“冠軍”輪換新舵系安裝工藝探討

陳建梅

(天津新港船舶重工有限責(zé)任公司，天津 300456)

“冠軍”輪換新舵系安裝工藝探討

陳建梅

(天津新港船舶重工有限責(zé)任公司，天津 300456)

文章介紹了換新舵系的安裝工藝，著重論述了船舶舵系海損嚴(yán)重造成無基準(zhǔn)的情況下，通過空心假軸進(jìn)行舵系拉線，確保法蘭座的定位，為整個(gè)舵系的安裝提供了重要依據(jù)。

舵系；假軸；法蘭座

2009年韓國(guó)散貨船“冠軍”輪在海上航行途中觸礁，造成了舵桿彎曲及扭轉(zhuǎn)變形，順時(shí)針扭轉(zhuǎn)80°，船舶在附近船廠修理，由于卸貨船期緊，只將舵機(jī)、舵機(jī)座一同拆下，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)80°，與甲板焊接在一起，并沒有對(duì)舵系進(jìn)行拆檢、勘測(cè)。船東從韓國(guó)定制了舵桿、舵葉、舵托、舵機(jī)活塞桿、舵承、舵柄等部件。但部件新制時(shí)間長(zhǎng)，此次修船不能安裝，船舶帶傷繼續(xù)航行至天津港卸貨，卸貨后，船舶進(jìn)新港船廠修理，此時(shí)新制部件已加工完成，船舶進(jìn)廠第2天新制部件運(yùn)抵新港船廠，船東要求在20天之內(nèi)完成舵系安裝修復(fù)。

1 海損舵系實(shí)際勘測(cè)

經(jīng)過勘查，發(fā)現(xiàn)舵桿彎曲及扭轉(zhuǎn)、舵葉嚴(yán)重變形、舵機(jī)的活塞桿在與舵柄連接處彎曲變形、舵承粉碎性破壞、舵柄上平面與下平面不能保證平行、舵托翹曲變形。

舵系的法蘭座由于受到礁石外力的作用出現(xiàn)嚴(yán)重變形，與船體甲板間的焊縫開裂，法蘭座上平面凸起，已無法保證與舵承體平面正確的配合，必須依據(jù)原船圖紙新制，且舵機(jī)底座已嚴(yán)重變形，此次修船必須換新。

2 根據(jù)勘測(cè)結(jié)果分析舵系安裝的難點(diǎn)

原船舵系示意圖見圖1。

圖1 原船舵系示意圖

由圖1可以看出，法蘭座是舵系安裝的基礎(chǔ)，安裝要求其上平面與舵系中心線垂直，法蘭座中心線與舵系中心線重合，才能保證舵桿的安裝。

按照常規(guī)工藝，法蘭座新制后上平面應(yīng)留有加工量，拉好舵系中心線，法蘭座與船體甲板定位焊接，利用外鏜鏜上平面，并與舵承體相配合后，鉸制螺栓孔，需要工期至少15天。可是船東要求20天舵系必須復(fù)位，按照常規(guī)工藝需要的時(shí)間及其他輔助工作的實(shí)施時(shí)間，舵系安裝不可能按時(shí)完成，必須在法蘭座的加工及安裝定位工作上節(jié)省時(shí)間。

通過研究決定法蘭座在車間全部加工完成，不需要裝船后外鏜，與舵承體相配合的鉸制孔在車間加工完成，節(jié)省時(shí)間。但法蘭座的安裝定位是舵系安裝最大的難點(diǎn)。法蘭座的安裝定位需要解決2個(gè)關(guān)鍵問題：①需要穿過法蘭座拉舵系中心線，通過調(diào)整法蘭座，保證上平面與舵系中心線垂直，中心線與舵系中心線重合；②調(diào)整后的法蘭座與船體甲板焊接時(shí)要控制變形。

