某51000DWT散货船主机基座螺栓孔问题探讨

2016-04-15施振宝

福建交通科技 2016年1期

关键词：垫圈球面基座

■施振宝

(1.福建省船舶检验局，福州　350001；2.福州盛航船舶科技有限公司，福州　350009)

某51000DWT散货船主机基座螺栓孔问题探讨

■施振宝1，2

(1.福建省船舶检验局，福州350001；2.福州盛航船舶科技有限公司，福州350009)

摘要本文以某51000DWT系列散货船在首制船监造过程中出现主机基座螺栓孔钻偏为例，分析了产生此问题的原因，并阐述了解决方案。同时对后续船主机基座钻孔工艺提出了改进意见。通过探讨此例主机基座螺栓孔钻偏问题，提出了在船舶建造阶段监理的防范措施，具有一定的参考价值。

关键词散货船主机座螺栓孔钻偏解决方案防范措施

0　前言

目前国内一些中小型船厂因受船厂自身造船工艺水平等方面条件的限制，主机一般采用传统安装工艺，即主机吊装到位后，以轴系为基准对主机进行调整，随后现场对主机的基座钻孔。船舶下水后，因机舱内除主机及轴系安装外，还有管装、电装等多种工程交叉作业，所以此阶段现场钻孔除了受钻具工装影响外，还受机舱环境条件的影响。由于钻孔作业条件差，所以存在一些不确定因素的隐患，特别是钻具若未做好工装，容易导致孔钻偏。

某船厂51000DWT系列散货船在造首制船时，主机基座在现场钻孔时就出现了孔钻偏问题，基座左侧总共28个螺栓孔中，有22个出现不同程度孔钻偏现象，直接影响主机地脚螺栓安装。结果导致该船生产计划脱期将近一月，最后延期20天交船，给船厂造成很大的损失。此问题具有一定的代表性，下面就通过实例进行阐述。

1　船舶概况及主机基座安装设计简介

1.1船舶概况

该系列船为江海联运型散货船，航行于国内近海航区，适合装载干散货，包括谷物、煤、铁矿石等；其总长199.95 m，型宽32.26m，型深16.50 m；主机厂家为沪东重机股份有限公司，其规格：MAN B&W 6S46MC-C8，MCR 5640 kW×110 r/min。

1.2主机基座安装设计简介

本船主机基底座与船体基座之间设计选用环氧垫块，其理论厚度为50mm；船体基座面板厚度为50mm。机座上左右两侧面螺栓孔对称布置，共计56个螺栓孔。根据厂家推荐采用飞轮端端部面板与止推装置用螺栓紧固，机座与船体基座用松配液压螺栓紧固。其中机座上有26个孔径为φ58mm；另外30个为带有内螺纹调整螺栓孔，其孔内螺纹直径为M64×6mm。主机地脚螺栓为双头螺栓，上下两端螺纹直径为M33× 3.5，螺栓中间直径为φ26mm，其长度为436mm。主机地脚螺栓安装结构型式如图1所示，其上方设有圆螺母和定距管，下方设有球面垫圈和球面螺母；主机飞轮端两侧各设有一个止推装置，其孔径为φ56mm；同时在主机左右两侧还分别各设有四个止推装置；如图2所示。

主机一般有两种安装方法。第一种是将主机在船舶下水前吊运上船，下水后轴系初排，定位好主机，接着进行主机地脚螺栓孔钻孔，待钻孔结束后进行轴系连接等后续工作。第二种是利用确定船舶轴舵系时进行主机理论定位，再进行主机地脚螺栓孔划线钻孔，待船舶下水后进行复核以及轴系安装等后续工作。本船主机采用上述中第一种安装方法。

2　主机基座螺栓孔钻偏问题产生经过

本船主机基座在轴系初排定位后(除顶丝孔外)现场开始钻孔作业。码头系泊期间，因为机舱内多种工程交叉作业，中间轴现场又未及时做好保护，结果，在中间轴承安装时，经检查发现在轴承位置轴表面上有一道电焊损伤凹痕。考虑到轴系的重要性，船厂更换了一根新的中间轴，主机与中间轴再次对中。原计划于某年9月3日进行倾斜试验，后来船厂调整至10月4日。10月3日，监理工程师同往常一样上船巡检。船上工人正抓紧清除船上多余重物，排干货舱污水井和其他处所的积水等，准备第二天船舶倾斜试验。

