超大型集装箱船艉部精度控制分析

唐 松，李家帅

(1.江苏新扬子造船有限公司，江苏 靖江 214521；2.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏 镇江 212003)

超大型集装箱船艉部精度控制分析

唐 松1，李家帅2

(1.江苏新扬子造船有限公司，江苏 靖江 214521；2.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏 镇江 212003)

分析了超大型集装箱船艉部合拢过程中变形产生的原因，对精度控制的工艺流程以及精度控制的关键措施进行了详细的阐述，并结合船舶建造过程实际情况进行了具体分析，为同类船舶的建造提供了参考。

集装箱船；艉部；船体变形；精度分析；质量控制

0 引言

在船舶建造精度控制方面，国外先进造船企业已形成完整的精度管理体系，将精度控制管理贯穿于船舶建造的每个环节。相比较，虽然国内船舶企业造船精度控制意识、管理技术在不断提高，但仍存在一定差距，尤其大型船舶的精度控制技术更需要有待提高。本文以10 000 TEU集装箱系列船为研究对象，在分析船舶艉部变形及精度控制难点基础上，通过开展分段精度控制、大合拢分段定位精度控制、船体艉总段定位变形量的控制、轴系校中照光的精度控制等方面工作，从而达到减少船舶变形，保证船舶建造质量的目的。

1 艉部精度控制难点

2012年下半年，江苏新扬子造船有限公司承接了10 000 TEU 系列船。由于国内船厂对于超大型集装箱船精度控制技术经验不足，加上之前该厂建造的最大集装箱船为4 800 TEU，和10 000 TEU完全不在一个档次上，因此在10 000 TEU船建造过程遇到了许多新的挑战，其中建造难点之一就是船舶艉部在建造过程中产生的变形及精度控制，具体体现在以下几个方面：

(1)该船从主机凹槽前壁至Fr0(舵杆中心)长度将近80 m，从主机飞轮端到螺旋桨末端长度达52 m，设置3个中间轴承，中间轴直径805 mm，艉轴直径990 mm，是典型的大直径长轴系布置。

(2)该船艉部属于典型的悬臂梁结构，艉总段伸出达17 m，况且该总段还带1只无加工余量、高度近10 m的舵套，对其安装精度要求很高。如果合拢过程控制不好，很容易引起艉部的变形，从而导致舵杆中心的偏移。

(3)该船艉部的重量大，全部设备安装完毕后估算重量达2万t。如果合拢过程控制不好，容易因船体自重产生变形，从而造成艉部下沉或倾斜，而且不易纠正。

2 艉部精度控制内容

为了确保该船艉部合拢后船体变形控制在标准范围内，精度部门编制了详细的精度控制方案和精度作业指导书，具体工作主要体现在分段精度控制、大合拢分段定位精度控制、船体艉总段定位变形量的控制、轴系校中照光的精度控制等。

3 分段精度控制

(1)完善并严格执行分段的精度控制流程，具体为：胎架报检、划线报检、焊前报检、焊接过程监控、完工报检。

分段上的每一合拢口(包括外板、型材上)均要求划上100 mm检验线；每一分段完工后，精度专业人员都会用全站仪在分段上打出一组肋位线、水线和中心线，并敲上洋冲印，用胶带贴好，备合拢用。

以上每道工序均需要精度管理部门参加控制并认可，否则不允许进行下道工序的施工。

(2)该船带舵套的111C分段是整个分段建造过程中的重点和难点。该船的舵叶支撑不是依靠常规的挂舵臂铸钢件，而是依靠舵叶制造厂提供的1只舵套。该舵套高度10 m，为精加工后成品，无余量，和主船体111C分段焊接连接，要求装船后中心偏差控制在正负8 mm内。

舵叶制造商推荐2种安装方案：

方案1：艉部111C分段在坞内总装合拢后，在船坞里安装舵套。此方案比较保险，因为舵套在坞内安装，则从分段制作到合拢这一阶段产生的变形可以被消除掉，但是带来的问题是船舶坞内合拢周期至少延长1个星期。

方案2：在111C分段上进行舵套安装焊接，然后进坞合拢。采用方案2，可以大幅缩短船舶坞内合拢周期，但是如果舵套在分段安装过程中焊接变形控制不好，可能会导致舵套中心偏移或倾斜，从而影响舵叶的安装。