3 舵系安裝難點(diǎn)的解決方案

由于礁石作用于船舶的力向上并伴隨扭轉(zhuǎn)，故原船的下舵承孔幾乎沒有變形，可以利用下舵承孔拉舵系中心線，并與軸線相交，以此確定舵系中心線。法蘭座的焊接變形通過對(duì)面焊的方法進(jìn)行解決。根據(jù)舵系中心線定位新舵托并焊接，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鏜孔，再做一空心假軸，與法蘭座、舵承體、軸承、推力盤安裝好，整體上船定位，在空心假軸中間穿過鋼絲進(jìn)行拉線，確保上、下舵承孔、舵托承孔在同一中心線上的同時(shí)，也保證法蘭座上平面與假軸中心線即舵系中心線的垂直，法蘭座中心線與舵系中心線重合。

4 舵系安裝工藝具體實(shí)施

根據(jù)分析結(jié)果，制定出舵系定位安裝的工藝。

1)新制法蘭座，并在車間全部加工完成。

2)由于新制舵桿為實(shí)心軸不適合作中間拉線，所以制作空心假軸。假軸主體是D320 mm×30 mm的管子，在中間部位焊接一段D406 mm×40 mm的管子，焊接這段管子的目的是用來替代舵桿護(hù)套，與舵承體配合調(diào)整間隙，保證新制舵桿實(shí)際安裝時(shí)與舵承體保持正確的間隙配合。假軸需要焊接45 mm厚的鋼環(huán)作為假軸法蘭，下平面需要光車，用于與推力盤上平面的配合。

3)檢查推力盤。海損換新部件不包括推力盤，但它是舵系安裝的重要部件，所以在安裝推力盤之前應(yīng)進(jìn)行檢查。采用安裝在新制舵桿上校正的方法。推力盤應(yīng)與新的推力片磨合，每25 mm×25 mm不少于2點(diǎn)油粉斑，接觸面積在70%以上，且分布均勻。如果推力盤有變形，與船東商議換新。

4)根據(jù)圖2第一次拉舵系中心線。

圖2 舵系拉線示意圖

拉軸線時(shí)需要考慮鋼絲的下垂量，計(jì)算公式[1]：Y=ρlL1(L-L1)/2M，其中:Y為計(jì)算點(diǎn)的下垂量， m；ρ1為鋼絲的每米質(zhì)量，kg/m；L1為計(jì)算點(diǎn)至基準(zhǔn)點(diǎn)的距離，m；L為兩端基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離，m；M為鋼絲掛重或拉緊力， kg。鋼絲直徑為0.75 mm，ρ1=3.471×10-3kg/m[2]，由圖2可以量出兩端基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離L=6.95 m，鋼絲掛質(zhì)量M=40 kg，鋼絲下垂量計(jì)算值如表1所示。

表1 鋼絲下垂量

量取鋼絲在點(diǎn)2、點(diǎn)3、點(diǎn)4、點(diǎn)5與艉管的上下距離時(shí)要充分考慮鋼絲下垂量，量取點(diǎn)與艉管上頂距離時(shí)要減去下垂量，得出實(shí)際距離，量取點(diǎn)與艉管下底距離時(shí)要加上下垂量，計(jì)算出實(shí)際距離，拉軸線時(shí)要保證點(diǎn)與舵管上下實(shí)際距離相等，左右距離相等，以此作為拉軸線的依據(jù)。

5)根據(jù)拉好的舵系中心線向上延伸到舵機(jī)艙，作好定位，向下延伸到舵托下塢底，作好定位，為安裝法蘭座時(shí)拉舵系中心線作好參考。根據(jù)拉線結(jié)果將新舵托焊接在船體結(jié)構(gòu)上，并鏜舵托承孔，需要注意新制舵托時(shí)必須考慮鏜孔的加工余量，否則拉好舵系中心線后，無法保證鏜孔加工后舵承孔的圓度。

6)舵承體與法蘭座提前安裝好，假軸也同時(shí)安裝定位，由于推力盤為哈佛型，所以最后安裝推力盤。

7)在這次海損事故中，與法蘭座焊接的船體甲板下方結(jié)構(gòu)完全變形，必須完全換新，重新進(jìn)行焊接。焊接后，船體甲板進(jìn)行調(diào)平處理，為法蘭座安裝定位打好基礎(chǔ)。船體甲板及結(jié)構(gòu)上的焊渣和污物要求清潔干凈，接口部位打磨光滑。

