關于海星 5艙蓋的設計、制造及檢驗

張振山,李惠珍,王洪芳

(中海油能源發展油建渤海工程分公司,天津 300452)

隨著船舶種類和數量的增多,船舶艙蓋的類型越來越多,性能也越來越先進。眾所周知,艙蓋是船舶上的重要組成部分,起著密封、保護貨物的作用,它直接關系到貨物運輸過程中的安全。目前船舶上普遍采用鋼質艙蓋板,一般船用艙蓋主要分為滾動式 (液壓馬達卷動艙蓋板)、鏈條式、折疊式和吊裝式 4種形式[1-2]。此外,對于裝運一些怕水的貨物,一旦艙內漏進水,還會危及船舶及生命的安全,這必須引起船岸人員的關注。在我廠改造的海星 5,改造后船長 89 m,寬 13.8m,型深 7.7 m,共兩個貨艙,貨艙開口分別為 23 400 mm×9 900mm、22 710mm×9 900 mm。為配套貨艙,設計折疊式艙蓋,用液壓驅動艙蓋開閉。本文詳細描述了艙蓋的設計過程及建造過程中的精度控制方法及最后的裝配調試、沖水試驗,并通過船東及船檢檢驗。

1 設計

1.1 結構設計

本艙蓋設計主要依據為船東提供的另外一條船的承重艙蓋。考慮到本艙蓋以后使用時,承受力較小,屬于輕型艙蓋,故變原有艙蓋的箱型結構為框架式結構,并減小原有艙蓋的厚度即艙蓋橫梁高度,以節約鋼材,降低成本。艙蓋為橫骨架式結構,為保證艙蓋的整體性和水密性,并考慮到后期維護方便,艙蓋設計為折疊式艙蓋。

考慮到兩貨艙尺寸差距不大,主要論述其中一個艙。艙口尺寸為 23 400 mm×9 900 mm,艙蓋尺寸為 23 680mm×10 180mm。每艙共 4塊艙蓋,p1～p4,p1與 p2為一對,p3與 p4為另一對,每蓋質量不超過 10 t。每對艙蓋之間用艙蓋鉸鏈聯接,在開關艙蓋時,動力可在相連兩艙蓋間傳遞。艙蓋與主甲板之間用甲板鉸鏈總成聯接,在艙蓋開關時將艙蓋的反作用力傳遞到船體之上,并對甲板鉸鏈處甲板反面的結構進行局部加強。

1.2 動力設計

本艙蓋最初選用絞車拉動鋼絲繩,以開啟艙蓋。我方技術人員,考慮到液壓系統負載能力強,過載保護性好,方便無級調速,自鎖能力強等優點,后經我方技術人員與船東討論,最終采用液壓油缸頂起方式開啟艙蓋,關閉艙蓋時可利用艙蓋自重及油缸回程拉力,將艙蓋關閉。

為避免與船上原有系統產生干涉,液壓系統采用獨立系統,即獨立液壓站系統。為使緊急情況得到最快的反應,控制方式采用手動控制。通過計算艙蓋重力及摩擦力,并考慮到甲板空間,每對艙蓋選用兩條 D200油缸頂起,設計工作壓力為 16 MPa。根據文獻 [3]計算電機功率,選取電機,選用液壓閥件、附件和液壓管等。根據液壓泵的流量確定油箱尺寸,考慮到系統工作時間較短,且工作頻率低,本液壓系統未配備冷卻系統。在系統內安裝了液控單向閥防止艙蓋自動關閉引發事故,并安裝節流閥調整艙蓋開啟、關閉速度。在油缸上設置一處應急關閉閥,此閥為高壓截止閥。當艙蓋處于完全開啟狀態時,液壓回路出現故障如膠管爆裂等情況,而無法使艙蓋關閉,打開此截止閥使艙蓋在重力的作用下,緩慢關閉。

1.3 密封形式

本艙蓋與艙口圍的密封形式主要采用止口壓橡膠條方式,圖 1為密封形式。根據 CSQS(中國造船質量標準)壓縮量為 1/4橡膠條厚度。考慮到艙蓋間密封較難控制,故在艙蓋間設置兩道密封,并設置兩處接水槽,使從密封處滴下的少量水沿接水槽排到艙蓋以外。圖 2為艙蓋間密封。圖 3為本次設計艙蓋布置圖。

圖1 主密封形式

圖2 艙蓋間密封形式

圖3 艙蓋布置圖

2 建造

考慮到我廠場地情況以及焊接人員習慣,采用反造方法,造好后 “翻身”。焊接順序如下:①先進行蓋板的拼板焊接;②焊接艙蓋橫梁,并調平;③把蓋板與胎架焊接固定;④艙蓋橫梁就位,并焊接必要的臨時支撐;⑤采用規定的焊接工藝焊接。

