超大型集裝箱船艉部精度控制分析

唐 松，李家帥

(1.江蘇新揚子造船有限公司，江蘇 靖江 214521；2.江蘇省船舶設計研究所有限公司，江蘇 鎮江 212003)

超大型集裝箱船艉部精度控制分析

唐 松1，李家帥2

(1.江蘇新揚子造船有限公司，江蘇 靖江 214521；2.江蘇省船舶設計研究所有限公司，江蘇 鎮江 212003)

分析了超大型集裝箱船艉部合攏過程中變形產生的原因，對精度控制的工藝流程以及精度控制的關鍵措施進行了詳細的闡述，并結合船舶建造過程實際情況進行了具體分析，為同類船舶的建造提供了參考。

集裝箱船；艉部；船體變形；精度分析；質量控制

0 引言

在船舶建造精度控制方面，國外先進造船企業已形成完整的精度管理體系，將精度控制管理貫穿于船舶建造的每個環節。相比較，雖然國內船舶企業造船精度控制意識、管理技術在不斷提高，但仍存在一定差距，尤其大型船舶的精度控制技術更需要有待提高。本文以10 000 TEU集裝箱系列船為研究對象，在分析船舶艉部變形及精度控制難點基礎上，通過開展分段精度控制、大合攏分段定位精度控制、船體艉總段定位變形量的控制、軸系校中照光的精度控制等方面工作，從而達到減少船舶變形，保證船舶建造質量的目的。

1 艉部精度控制難點

2012年下半年，江蘇新揚子造船有限公司承接了10 000 TEU 系列船。由于國內船廠對于超大型集裝箱船精度控制技術經驗不足，加上之前該廠建造的最大集裝箱船為4 800 TEU，和10 000 TEU完全不在一個檔次上，因此在10 000 TEU船建造過程遇到了許多新的挑戰，其中建造難點之一就是船舶艉部在建造過程中產生的變形及精度控制，具體體現在以下幾個方面：

(1)該船從主機凹槽前壁至Fr0(舵桿中心)長度將近80 m，從主機飛輪端到螺旋槳末端長度達52 m，設置3個中間軸承，中間軸直徑805 mm，艉軸直徑990 mm，是典型的大直徑長軸系布置。

(2)該船艉部屬于典型的懸臂梁結構，艉總段伸出達17 m，況且該總段還帶1只無加工余量、高度近10 m的舵套，對其安裝精度要求很高。如果合攏過程控制不好，很容易引起艉部的變形，從而導致舵桿中心的偏移。

(3)該船艉部的重量大，全部設備安裝完畢后估算重量達2萬t。如果合攏過程控制不好，容易因船體自重產生變形，從而造成艉部下沉或傾斜，而且不易糾正。

2 艉部精度控制內容

為了確保該船艉部合攏后船體變形控制在標準范圍內，精度部門編制了詳細的精度控制方案和精度作業指導書，具體工作主要體現在分段精度控制、大合攏分段定位精度控制、船體艉總段定位變形量的控制、軸系校中照光的精度控制等。

3 分段精度控制

(1)完善并嚴格執行分段的精度控制流程，具體為：胎架報檢、劃線報檢、焊前報檢、焊接過程監控、完工報檢。

分段上的每一合攏口(包括外板、型材上)均要求劃上100 mm檢驗線；每一分段完工后，精度專業人員都會用全站儀在分段上打出一組肋位線、水線和中心線，并敲上洋沖印，用膠帶貼好，備合攏用。

以上每道工序均需要精度管理部門參加控制并認可，否則不允許進行下道工序的施工。

(2)該船帶舵套的111C分段是整個分段建造過程中的重點和難點。該船的舵葉支撐不是依靠常規的掛舵臂鑄鋼件，而是依靠舵葉制造廠提供的1只舵套。該舵套高度10 m，為精加工后成品，無余量，和主船體111C分段焊接連接，要求裝船后中心偏差控制在正負8 mm內。

舵葉制造商推薦2種安裝方案：

方案1：艉部111C分段在塢內總裝合攏后，在船塢里安裝舵套。此方案比較保險，因為舵套在塢內安裝，則從分段制作到合攏這一階段產生的變形可以被消除掉，但是帶來的問題是船舶塢內合攏周期至少延長1個星期。

方案2：在111C分段上進行舵套安裝焊接，然后進塢合攏。采用方案2，可以大幅縮短船舶塢內合攏周期，但是如果舵套在分段安裝過程中焊接變形控制不好，可能會導致舵套中心偏移或傾斜，從而影響舵葉的安裝。