8) 安裝好的假軸舵系吊裝上船，定位在船體甲板開口上，根據(jù)第一次拉舵系中心線時(shí)舵機(jī)艙的定位和塢底的定位二次拉舵系中心線。由于舵托承孔是通過第一次拉舵系中心線后進(jìn)行加工的，且下舵承孔也是第一次拉舵系中心線的基準(zhǔn)點(diǎn)，所以此次拉線可以通過舵托承孔及下舵承孔進(jìn)行校驗(yàn)。

9) 通過調(diào)整假軸法蘭與推力盤上平面的間隙，以及調(diào)整假軸上內(nèi)孔、下內(nèi)孔與舵系中心線的對(duì)中，確保法蘭座上平面舵系中心線垂直，且法蘭座中心線與舵系中心線重合，見圖3。

圖3 假軸舵系示意圖

具體實(shí)施過程中，首先保證法蘭座中心與假軸中心重合。由于舵桿護(hù)套與舵承體有配合間隙，而假軸護(hù)套是模擬舵桿護(hù)套與舵承體配合，所以在調(diào)整過程中，要保證配合間隙值在配合面各方向上數(shù)值一致，此時(shí)，假軸的中心才能與法蘭座中心重合，這是保證舵桿在舵承體中正常轉(zhuǎn)動(dòng)的重要依據(jù)。

根據(jù)船東提供的圖紙，要求舵桿護(hù)套與舵承體之間的間隙值為單側(cè)0.5 mm，在調(diào)整時(shí)如果按照間隙值進(jìn)行定位，空隙大，不利于施工。為了解決這個(gè)難點(diǎn)，采用沿假軸護(hù)套與舵承體配合面圓周方向加3處銅皮的方法解決，3處銅皮在圓周方向均布。銅皮厚度為0.3 mm，銅皮長(zhǎng)度要求超過沿配合面軸向配合長(zhǎng)度的一半。因?yàn)樵谡{(diào)整假軸時(shí)，其配合面的下部如果安裝銅皮，當(dāng)假軸舵系垂直安裝，下部銅皮必脫落，故采用加長(zhǎng)上部銅皮長(zhǎng)度的方法進(jìn)行調(diào)整。原船圖紙顯示配合長(zhǎng)度為400 mm，銅皮長(zhǎng)度取為300 mm。調(diào)整過程中，使用0.20 mm塞尺隨時(shí)塞取3處銅皮與假軸護(hù)套的間隙，3點(diǎn)間隙應(yīng)一致，此時(shí)法蘭座的中心即是假軸中心。

再調(diào)整假軸舵系整體，使假軸中心線與舵系中心線重合。方法是，通過假軸上內(nèi)孔、假軸下內(nèi)孔與舵系中心線對(duì)中。利用外卡鉗量取上、下內(nèi)孔與舵系中心線在船艏、船艉、左舷、右舷4個(gè)方向上的數(shù)值，當(dāng)數(shù)值相等時(shí)，中心線重合。在調(diào)整上述中心線的過程中，要同時(shí)監(jiān)測(cè)假軸法蘭與推力盤上平面的間隙，保證法蘭座上平面與舵系中心線垂直。

10)法蘭座、假軸均調(diào)整到位后，法蘭座與船體甲板點(diǎn)焊固定。

11)焊接法蘭座，先焊與船體甲板相接的下端焊縫，為了減少變形，焊接長(zhǎng)度需要8等分，對(duì)面焊接，見圖4。

圖4 焊接示意圖

焊接順序：1、5區(qū)同時(shí)焊，再焊3、7區(qū)，后焊2、6區(qū)，最后焊4、8區(qū)。焊好后，清理好焊渣。再進(jìn)行上端焊縫的焊接，同下端焊縫的施工順序一致。焊接過程中，隨時(shí)監(jiān)測(cè)假軸護(hù)套與舵承體配合面的上、下間隙值，以防出現(xiàn)較大的焊接變形。焊接后，假軸與舵機(jī)艙上部吊點(diǎn)固定，防止拆下推力盤后，假軸下落損壞舵承體的上表面。依次拆下推力盤、假軸、舵承體。

