7 500車雙燃料汽車滾裝船鞍座結構設計

袁青梅

(廈門船舶重工股份有限公司，福建 廈門 361026)

0 引言

天然氣作為清潔能源越來越受到青睞，很多國家將液態天然氣(LNG)列為首選燃料。作為船舶燃料，一方面從價格上來看LNG與原油相比更為經濟，而且LNG比石油氣LPG、汽油和柴油缸內燃燒得更充分；另一方面國際海事環保法規對于運營船舶日益嚴峻的排放要求，主要是對于硫氧化物、氮氧化物及二氧化碳的排放限制，因此在經濟性和環保法規兩方面驅使下，LNG動力船成為發展趨勢。據統計，目前在運營及在建的LNG燃料包括雙燃料船約240艘。據英國著名的國際航運研究及咨詢機構德路里-Drewry預測，在未來十年將會新增2 500～3 400艘的LNG 燃料包括雙燃料船。

7 500車雙燃料汽車滾裝船在現有柴油機的基礎上，增加一套LNG供氣系統及一套柴油和LNG雙燃料電控噴射系統，利用電子轉換開關選擇柴油燃料或LNG雙燃料運行模式[1]。由于船舶燃油系統結構形式的變化，使其相應的船體結構也變得更為復雜。本文根據該汽車滾裝船LNG艙的分段劃分特點，著重研究鞍座分段的生產設計及分段制作精度控制工藝。

1 分段劃分和生產設計

1.1 分段劃分

對船廠來說，船臺周期和碼頭周期是制約造船周期的重要因素。現代造船模式是以中間產品組織生產為基本特征，應用總裝造船技術，提高船體分段、總段等中間產品的殼舾涂完整性及成品化水平為方向，因此分段的合理劃分對分段及總段的完整性起著決定性的影響[2]。

最初分段劃分時，鞍座分段包括了所有與罐體相連貫的部分，非常龐大復雜。最后經過考慮，決定將鞍座獨立出來，下面部分劃分到下面的雙層底分段，側面部分劃分到舷側分段，立柱的部分劃分到甲板分段。這樣鞍座僅僅只是與罐體直接接觸的結構，結構雖多，但清楚明了，見圖1。

利用船廠通用的生產設計軟件TRIBON系統，最終建立LNG鞍座和罐體整體結構，見圖2。LNG罐體通過鞍座分段與船進行連接固定。

1.2 鞍座分段的生產設計

分段劃分方案確定后，應用TRIBON軟件進行生產設計。

常規的船體分段模型建造，一般依據點和線來確定邊界。鞍座分段上的加強板數量非常多，若每一塊板都要通過點和線來做，將是一項非常巨大的工作。但是，因為這些加強板的形狀類似，若選擇空間點來計算和定義邊界，可以提高設計速度和準確度。圖3中的空間點1～6可以隨著剖面移動，無需重復定義，從而實現鞍座加強板的復制。通過改變1～6中點所在的剖面，而不變邊界，這樣可以更智能化地運用程序語句來建模，快捷而又準確。

圖1 LNG罐體所處的艙室結構劃分

圖2 LNG燃料罐體

放樣下料時，每塊零件與主船體的連接處產生自然坡口。圖3中標有自然坡口的邊界與內底板連接處非垂直連接，而是有一定的角度，見圖4中的72°。因為鞍座分段的板厚為30 mm或40 mm,為了使焊接更為牢固，保證結構的抗剪切和抗扭曲能力，通常采用采用雙坡口、深熔焊方法(該船采用的是兩面均開40°，留根10 mm)，但此方法需要二次計算，計算工作量大，易出現計算錯誤。

圖3 建模示意圖

圖4 坡口示意(單位：mm)

根據這些加強板與內底板連成角度的規律，設置設計軟件(TRIBON)的焊接程序[3]，讀取零件的自然坡口，進行二次計算,自動將自然坡口在放樣圖中體現，見圖4中的雙坡口，極大提高了放樣效率。

2 鞍座分段的生產制作

因為鞍座分段的安裝精準度直接關系到罐體能否成功的安裝，所以要求每個階段在結構切割安裝完畢后都要進行精度檢查，加以控制，為后續階段創造條件。罐體鞍座每個階段制作精度必須控制在標準范圍內，制作精度要求見表1。

表1 精度要求mm

項目檢查標準極限偏差長度/寬度/高度±3±5腹板平整度±3—結構對位≤3≤5基準線(寬度高度基準)≤2≤3

在分段生產時要求每一個階段都要有防止焊接變形措施，以保證結構整體性；同時要求鞍座的胎架制作精度高，因為胎架直接影響著結構的制作精度，必須嚴格加強精度檢查。

2.1 分段內部的劃分

加強板厚度大，數量多，制作過程中要重點控制收縮與扭曲變形。考慮到現場的施工能力與操作方便，將前后兩檔鞍座均劃分左、中、右組件，并進行加排制作。鞍座分段組件見圖5。

圖5中，腹板厚度40 mm，下料之后圓弧需用樣板或者地面劃線檢查其光順度，最大間隙小于3 mm，超過此值需調整到位；若不平度大于3 mm，則需經油壓機校平。

圖5 鞍座分段組件

2.2 胎架設計

制作鞍座分段生產胎架時在胎架下面劃出左組件的投影線，用來檢測其精度，見圖6。右組件和中組件的胎架類似制作。

圖6 胎架示意圖(單位：mm)

2.3 鞍座分段組件安裝

安裝左組件的結構方法如下：

(1)安裝朝艉的加強肘板，需要加排加強之后再焊接。

(2)焊接朝艏加強肘板。所有的加排均在船塢階段拆除，見圖7。圖中20 mm×300 mm為加排扶材尺寸。

中組件和右組件的制作方法與左組件的類似。

2.4 大組階段吊裝

按順序先吊裝和定位左組件和右組件，再吊入中組件，見圖8。

2.5 精度檢查

按順序先將三個大組件一起劃線(結構安裝線和100 mm檢查線)，才能保證肘板與內底板、舷側縱壁板、中縱肘板的結構對位；在鞍座中間劃出罐體中心線，高度基準線，并敲樣沖點，確定總組階段。合攏時基準線全部對上，即與內底基準線、罐體中心線對應。

3 結語

LNG燃料艙室結構數量多，焊接坡口復雜，施工難度大，設計中的每個細節都會反映到具體的生產過程中且被實際檢驗，因而設計質量直接影響到生產質量和生產效率。本文根據船舶建造廠家的實際施工能力，在參考一些國內外LNG船舶的建造資料的情況下，對7 500車雙燃料汽車客滾船LNG艙室的鞍座結構進行了分段劃分，并詳細分析了鞍座分段的生產設計和生產制作過程，盡可能地考慮全面，避免修補工作，保證分段及總段的殼舾涂完整性，縮短生產周期。

圖7 左組件加強安裝示意圖(單位：mm)

圖8 左、中、右組件搭載示意