袁青梅

(廈門(mén)船舶重工股份有限公司，福建 廈門(mén) 361026)

0 引言

天然氣作為清潔能源越來(lái)越受到青睞，很多國(guó)家將液態(tài)天然氣(LNG)列為首選燃料。作為船舶燃料，一方面從價(jià)格上來(lái)看LNG與原油相比更為經(jīng)濟(jì)，而且LNG比石油氣LPG、汽油和柴油缸內(nèi)燃燒得更充分；另一方面國(guó)際海事環(huán)保法規(guī)對(duì)于運(yùn)營(yíng)船舶日益嚴(yán)峻的排放要求，主要是對(duì)于硫氧化物、氮氧化物及二氧化碳的排放限制，因此在經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保法規(guī)兩方面驅(qū)使下，LNG動(dòng)力船成為發(fā)展趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前在運(yùn)營(yíng)及在建的LNG燃料包括雙燃料船約240艘。據(jù)英國(guó)著名的國(guó)際航運(yùn)研究及咨詢(xún)機(jī)構(gòu)德路里-Drewry預(yù)測(cè)，在未來(lái)十年將會(huì)新增2 500～3 400艘的LNG 燃料包括雙燃料船。

7 500車(chē)雙燃料汽車(chē)滾裝船在現(xiàn)有柴油機(jī)的基礎(chǔ)上，增加一套LNG供氣系統(tǒng)及一套柴油和LNG雙燃料電控噴射系統(tǒng)，利用電子轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇柴油燃料或LNG雙燃料運(yùn)行模式[1]。由于船舶燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的變化，使其相應(yīng)的船體結(jié)構(gòu)也變得更為復(fù)雜。本文根據(jù)該汽車(chē)滾裝船LNG艙的分段劃分特點(diǎn)，著重研究鞍座分段的生產(chǎn)設(shè)計(jì)及分段制作精度控制工藝。

1 分段劃分和生產(chǎn)設(shè)計(jì)

1.1 分段劃分

對(duì)船廠來(lái)說(shuō)，船臺(tái)周期和碼頭周期是制約造船周期的重要因素?，F(xiàn)代造船模式是以中間產(chǎn)品組織生產(chǎn)為基本特征，應(yīng)用總裝造船技術(shù)，提高船體分段、總段等中間產(chǎn)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(duì)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(shí)，鞍座分段包括了所有與罐體相連貫的部分，非常龐大復(fù)雜。最后經(jīng)過(guò)考慮，決定將鞍座獨(dú)立出來(lái)，下面部分劃分到下面的雙層底分段，側(cè)面部分劃分到舷側(cè)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(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)雖多，但清楚明了，見(jiàn)圖1。

利用船廠通用的生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件TRIBON系統(tǒng)，最終建立LNG鞍座和罐體整體結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。LNG罐體通過(guò)鞍座分段與船進(jìn)行連接固定。

1.2 鞍座分段的生產(chǎn)設(shè)計(jì)

分段劃分方案確定后，應(yīng)用TRIBON軟件進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)。

常規(guī)的船體分段模型建造，一般依據(jù)點(diǎn)和線來(lái)確定邊界。鞍座分段上的加強(qiáng)板數(shù)量非常多，若每一塊板都要通過(guò)點(diǎn)和線來(lái)做，將是一項(xiàng)非常巨大的工作。但是，因?yàn)檫@些加強(qiáng)板的形狀類(lèi)似，若選擇空間點(diǎn)來(lái)計(jì)算和定義邊界，可以提高設(shè)計(jì)速度和準(zhǔn)確度。圖3中的空間點(diǎn)1～6可以隨著剖面移動(dòng)，無(wú)需重復(fù)定義，從而實(shí)現(xiàn)鞍座加強(qiáng)板的復(fù)制。通過(guò)改變1～6中點(diǎn)所在的剖面，而不變邊界，這樣可以更智能化地運(yùn)用程序語(yǔ)句來(lái)建模，快捷而又準(zhǔn)確。

圖1 LNG罐體所處的艙室結(jié)構(gòu)劃分

圖2 LNG燃料罐體

放樣下料時(shí)，每塊零件與主船體的連接處產(chǎn)生自然坡口。圖3中標(biāo)有自然坡口的邊界與內(nèi)底板連接處非垂直連接，而是有一定的角度，見(jiàn)圖4中的72°。因?yàn)榘白侄蔚陌搴駷?0 mm或40 mm,為了使焊接更為牢固，保證結(jié)構(gòu)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(kāi)40°，留根10 mm)，但此方法需要二次計(jì)算，計(jì)算工作量大，易出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。