法蘭座焊接定位后，安裝好舵系其它部件。原船舵機(jī)為往復(fù)式船用液壓舵機(jī)，海損造成活塞桿彎曲變形，原舵機(jī)進(jìn)車間拆檢。換新舵系復(fù)位后，新制活塞桿與舵機(jī)液壓缸在車間組裝，組裝完畢后整體上船安裝。安裝時(shí)需要進(jìn)行校中定位，要保證零位行程雙缸對(duì)等，避免造成左、右轉(zhuǎn)舵時(shí)舵角角度不等。將舵葉舵角放置于零位，此時(shí)舵柄也處于中間位置，調(diào)整兩側(cè)液壓缸，保證活塞桿滑塊定位銷孔的中心點(diǎn)與兩側(cè)液壓缸端部距離相等。通過調(diào)整舵機(jī)座底腳，保證舵柄與活塞桿上、下間隙對(duì)等。同時(shí)滿足滑塊與舵柄的配合間隙0.15～0.24 mm，定位銷孔與定位銷的配合間隙、0.15～0.21 mm。所有實(shí)測(cè)間隙值滿足要求后，舵機(jī)座底腳澆注環(huán)氧樹脂。

5 結(jié)束語(yǔ)

舵系完全安裝后，舵葉通過手動(dòng)葫蘆左、右拉動(dòng)，非常滑快，無異響。通過操舵試驗(yàn)驗(yàn)證換新舵系的使用情況，根據(jù)船檢要求，保證舵應(yīng)自任一舷的35°，可轉(zhuǎn)至另一舷的35°，并且自一舷的35°轉(zhuǎn)至另一舷的30°所需時(shí)間不超過28 s。經(jīng)過試驗(yàn)，結(jié)果確實(shí)達(dá)到了船檢的要求，左轉(zhuǎn)舵、右轉(zhuǎn)舵的極限均達(dá)到37°。根據(jù)原船資料及船檢要求，要求單側(cè)最大工作舵角為35°，故安裝有效的舵角限位器。在試驗(yàn)過程中壓力無波動(dòng)，轉(zhuǎn)舵時(shí)無異響、無頓點(diǎn)，報(bào)警和監(jiān)測(cè)均正常，令船東非常滿意。直至今日，該船舵系一直運(yùn)轉(zhuǎn)良好。在車間加工法蘭座，并利用假軸定位安裝，工藝實(shí)施簡(jiǎn)便、快捷，節(jié)省了舵系安裝工期。這條船的舵系安裝工藝可以為以后海損的相似船舶提供一個(gè)很好的參考。

[1] 金偉國(guó)，張信祥. 船舶鉗工[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.

[2] 《機(jī)械設(shè)計(jì)制圖手冊(cè)》編寫組.機(jī)械設(shè)計(jì)制圖手冊(cè)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1991.

2013-10-15

啟事《中國(guó)修船》征稿啟事

1.《中國(guó)修船》的辦刊特點(diǎn)是實(shí)用性與科學(xué)性相結(jié)合，理論與實(shí)踐相結(jié)合。探討修船企事業(yè)單位的發(fā)展方向和模式，介紹修船新工藝、新技術(shù)，切磋保證修船質(zhì)量、縮短修船周期、提高修船效率的有效措施。文章力求有前瞻性、先進(jìn)性、實(shí)用性。

2.征稿內(nèi)容：經(jīng)營(yíng)管理方面的成功經(jīng)驗(yàn)，理論探討；船體、船機(jī)、船電、計(jì)算機(jī)信息管理等方面新技術(shù)的應(yīng)用；塢修設(shè)施的改造；拆船、船舶改裝、特涂、特修、防污防腐、維修理論；企業(yè)風(fēng)采、新產(chǎn)品介紹；國(guó)內(nèi)外修船動(dòng)態(tài)、航運(yùn)信息、簡(jiǎn)訊等信息類的文稿。

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《中國(guó)修船》編輯部

In this paper,the installation process of renewing rudder system is introduced,focusing on how to locate the rudder centerline through the hollow shaft，without any base when the rudder system was damaged badlyand to locate the flange seat so as to ensure providing an important basis for the rudder system installation.

rudder system;hollow shaft;flange seat

陳建梅(1971-)，女，天津人，高級(jí)工程師，工程碩士，主要從事船舶輪機(jī)修理工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.01.015