經過反復討論，最終決定采用方案2。舵套在分段的安裝過程中，采用舵套中心拉鋼絲定位，把舵套和船體結構的裝配間隙嚴格控制在6～8 mm內。實際操作時，4名焊工對稱焊接，邊焊接邊測量中心偏差值，嚴格控制焊接參數和焊接質量，保證焊縫無損檢測一次通過，減少因焊縫返修帶來的變形，并且將焊接時間安排在早晨或晚上，避免因氣溫升高帶來的影響。通過以上方法，最終把分段階段舵套安裝中心偏差控制在±3 mm內。

(3)分段制作過程中，為了減少變形量，加工車間應盡量避免手工切割部件，以減少大間隙帶來的焊接變形，并且要求嚴格按照正確的焊接順序焊接。對于機艙大開口分段，可采用拉橫撐和斜撐的辦法防止變形。分段脫胎后要保證足夠的支撐加強。分段完工檢查要以三維的檢查線為基準，對水平度、垂直度、外觀尺寸都要求控制在標準內(水平±5 mm，尺寸±4 mm，垂直度±5mm)。

(4)分段制作完工后，精度部門需要對全船分段數據進行分析，在紙面上進行一次模擬合攏，把可能出現偏差的合攏縫預先確定彌補方案。

4 大合攏分段定位精度控制

(1)用全站儀在船塢中心位置堪劃船塢中心線并打上洋沖印，中心線偏差在±1 mm之內。

(2)在機艙定位分段203進塢合攏后，首先在船塢中心線上豎立高度標桿，并在船底基線基礎上用全站儀在高度標桿上打出4 800 mm軸線高度，然后把軸線高度用全站儀過渡到左右塢墻上，打上洋沖印，用油漆標識。此軸線標識要求高度誤差控制在±1 mm之內，并且要向船東、船檢報檢，避免將來進行軸系照光時，船東、船檢要求對機艙內的原始軸線高度進行驗證時無法實施。

(3)組立分段吊至塢內后根據船塢中心線、肋位線、水平基準線進行合攏。首先，根據做好的基準線對組立分段進行檢測，必須保證合攏精度控制在標準范圍內，并檢查其與已合攏的分段肋位檢查線的間距，相應的測量數據應保證在公差范圍內，同時做好各項數據的測量記錄。其次，經過精控檢查人員認可后進行定位焊及加強，組立分段定位結束。

(4)組立分段定位結束后，在確認定位焊及加強支撐都固定好后行車松鉤，再次測量組立分段定位數據有無變化，經過精控人員驗收合格后進行裝配焊接作業。

5 船體艉總段定位變形量的控制

(1)根據船體結構形式和分段特點繪制船塢布墩圖。船塢布墩時要考慮實際情況適當增加塢墩墊木的密度，防止艉部分段下沉。

(2)艉部線形分段增加強力支撐管。為防止分段下沉，支撐管的放置必須根據分段特點安裝。同時，支撐管的強度必須滿足要求，避免分段重量超出支撐管的強度，從而引起支撐管變形。大開口分段也要安裝拉梁，以防止分段變形。

(3)分段合攏定位時要加放一定的反變形量。艉部總段111C合攏可能會出現2種變形，一是合攏縫焊接引起的上翹變形，二是總段自重引起的下沉變形(在拆除外部固定支撐后)。經過和技術、生產部門的多次討論，決定對該分段放+25 mm的反變形量。船體完工后實測下沉28 mm，基本滿足了艉部精度要求。

反變形數據的設定，應根據不同的船廠、不同的船型、不同的工藝而要有相應的變化。最準確的方法是根據以往船廠建造船型統計的數據進行計算、分析，同一類型船收集的數據越多，得出的反變形數據越準確。

(4)機艙分段經過總組后總段重量會很大，比如242GP/S總段重量將近700 t。如果先吊裝左舷總段，相隔幾天后再吊裝右舷總段，將可能導致機艙左舷下沉。因此，可采取總段吊裝快速定位法，在同一天內將左右舷總段分別吊裝上船，從而保證左右舷重量的平衡。

在常規閱讀教學中，教師通常會設計一系列的問題來處理文本，“問題”是學生在閱讀過程中的思維工具，教師一定要關注學生思維活動的內容和層次，由淺入深，循序漸進。高中英語閱讀教學中教師提出的問題可分為展示型問題、參閱型問題和評估型問題。下面就對本課例中的問題設計進行一一分析，看其在訓練學生的閱讀策略和批判性思維方面的成效。

