全回轉推進器結構的放樣改進與應用

楊偉鋒， 趙 鵬

(中船黃埔文沖有限責任公司， 廣東 廣州510715)

0 引 言

隨著船舶行業的蓬勃發展、船舶建造技術的創新與船舶設計水平的不斷提高，全回轉推進器被廣泛應用于各類船舶。

船用全回轉推進器是保證船舶機動靈活的一種動力推進裝置，其與傳統推進器相比，推力更大，且可以360°旋轉，完全擺脫了船舶轉向對舵葉的依賴，可以大幅提高船舶的靈活機動性[1]。

全回轉推進器與常規船舶推進系統相比，結構更為復雜，其與船體基本面結構形成一定角度，相關線形曲度變化大，且建造精度要求高。現有的船舶建模軟件對此部分結構展開后的零件誤差大、精度低，不能作為船用零件直接使用，因此結構零件只能手工放樣展開。傳統手工放樣方法難度大、準確率低、耗時長，展開零件往往須加放余量，后續裝配須修割打磨，致使船臺安裝周期延長。因此，有必要對其放樣方法進行改進，達到節能降耗、降本增效的目的。

1 與全回轉推進器相接的船體結構形式

全回轉推進器不僅要為船舶提供動力支持，而且要起到調節船舶方向的作用，其最大的優點是：靈活機動，可縮小船舶轉向半徑。因此，對其在船舶上的布置定位及安裝精度要求較高，與其相接的船體結構設計相對復雜，現場施工難度較大，且安裝周期較長[2]。

根據全回轉推進器軸線與船舶基本投影面的角度關系，可將其分為以下4種結構形式：

(1) 推進器中軸線在縱剖面圖和橫剖面圖中均與船體基線平面垂直，如圖1a)所示。此種結構形式較為簡單，可分別在縱、橫剖面直接進行結構展開，即推進器分布與常規結構相同，也可看作常規構件來放樣展開，施工安裝也相對簡單。

(2) 推進器中軸線在縱剖面圖中與船體基線平面成一定夾角,在橫剖面圖中與船體基線平面垂直，如圖1b)所示。此種結構形式的縱向結構可以在縱剖面上直接展開,但橫向結構需要采用投影法，在一次投影后展開，即推進器僅在縱向有角度，展開相對簡單，施工容易。

(3) 推進器中軸線在縱剖面圖中與船體基線平面垂直，在橫剖面圖中與船體基線平面成一定夾角，如圖1c)所示。此種結構形式的橫向結構可以在橫剖面上直接展開，但縱向結構需要采用投影法，在一次投影后展開，即推進器僅在橫向有角度，展開相對簡單，施工容易。

(4) 推進器中軸線在縱剖面圖和橫剖面圖中均與船體基線平面成一定夾角，如圖1d)。此種結構形式在縱、橫剖面圖中都不能直接展開，即推進器在縱向、橫向都有傾角，基本投影面上無法放樣展開結構零件，必須經過多次轉換投影，剖切實形，才能放樣展開。

圖1 與全回轉推進器相接的船體結構形式

2 全回轉推進器加強結構的放樣方法及改進

以全回轉推進器第4種結構形式(推進器中軸線與船體基線平面呈雙傾角)作為加強結構改進的典型案例，其縱、橫剖面圖如圖2所示。全回轉推進器軸線在橫剖面圖中與基線平面成85°夾角，在縱剖面圖中與基線平面成88°夾角。

由圖2分析可知：全回轉推進器無論是在橫剖面圖還是縱剖面圖中，呈現的都不是推進器的結構實形，只是其在縱、橫向視圖的投影。放樣展開結構零件必須進行投影改造，沿著全回轉推進器中軸線剖切出推進器的實際投影圖[3]。

全回轉推進器中軸線求取圖如圖3所示。根據推進器中軸線MN在橫剖面圖和縱剖面圖的角度，投影出推進器中軸線在水線面的投影線M′N′。沿水線面上的MN剖切水線，投影得到A-A剖面。H為為了展開而作的高度輔助線，把水線面上的M′、N′點投影到A-A剖面，連接剖面上M1、N1點,即得到推進器中軸線實形。已知推進器筒體直徑為3 100 mm,上口在A-A剖面顯示為EF,下口為CD，如此得到CDEF為推進器筒體中軸剖面。