圖3 建模示意圖

圖4 坡口示意(單位：mm)

根據(jù)這些加強(qiáng)板與內(nèi)底板連成角度的規(guī)律，設(shè)置設(shè)計(jì)軟件(TRIBON)的焊接程序[3]，讀取零件的自然坡口，進(jìn)行二次計(jì)算,自動(dòng)將自然坡口在放樣圖中體現(xiàn)，見(jiàn)圖4中的雙坡口，極大提高了放樣效率。

2 鞍座分段的生產(chǎn)制作

因?yàn)榘白侄蔚陌惭b精準(zhǔn)度直接關(guān)系到罐體能否成功的安裝，所以要求每個(gè)階段在結(jié)構(gòu)切割安裝完畢后都要進(jìn)行精度檢查，加以控制，為后續(xù)階段創(chuàng)造條件。罐體鞍座每個(gè)階段制作精度必須控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，制作精度要求見(jiàn)表1。

表1 精度要求mm

項(xiàng)目檢查標(biāo)準(zhǔn)極限偏差長(zhǎng)度/寬度/高度±3±5腹板平整度±3—結(jié)構(gòu)對(duì)位≤3≤5基準(zhǔn)線(寬度高度基準(zhǔn))≤2≤3

在分段生產(chǎn)時(shí)要求每一個(gè)階段都要有防止焊接變形措施，以保證結(jié)構(gòu)整體性；同時(shí)要求鞍座的胎架制作精度高，因?yàn)樘ゼ苤苯佑绊懼Y(jié)構(gòu)的制作精度，必須嚴(yán)格加強(qiáng)精度檢查。

2.1 分段內(nèi)部的劃分

加強(qiáng)板厚度大，數(shù)量多，制作過(guò)程中要重點(diǎn)控制收縮與扭曲變形?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行加排制作。鞍座分段組件見(jiàn)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(guò)此值需調(diào)整到位；若不平度大于3 mm，則需經(jīng)油壓機(jī)校平。

圖5 鞍座分段組件

2.2 胎架設(shè)計(jì)

制作鞍座分段生產(chǎn)胎架時(shí)在胎架下面劃出左組件的投影線，用來(lái)檢測(cè)其精度，見(jiàn)圖6。右組件和中組件的胎架類(lèi)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(jié)構(gòu)方法如下：

(1)安裝朝艉的加強(qiáng)肘板，需要加排加強(qiáng)之后再焊接。

(2)焊接朝艏加強(qiáng)肘板。所有的加排均在船塢階段拆除，見(jiàn)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(lèi)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(jiàn)圖8。

2.5 精度檢查

按順序先將三個(gè)大組件一起劃線(結(jié)構(gòu)安裝線和100 mm檢查線)，才能保證肘板與內(nèi)底板、舷側(cè)縱壁板、中縱肘板的結(jié)構(gòu)對(duì)位；在鞍座中間劃出罐體中心線，高度基準(zhǔn)線，并敲樣沖點(diǎn)，確定總組階段。合攏時(shí)基準(zhǔn)線全部對(duì)上，即與內(nèi)底基準(zhǔn)線、罐體中心線對(duì)應(yīng)。

3 結(jié)語(yǔ)

LNG燃料艙室結(jié)構(gòu)數(shù)量多，焊接坡口復(fù)雜，施工難度大，設(shè)計(jì)中的每個(gè)細(xì)節(jié)都會(huì)反映到具體的生產(chǎn)過(guò)程中且被實(shí)際檢驗(yàn)，因而設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響到生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。本文根據(jù)船舶建造廠家的實(shí)際施工能力，在參考一些國(guó)內(nèi)外LNG船舶的建造資料的情況下，對(duì)7 500車(chē)雙燃料汽車(chē)客滾船LNG艙室的鞍座結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分段劃分，并詳細(xì)分析了鞍座分段的生產(chǎn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制作過(guò)程，盡可能地考慮全面，避免修補(bǔ)工作，保證分段及總段的殼舾涂完整性，縮短生產(chǎn)周期。

圖7 左組件加強(qiáng)安裝示意圖(單位：mm)

圖8 左、中、右組件搭載示意