6 軸系校中照光的精度控制

6.1軸系分段的定位控制

(1)主機基座分段的合攏定位要以主機凹槽中心線為依據進行合攏定位。主機基座面板水平必須控制在±4 mm以內。定位后對測量數據進行記錄。

(2)艉管分段的合攏定位應以艉管中心為基準，并保證艉管中心和主機軸線的同軸度。為了抵消分段的焊接變形，艉管分段定位時應在后端面加放10 mm的反變形量，并且要測量艉管分段后端面到0號肋位的距離，確保實測距離比理論距離誤差在±10 mm范圍內。分段焊接時要每隔一段時間測量此數值，確保變形量控制在范圍內。

(3)舵套分段合攏定位應以舵套中心為基準，并必須保證舵套上下端面中心和舵桿中心的同軸度，同時要確保舵套下端面至主機軸線的距離。為了抵消舵套分段因自重產生的下墜變形，該分段定位時應加放適當的反變形量(根據我廠經驗加放+25 mm反變形量)。分段定位后應對所有重要數據進行記錄，并使用線錘確認舵套中心與船體中心線的偏差值。分段焊接時必須在早晨或者晚上焊接，避免因氣溫變化產生的變形，并采取對稱焊接，每隔1 h要確認線錘中心的變化；要根據偏差情況調整焊接位置，以保證舵套中心和船體中心的偏差控制在±8 mm范圍內。

6.2軸系校中照光

當主甲板向下，機艙前壁向后的船體裝配、電焊及火工作業基本完成，并得到船東、船檢認可后，開始進行艉部軸線的檢查。檢查時間選定在晚上8點以后進行。本船軸線校中照光共分2次。

第1次是在安裝艉管和主機前的預校中照光，目的是：

(2)確定軸線在主機座上的分中偏差。

(3)確定艉管前支撐環鑄鋼件的安裝位置。

(4)確定主機座上螺栓孔的位置。

(5)初定舵桿中心線和舵套中心線的同心度。

(6)初步確認軸線和舵桿中心線相交偏差量。

第2次校中照光是在艉管安裝到位后、環氧澆注前，目的是：

(1)確定軸線高度的最終狀態，檢查軸線和艉管中心線的同心度。

(2)確定舵桿中心線的最終狀態。

(3)確定軸線和舵桿中心線相交的最終狀態。

(4)確定艉管前支撐環氧鑄鋼件的位置。

第1次照光不必拆除船體外殼上的硬支撐，但是第2次照光前必須拆除外板上的所有支撐管，僅保留船底塢墩,并停止一切會產生振動的作業。

根據拉線工藝方案要求分別在主機凹槽前壁和舵套中心后設置了2個固定光靶，并在其間設置了6個輔助光靶。照光前一定要請計量單位對激光經緯儀進行仔細的校準，并取得校準證書。照光時，激光經緯儀架設在艏光靶前，光線從艏光靶向艉穿透艉部固定光靶后，再調節其他輔助光靶。把各光靶都調整在一條直線上后，發射激光，測量各位置的精度尺寸。舵桿中心線使用0.7 mm的琴鋼絲帶線錘進行檢測。

由于方案及準備工作做得比較完善，報檢過程很順利，檢測數據顯示：軸線中心左右偏差±1 mm(標準±7 mm)，上下偏差±5 mm(標準±10 mm)，舵桿中心和軸線偏差±7 mm(標準±8 mm)，完全在標準范圍內。

7 結論

大型集裝箱船的艉部合攏精度控制是一項系統工程，具有一定難度和風險，但是由于前期對該船精度方案進行了科學、詳細的策劃，對上述的重點難點環節進行緊密跟蹤，使得該船分段精度合格率達到95%，比以前其他船舶提高10個百分點；同時通過模擬搭載，對5%可能會因分段精度尺寸局部超差，從而引起返修的合攏縫進行了預先補償調節，大大減少了返修造成的浪費；對軸、舵中心線的精確控制最終使各項關鍵數據取得了令人滿意的結果。

船舶完工后船體外殼線型平順完美，船東對此給予了高度評價，認為完全可以媲美韓國一流船廠的產品。其實在簽訂合同時，船東對于中國船廠能否造好這種高檔次船舶是心存疑慮的，最終的結果打消了他們的疑慮。在1號船交船后船東宣布在原先14條船合同的基礎上追加7條，使得該系列船總數達到21條。事實證明,只要在各個環節采取科學有效的精度控制手段，各部門之間通力協作，中國船廠的船體質量建造可以達到世界一流水準。

2014-04-26

唐松(1970-)，男，工程師，從事船舶質量檢驗工作；李家帥(1984- )，男，助理工程師，主要從事輪機動力工程設計工作。

U671.99

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