当巡检到机舱底层时，发现在主机基座飞轮附近端螺栓孔处有气体往上冒，并且不时有零星火花冒出。走进一看，发现施工队人员正使用气割枪对主机基座螺栓孔进行修整作业。监理工程师马上制止工人这种违规施工行为，并爬进主机机座下方的隔离空舱内，仔细检查主机基座螺栓孔的现场钻孔情况，经与设计图纸相对照，结果发现如下问题：

(1)左舷侧已钻好的26个螺栓孔中，除了四个装有螺栓的孔外，其他螺栓孔中多数发现孔内嵌有月牙形钢块，钢块与基座有点焊现象，如图3所示。现场在拆掉钢块后，通过进一步检查，确认这些螺栓孔中心均存在不同程度的钻偏现象，孔呈椭圆状，明显存在两次钻孔作业。其中有两个螺栓实际孔中心与理论中心最大偏差值为22mm，如图4(b)中型式Ⅰ，还有11个孔中心偏差值在13～18mm范围之间，如图4(b)中型式Ⅱ，均影响螺栓穿入。此外现场还发现飞轮端附近有两个未嵌进圆钢的螺栓孔，除了螺栓孔中心钻偏外，其垂直方向还呈斜状，该孔口端有气割修整留下的痕迹。

(2)右舷侧与左舷侧相同，现场已钻好的26个螺栓孔。同样有四个孔装有螺栓，其余22个螺栓孔现场钻孔情况相对较好，其孔中心偏差值基本上在0～5mm范围内，现场通过用螺栓插入检查，确认不影响螺栓安装。

上述中现场主机座螺栓孔尺寸测量值见表1，表1 中a为螺栓孔中心距左侧孔边缘的最大距离；b为螺距孔中心距右侧孔边缘的最大距离，如图4(a)所示。

表1　主座螺栓孔尺寸

3　原因分析及解决方案

3.1原因分析

影响主机基座螺栓孔钻偏问题的因素是多面的。通过现场勘查及询问相关人员，发现主机基座螺栓孔钻偏的原因主要由下面几个方面引起：

(1)主机基座螺栓孔现场钻孔时，气动钻具工装未做好。理由是由于麻花钻头外径为φ44 mm，而主机机座螺栓孔为φ58 mm，二者之间存在间隙；且钻头刀柄长度较长，而现场未设导向套管。因此，钻头现场工作时容易晃动，而引起孔钻偏。

(2)施工队钻孔作业人员是新招的。钻孔作业人员不熟悉钻孔操作规程及注意事项，在钻孔过程中也未进行自查，因此导致左舷侧出现多个螺栓孔严重钻偏。

(3)中间轴与主机二次对中。由于二次对中，引起主机位置调整变化，机座螺栓孔位置也随之变化，加剧了螺栓孔中心位置的偏差。

(4)主机精对中时，为了修正初排时存在的轴线偏差，其位置可能略有调整，一般误差控制在1～2mm范围之内。

(5)主机安装工艺比较简单，未编制作业指导书。未对轴系安装过程中因船体结构变化、测量误差、量具误差及读数误差等可能会对主机安装位置产生的影响因素充分考虑，更没有采取规避措施。

(6)现场施工未严格按工艺要求执行。在环氧浇灌前，施工队明知基座螺栓孔钻偏，并未及时沟通采取妥善的解决方案；主机顶丝孔位置也未钻孔；而是先灌注环氧。事后因左侧部部分螺栓孔中心偏斜厉害，从MAN厂家设计机座安装结构形式可知，主机座螺孔允许有5.5mm的施工误差，而实际孔中心位置偏差值超过此允许值，不但螺栓装不下去，而且嵌补圆钢也同样装不进去。现场修正基座孔，擅自用气割枪修割螺栓孔，然后嵌补圆钢，以达到重新钻孔的目的。

(7)船厂生产安排不合理。船厂为达到生产节点——倾斜试验，不顾及轮机施工队人员的作业能力及作业条件，强压施工队完成主机地脚螺栓预紧工作。而施工队顾及自身的利益，担心船厂会对其罚款，私自想出弥补整改方案——螺栓孔嵌入圆钢，重新钻孔。因该施工方案未得到船级社及主机厂家等认可，现场为赶进度私自修改方案盲目施工，这将会给船舶正常营运埋下安全隐患。

3.2解决方案

主机安装不论采取何种方法，主要须做到：主机的固定一定要牢固。保证机械质量、振动、摇摆及螺旋桨推力作用下，不会引起固定螺栓的松动和损坏。固定螺栓的强度必须保证主机长期运中不产生相对位移。通过讨论分析，主要有以下3种解决方案：