圖2 全回轉推進器縱、橫剖面圖

圖3 推進器中軸線求取圖

2.1 全回轉推進器加強結構放樣改進前做法

與全回轉推進器相關的船體結構主要為推進器筒體的加強結構，放樣的關鍵在于求取筒體與加強結構之間的相交線[4]。以往推進器加強結構的放樣展開步驟如下(以L14縱剖面上筒體與加強結構的交線為例，見圖4)。

(1) 在A-A剖面上作平行于筒體上口的等分線E1F1～E7F7,把水線面上MN與縱剖面L14的交點O投影在A-A剖面上，得到與筒體等分線的交點O1～O7。

(2) 分別把筒體等分線上的交點O1～O7投影到筒體橫截面中線上，根據水線上MN與縱向結構線得到的角度(如圖4中的68°)，得到1組平行線交筒體截面于A1～A7點。

(3) 將筒體橫截面上得到的交點對應投回等分線上，相應得到1組交點A1～A7，再將這些點投影到水線面上，與L14交于B1～B7點。

(4) 量取A-A剖面上A1～A7的高度值，在L14縱剖面上作出高度值的輔助線，將水線面上的B1～B7點對應投影到縱剖面的高度線上，得到1組點，連接起來就得到推進器筒體與縱向L14加強結構的實際交線，即：L14縱剖處的加強結構可以展開，橫剖面處的加強結構類似展開。

圖4 全回轉推進器加強結構放樣改進前做法

以上步驟僅是推進器筒體在L14縱剖面處1條相交線的求法，而推進器筒體在同一個剖面有2條交線，且相關加強結構的縱、橫剖面又有很多，同樣的步驟要重復多次，才能完成結構的放樣展開。

2.2 全回轉推進器加強結構放樣改進后做法

改進以后的步驟如下(以L14縱剖面上筒體與加強結構的交線為例，如圖5所示。

(1) 在A-A剖面上把高度線H4 500、H7 000、H9 000與推進器筒體的截交線投影在水線面，得到1組橢圓，如橢圓I、O、P等。橢圓圓心位于MN線上，長軸沿MN方向，短軸垂直MN(短軸長度為筒體直徑)，這組橢圓為推進器筒體在水線面的投影。

(2) 橢圓I、O、P在水線面上分別交L14縱剖線于I1、O1、P1和I2、O2、P2等2組點。把這2組點對應投影到L14縱剖面上，得到的投影點分別連接起來就是推進器筒體在L14縱剖面上與加強結構的相交線，相關加強結構就可以直接放樣展開。

由以上可知：改進后推進器筒體與加強結構的交線求取僅需2個步驟，可以節省一半的工作時間，且過程清晰、簡單。

圖5 全回轉推進器加強結構放樣改進后做法

3 成果應用

全回轉推進器加強結構的放樣改進是對投影技術的靈活運用，即根據圓柱體經任意斜切得到的截面為橢圓，投影求取推進器筒體與加強結構的相交線，進而展開加強結構零件[5]。

目前此種放樣方法已應用于中船黃埔文沖有限責任公司建造的各類船舶，取得了較好的效果。改進后在零件放樣階段節省大量工作時間，零件展開精準度提高，無需加放過多余量，提高了材料利用率，分段裝配節奏明顯加快，且縮短了船臺周期。改進前與改進后各項工作耗時及材料利用率對比如表1所示。

表1 改進前與改進后各項工作耗時及材料利用率對比

4 結束語

推進器筒體類的全回轉復雜構件在船體結構中并不少見，相關的結構放樣占據了相當一部分工作。本文以全回轉推進器加強結構的放樣為例，充分體現了投影改造等方法在零件放樣展開過程中的重要性，不但節省結構放樣時間，提高材料利用率，而且有效縮短了分段裝配和船臺占用周期。類似結構也可以通過本文提供的方法完成精準的零件放樣，使得復雜結構簡單化，滿足施工要求，提高工作效率。