艙蓋在焊接后會收縮,根據文獻 [2]留焊接收縮余量 0.6%～1%。在主體結構焊接好后,脫胎然后水火調平。根據 GB/T 3583,一般采用火焰加熱至 900～1 100℃,并用水跟蹤冷卻。在艙蓋調平后焊接艙蓋鉸鏈與甲板鉸鏈以及油缸座。在焊接前應拉線找正,以免鉸軸不同心造成艙蓋受力過大。在焊接時采取跟蹤測量的辦法,一旦出現大的偏差及時糾正。在所有焊接工作結束后噴砂、涂漆。圖 4為艙蓋鉸軸,圖 5為焊接調平后的艙蓋。

圖4 艙蓋鉸軸

圖5 調平后艙蓋

3 安裝、調試及檢驗

液壓系統管線在艙口圍做好后開始安裝并清洗,在艙蓋安裝之前液壓管線就已安裝結束,只留有與艙蓋油缸相連的軟管口。液壓系統安裝結束后,進行獨立調試。根據文獻 [5]首先試運轉,把兩個同步油缸的下部聯接銷先裝好,暫不安裝上部聯接銷,即油缸與甲板聯接但不與艙蓋聯接,此時試驗為空載試驗。聯接好所有液壓油管,啟動油泵進行試驗,在空載負荷情況下操作手柄,驅動艙蓋油缸,試驗中分別對兩個油缸放氣,往復運轉 2～3次,直至放氣徹底完畢,然后再鎖緊放氣塞,進行下一步效用試驗,將兩個同步油缸的上聯接銷裝復,即將油缸與艙蓋、甲板均已相連,此時為帶負載試驗。進行開啟、關閉試驗,試驗中盡量使艙蓋初始狀態處于關閉狀態而慢慢開啟,當開啟一少半就開始進行關閉操作,直到完全關閉,這樣作小循環往復運動試驗 3～5次。

如果由于其他工作原因,艙蓋只能在處于開啟狀態進行試驗,也就是指艙蓋需要進行關閉試驗。為了安全防護需要,在艙蓋的滑軌道上某位置焊接一塊三角擋板,以避免油缸失效艙蓋忽然下滑而造成危險,以確保試驗安全。在進行試驗時,液壓油泵旁需要有專人監視壓力表以便監控系統壓力波動,若試驗中壓力超過安全工作壓力,應立即停止油泵運轉,而暫停試驗,等到故障解決后再繼續試驗。

艙蓋經過調試可以正常開啟、關閉后,安裝橡膠條檢查水密性。根據文獻 [1],首先用觀測法,如果陽光比較強烈,還可以將艙口關閉并封艙后,檢查人員進入艙內,若發現艙蓋與艙口圍板之間有漏光現象,則表明此處為漏水處。其次痕跡試驗,利用粉筆的痕跡來檢測密封橡膠帶是否水密。其方法是用粉筆在艙口圍板上的壓緊鋼條上和艙蓋間連接部位的壓緊鋼條上涂出粉痕,關閉艙蓋并封艙,然后打開艙蓋,查看艙蓋上的密封橡膠帶是否帶有粉筆痕跡。若有,則表明此處在封艙狀態下處于封閉狀態;若無,則表明此處在封艙狀態下存有空隙,也就是說此處為漏水處。此方法操作簡單易行,無需配備其他專門設備來試驗,不受船舶艙內裝載狀況限制和天氣溫度的影響。

最后,沖水試驗。利用具有一定壓力的水沖射艙蓋部位,檢測艙蓋各部分是否水密。此方法是船舶檢驗部門檢驗艙蓋水密性最直接的試驗方法。要求水柱射程不小于 10 m,水槍噴嘴直徑不小于 16 mm,水槍噴嘴距被測試部位不大于 3 m,并盡量成垂直角度沖射。檢查各焊縫、艙蓋周邊、橫向連接處是否有滲漏現象。通過以上試驗并修整,艙蓋通過船東與船檢驗收。

4 結論

本文以母型艙蓋為藍本,詳細描述了海星 5折疊式艙蓋的設計過程。液壓系統為動力開啟艙蓋,可以實現無級調速且安裝方便、維修簡單等特點。在建造過程中注重精度控制,并論述了調平方法。最后根據文獻記錄了安裝調試過程,最終通過船東、船檢的驗收。

[1]王錦輝.淺談船舶艙蓋修理及水密性試驗監測方法[J].中國修船,2008(1).

[2]吳四川,趙云清.船舶艙蓋的修理 [J].中國修船,2002(5).

[3]機械設計手冊編委會.機械設計手冊 [M].北京:機械工業出版社,2006.

[4]儲開榮.常見艙蓋修理工藝 [J].中國修船,2006(4).

[5]吳四川,徐戌,等.“水晶八號”輪艙蓋液壓油缸的修理 [J].中國修船,2006(2).