(1)方案1：将主机吊离，更换主机基座面板，主机与中间轴对中后，现场重新钻孔。这方案当然是最理想的，但是对船厂来说，花费代价相当大。本船主机重达约220t，而如果要换板，必然需要割除上建，吊出主机，现场才能进行施工作业。此方案不仅耗费周期长，而且成本高。

(2)方案2：采用扩大球面垫圈尺寸方法解决。以往主机座螺栓孔也有出现过钻偏现象，MAN主机厂家推荐过此种方法。但一般只有个别或少数两三个螺栓孔钻偏，而此次钻孔出现螺栓孔钻偏问题，不仅数量多，而且孔中心钻偏值较大。需要MAN厂家作进一步确认。同时还需要考虑船体结构是否满足；球面垫圈扩大后在船体肋板结构开孔处安装位置是否足够。

(3)方案3：在球面垫面上端增加平面垫块。球面垫圈尺寸不变，与方案2相比较，不需要加工球面，较易实现。同方案2一样需考虑平面扩垫块尺寸在船体肋板结构开孔处安装位置是否足够。

以上方案通过与设计院及主机厂家沟通后，得到如下确认意见：

(1)关于主机座强度问题，设计院回复根据CCS规范，主机底板厚33.5mm即可，现在选用50mm的板厚。根据目前孔的情况，主机底面板整板强度没有影响。

(2)MAN主机厂家确认了方案2或方案3均可行，针对以上两种方案，具体回复意见：

①若采用方案2，根据表1中螺栓孔测量尺寸b大于38mm的螺栓孔，都须修改垫圈尺寸。即将球面垫圈外径由原来的φ90mm增加φ110mm，同时将球面垫圈的厚度由原来的27mm增加到32mm。

②若采用方案3，(1)在球面垫圈上面增加一块φ110×φ42×10mm圆形平面垫块，该垫块材料须选用S45RN或更好的。(2)基于前面提供的测量数据，在编号#5、#7、#8、#9、#11及#12等共计13个螺栓孔，其球面垫圈上方需增加平面垫块。(3)剩余螺栓孔使用正常球面垫圈尺寸。

上述方案在主机厂家及设计院确认后，并经船级社认可，最终船东同意船厂采用方案2。具体方案内容如下：

(1)将原先嵌补的圆钢移除；

(2)将原先螺栓孔内表以下平面打磨光顺；

(3)主机座左侧螺栓编号#5、#7、#8、#9、#11及#12等共计13个球面垫圈尺寸更换为φ110×φ44× 32mm，材料为S45RN，该球面垫圈由主机厂家提供；其余球面垫圈按原尺寸。

(4)为了保证螺栓受力均匀，与螺栓下端球面垫圈用专用工具锪平，使螺栓的端面与螺孔中心垂直。

(5)待所有的螺栓及其相关附件安装到位后拧紧螺母；

(6)安排经验丰富的人员进行现场指导和施工；

该方案安装示意图如图5所示。主机球面垫圈到厂后，监理工程师到仓库对重新订货的垫圈逐一检查，确认符合要求后，方同意拿到船上安装。在螺栓穿入前，对螺栓孔内表面打磨及基座面板锪平等进行检查，如图6所示，严格按照上述确认的解决方案执行。最终在各方的配合下，顺利完成主机地脚螺栓、横撑安装等各项工作。主机安装结束后，通过测量其冷态臂距差及轴承间隙等，确认满足设计要求。

3.3结果验证

主机安装完成后，其码头系泊试验正常。在接下来试航期间通过一系列的试验考核，如主机负荷试验等，主机及轴系运行正常。在试航结束后对主机螺栓安装情况、主机臂距差及轴承间隙等进行逐一检查，未发现有异常现象，符合设计要求。目前，该轮已投入营运将近两年，主机及轴系工作正常。

3.4主机钻孔工艺改进措施

结合上述的分析意见，对后续船主机的钻孔工艺进行改进。主机钻孔工序不变，主要改进意见如下：

(1)在钻杆和主机机座间增加套管，如图7所示，除了起导向作用外，主要是减少钻头工作时晃动，提高钻孔精度。

(2)麻花钻头改用空心钻头，提高钻孔质量和效率。

(3)编制作业指导书，细化施工步骤。对轴系及主机安装过程中各个环节可能产生的误差进行控制，并给出具体要求，利于现场控制。

(4)考虑到施工队的作业能力及船厂的施工条件，要求主机基座钻孔在主机与中间轴精对中后进行。

(5)对施工队人员进行培训。主要包括两个方面：一者是钻孔操作规程；二者主机安装工艺流程。

通过对原先工艺的改进，在后续船主机基座钻孔过程中，螺栓孔中心偏差值均在允许范围内，不影响主机地脚螺栓安装。