经过反复讨论，最终决定采用方案2。舵套在分段的安装过程中，采用舵套中心拉钢丝定位，把舵套和船体结构的装配间隙严格控制在6～8 mm内。实际操作时，4名焊工对称焊接，边焊接边测量中心偏差值，严格控制焊接参数和焊接质量，保证焊缝无损检测一次通过，减少因焊缝返修带来的变形，并且将焊接时间安排在早晨或晚上，避免因气温升高带来的影响。通过以上方法，最终把分段阶段舵套安装中心偏差控制在±3 mm内。

(3)分段制作过程中，为了减少变形量，加工车间应尽量避免手工切割部件，以减少大间隙带来的焊接变形，并且要求严格按照正确的焊接顺序焊接。对于机舱大开口分段，可采用拉横撑和斜撑的办法防止变形。分段脱胎后要保证足够的支撑加强。分段完工检查要以三维的检查线为基准，对水平度、垂直度、外观尺寸都要求控制在标准内(水平±5 mm，尺寸±4 mm，垂直度±5mm)。

(4)分段制作完工后，精度部门需要对全船分段数据进行分析，在纸面上进行一次模拟合拢，把可能出现偏差的合拢缝预先确定弥补方案。

4 大合拢分段定位精度控制

(1)用全站仪在船坞中心位置堪划船坞中心线并打上洋冲印，中心线偏差在±1 mm之内。

(2)在机舱定位分段203进坞合拢后，首先在船坞中心线上竖立高度标杆，并在船底基线基础上用全站仪在高度标杆上打出4 800 mm轴线高度，然后把轴线高度用全站仪过渡到左右坞墙上，打上洋冲印，用油漆标识。此轴线标识要求高度误差控制在±1 mm之内，并且要向船东、船检报检，避免将来进行轴系照光时，船东、船检要求对机舱内的原始轴线高度进行验证时无法实施。

(3)组立分段吊至坞内后根据船坞中心线、肋位线、水平基准线进行合拢。首先，根据做好的基准线对组立分段进行检测，必须保证合拢精度控制在标准范围内，并检查其与已合拢的分段肋位检查线的间距，相应的测量数据应保证在公差范围内，同时做好各项数据的测量记录。其次，经过精控检查人员认可后进行定位焊及加强，组立分段定位结束。

(4)组立分段定位结束后，在确认定位焊及加强支撑都固定好后行车松钩，再次测量组立分段定位数据有无变化，经过精控人员验收合格后进行装配焊接作业。

5 船体艉总段定位变形量的控制

(1)根据船体结构形式和分段特点绘制船坞布墩图。船坞布墩时要考虑实际情况适当增加坞墩垫木的密度，防止艉部分段下沉。

(2)艉部线形分段增加强力支撑管。为防止分段下沉，支撑管的放置必须根据分段特点安装。同时，支撑管的强度必须满足要求，避免分段重量超出支撑管的强度，从而引起支撑管变形。大开口分段也要安装拉梁，以防止分段变形。

(3)分段合拢定位时要加放一定的反变形量。艉部总段111C合拢可能会出现2种变形，一是合拢缝焊接引起的上翘变形，二是总段自重引起的下沉变形(在拆除外部固定支撑后)。经过和技术、生产部门的多次讨论，决定对该分段放+25 mm的反变形量。船体完工后实测下沉28 mm，基本满足了艉部精度要求。

反变形数据的设定，应根据不同的船厂、不同的船型、不同的工艺而要有相应的变化。最准确的方法是根据以往船厂建造船型统计的数据进行计算、分析，同一类型船收集的数据越多，得出的反变形数据越准确。

(4)机舱分段经过总组后总段重量会很大，比如242GP/S总段重量将近700 t。如果先吊装左舷总段，相隔几天后再吊装右舷总段，将可能导致机舱左舷下沉。因此，可采取总段吊装快速定位法，在同一天内将左右舷总段分别吊装上船，从而保证左右舷重量的平衡。

在常规阅读教学中，教师通常会设计一系列的问题来处理文本，“问题”是学生在阅读过程中的思维工具，教师一定要关注学生思维活动的内容和层次，由浅入深，循序渐进。高中英语阅读教学中教师提出的问题可分为展示型问题、参阅型问题和评估型问题。下面就对本课例中的问题设计进行一一分析，看其在训练学生的阅读策略和批判性思维方面的成效。

