块安装到位。

（4）再次核对定位标记线，同时检查模块上首尾端纵剖线与船体上纵剖线是否对齐。

减摇鳍模块具体安装工艺流程：船体基线测量→临时外板割除→船体外板“十”字线（肋位线和水线）勘划→外板临时工艺孔开孔→专用工装定位及安装→顶推模块定位→拆除专用工装→模块与船体结构的装配及焊接（包括补焊工艺孔等）→焊缝无损检测→密性检查→拆除吊环等→安装液压及电控设备等→鳍收放及转动动作检查。

5.2 模块吊装辅助工装设计
根据减摇鳍轴中心线与船体基线夹角20°特点，制定侧向安装平台。

平台上设置轨道及轨道小车，模块放置在小车上，通过油缸顶推至安装位置。

模块放置在轨道小车上，小车配4个滚轮，滚轮用45号淬火钢制造，滚轮与轨道滚动摩擦系数为0.05［5］。

其受力图如图5所示。

图4 侧向安装图
图5 减摇鳍箱模块侧向安装受力图
式中：G为减摇鳍装置重力，kN；N为支反力，kN；T为牵引减摇鳍箱的拉力，kN；μ为滚动摩擦系数（钢制车轮与钢轨）。

减摇鳍装置重力为666 kN，侧向安装平台坡度α=20°时，代入式（3）得：
T = G（Sinα + μCosα）= 666×（0.342 + 0.05×0.940）= 25.9 kN，约26 t推力。

从理论计算结果来讲，在平台上对模块采用顶推只要大于26 t就能向上移动。

根据以上要求设计本工装侧向安装平台（见图6）。

图6 侧向安装平台
5.3 焊接工艺
5.3.1 减摇鳍与船体结构焊接
为了保证减摇鳍的使用功能，船体结构与减摇鳍的焊接阶段应尽可能减小和控制鳍的变形［6-7］。

设备厂对机械组合体外板标记点间距进行测量并记录（见图7中A、B、C、D点）。

车间在装焊机械组合体前应进行复测，焊接过程中对标记点
间距定时进行测量，并控制标记点间距变化不大于3 mm，测量数据均予以记录
在如下页图8所示的记录表中。

焊接过程中应对标记点间距定时进行测量，控制
标记点间距变化不大于3 mm。

图7 模块外板标记点
图8 模块标记点测量记录表
焊接顺序按图9由1～21顺序完成机械组合体与船体结构的焊接（注：序号1、2、3、5、6、7、10、11、13、15、18为肋位方向焊接；序号4、8、9、12、14、16、17、19、21为外板首尾方向焊接）。

图9 模块外板与船体焊接顺序
5.3.2 内壳板贴装前结构装配焊接
（1）贴内壳板前，散装外板纵骨、内壳加强纵骨、肋板加强筋、25°顶斜板的装焊，注意上下对称施焊。

（2）结构性验收。

5.3.3 内壳板及加强结构的装配焊接顺序
内壳板以及加强肋板的焊接（上下同时进行），注意焊接顺序（见图10）。

图10 模块内壳板与船体焊接顺序
5.4 质量检验
5.4.1 减摇鳍模块及加强结构的无损探伤
模块外板、内壳板与船体连接焊缝应采用100%UT超声波探伤检查，超声波探伤
检查评定标准按GB11345-89，符合Ⅱ级为合格。

外板和内壳板大合拢的对接焊
缝作14%的射线探伤检查，射线探伤评定标准按GB3323-87，符合Ⅱ级为合格。

5.4.2 密性检查
模块与船体结构焊接完成后应进行模块与船体外板对接焊缝的密性检查及外板、内壳板、水密舱壁焊缝的密性检查。

5.4.3 放鳍试验及转鳍试验
安装完成后，在进行收放鳍试验和转鳍试验前，拆除鳍叶外板开口的临时槽钢加强。

6 结论
通过对船体双壳结构安装可收放式减摇鳍装置进行分析后，采用船体部分结构与减摇鳍设备结合一起进行模块化制造、安装和焊接工艺等设计，得到以下成果：（1）通过对减摇鳍装置组成和船体结构的分析，制定减摇鳍模块化方案，成功解决了减摇鳍船坞搭载定位的技术难题，简化了施工工艺，改善施工环境，并缩短了船坞搭载周期效果。

（2）考虑到减摇鳍设备晚到厂的情况，船体入坞后无法利用吊车吊装减摇鳍设备，按减摇鳍轴中心线与船体基线夹角20°的特点设计了侧向安装平台、顶推装置等，将减摇鳍模块成功安装到位。

该方法为以后其他类似船型安装大型设备，并在空间定位和吊装位置受到限制的情况下提供借鉴。

［参考文献］
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