6 轴系校中照光的精度控制

6.1轴系分段的定位控制

(1)主机基座分段的合拢定位要以主机凹槽中心线为依据进行合拢定位。主机基座面板水平必须控制在±4 mm以内。定位后对测量数据进行记录。

(2)艉管分段的合拢定位应以艉管中心为基准，并保证艉管中心和主机轴线的同轴度。为了抵消分段的焊接变形，艉管分段定位时应在后端面加放10 mm的反变形量，并且要测量艉管分段后端面到0号肋位的距离，确保实测距离比理论距离误差在±10 mm范围内。分段焊接时要每隔一段时间测量此数值，确保变形量控制在范围内。

(3)舵套分段合拢定位应以舵套中心为基准，并必须保证舵套上下端面中心和舵杆中心的同轴度，同时要确保舵套下端面至主机轴线的距离。为了抵消舵套分段因自重产生的下坠变形，该分段定位时应加放适当的反变形量(根据我厂经验加放+25 mm反变形量)。分段定位后应对所有重要数据进行记录，并使用线锤确认舵套中心与船体中心线的偏差值。分段焊接时必须在早晨或者晚上焊接，避免因气温变化产生的变形，并采取对称焊接，每隔1 h要确认线锤中心的变化；要根据偏差情况调整焊接位置，以保证舵套中心和船体中心的偏差控制在±8 mm范围内。

6.2轴系校中照光

当主甲板向下，机舱前壁向后的船体装配、电焊及火工作业基本完成，并得到船东、船检认可后，开始进行艉部轴线的检查。检查时间选定在晚上8点以后进行。本船轴线校中照光共分2次。

第1次是在安装艉管和主机前的预校中照光，目的是：

(2)确定轴线在主机座上的分中偏差。

(3)确定艉管前支撑环铸钢件的安装位置。

(4)确定主机座上螺栓孔的位置。

(5)初定舵杆中心线和舵套中心线的同心度。

(6)初步确认轴线和舵杆中心线相交偏差量。

第2次校中照光是在艉管安装到位后、环氧浇注前，目的是：

(1)确定轴线高度的最终状态，检查轴线和艉管中心线的同心度。

(2)确定舵杆中心线的最终状态。

(3)确定轴线和舵杆中心线相交的最终状态。

(4)确定艉管前支撑环氧铸钢件的位置。

第1次照光不必拆除船体外壳上的硬支撑，但是第2次照光前必须拆除外板上的所有支撑管，仅保留船底坞墩,并停止一切会产生振动的作业。

根据拉线工艺方案要求分别在主机凹槽前壁和舵套中心后设置了2个固定光靶，并在其间设置了6个辅助光靶。照光前一定要请计量单位对激光经纬仪进行仔细的校准，并取得校准证书。照光时，激光经纬仪架设在艏光靶前，光线从艏光靶向艉穿透艉部固定光靶后，再调节其他辅助光靶。把各光靶都调整在一条直线上后，发射激光，测量各位置的精度尺寸。舵杆中心线使用0.7 mm的琴钢丝带线锤进行检测。

由于方案及准备工作做得比较完善，报检过程很顺利，检测数据显示：轴线中心左右偏差±1 mm(标准±7 mm)，上下偏差±5 mm(标准±10 mm)，舵杆中心和轴线偏差±7 mm(标准±8 mm)，完全在标准范围内。

7 结论

大型集装箱船的艉部合拢精度控制是一项系统工程，具有一定难度和风险，但是由于前期对该船精度方案进行了科学、详细的策划，对上述的重点难点环节进行紧密跟踪，使得该船分段精度合格率达到95%，比以前其他船舶提高10个百分点；同时通过模拟搭载，对5%可能会因分段精度尺寸局部超差，从而引起返修的合拢缝进行了预先补偿调节，大大减少了返修造成的浪费；对轴、舵中心线的精确控制最终使各项关键数据取得了令人满意的结果。

船舶完工后船体外壳线型平顺完美，船东对此给予了高度评价，认为完全可以媲美韩国一流船厂的产品。其实在签订合同时，船东对于中国船厂能否造好这种高档次船舶是心存疑虑的，最终的结果打消了他们的疑虑。在1号船交船后船东宣布在原先14条船合同的基础上追加7条，使得该系列船总数达到21条。事实证明,只要在各个环节采取科学有效的精度控制手段，各部门之间通力协作，中国船厂的船体质量建造可以达到世界一流水准。

2014-04-26

唐松(1970-)，男，工程师，从事船舶质量检验工作；李家帅(1984- )，男，助理工程师，主要从事轮机动力工程设计工作。

U671.99

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