浮箱下水方案與安裝工藝研究

饒昌波，姚 靜，樊洪良

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

0 引 言

在下水過程中，船舶的艏跌落是相當危險的，應該避免發生此類現象?？刹扇〉拇胧┩ǔＳ校?) 增加滑道入水部分的長度；2) 等待潮水更高時下水[1]；3) 降低船體基線距船臺的尺寸。

某船是系列船中的最后一艘艦船，由我公司負責技術支撐，而外方船廠負責建造。通過對外方船廠的現場勘驗，分析當地的水文資料以及對比該系列其他船舶的下水情況發現，如果保證該船以與其他同型船相近狀態下水，當地潮位無法滿足。

為保證船舶的正常下水，需要采取的措施包括：增加船臺滑道入水部分的長度或降低下水時船舶自重。外方船廠僅認可降低下水時船舶自重來保證下水安全，這會導致船舶下水時完整性較差，影響生產進度。因此通過借鑒國內外浮箱下水的經驗，選擇了浮箱下水方案，創新設計了浮箱的結構與安裝工藝。

1 浮箱下水方案預研

根據總體下水性能計算所確定的艦船完工狀態以及當地3.0m潮位的環境條件，如果外方船廠生產進度能滿足建造大綱及下水計算所要求的安裝狀態，那么浮箱結構設計與制造安裝是關鍵，因為距下水節點的時間已不多了。在方案研究過程中，對浮箱下水工藝也進行了探索，研究了國內某汽車運輸船的“艏艉尖瘦型船舶帶浮筒下水新工藝研究”[2]資料。浮箱的形狀可以是圓柱、長方體或者棱柱長方體的結合體。選擇何種形狀的浮箱，應結合加工工藝、安裝工藝以及能否有效地增加浮力來考慮。考慮到下水過程中吃水限制以及進塢拆卸等因素，此次方案需要在艦船首部1.9m水線以下設置約58m3的浮箱，以滿足增加提供51t的浮力。

2 浮箱布置和結構設計

為便于快速裝、拆，使之能承受水壓力的作用而不產生大的變形，根據船體線型和下水加強結構的布置位置，將浮箱分三個箱體布置。其中1號浮箱設于#14～#26肋位，長6m，半寬2.15m；2號浮箱設于#27～#35肋位，長4m，半寬3.5m；3號浮箱設于#35～#39+250肋位，長2.25m，半寬2.4m。經計算浮箱結構排水量為51t（扣除結構自重）。浮箱與船體外板焊接，完工后須進行充氣試驗[3]，保證箱體密性。浮箱線型見圖1。

3 下水結構強度計算

根據對外方船廠船臺設施的調研結果，修改了下水方案，對下水結構總強度和局部強度進行了校核。

3.1 全船下水重量構成

全船下水重量構成（方案設計）見表1。

表1 下水重量構成表（方案設計）

圖1 艏部線型與浮箱線型

3.2 最小仰傾狀態（中拱狀態）

3.3 艉浮狀態（中垂狀態）

3.4 結構強度計算[4]

本計算利用有限元軟件ANSYS建立模型，進行下水過程的強度校核。在計算過程中，船體結構采用Beam188梁單元進行模擬，下水支撐結構（墩木、鋼梁等）采用combin14進行模擬，船體和設備等的重量及不同狀態（中拱和中垂）的浮力作為外載荷均布加載在梁單元。下水結構總強度和局部強度校核按照安裝浮箱下水的方式進行校核。通過計算可知，艦船在下水過程中的中拱和中垂總縱強度是有保證的，局部強度也能滿足要求。

4 浮箱布置優化設計和安裝工藝

4.1 浮箱布置優化設計

下水結構總強度和局部強度計算完成后，進行下水布置優化設計、下水浮箱的結構優化設計和安裝工藝的制定。在浮箱結構優化設計過程中，主要考慮以下幾方面的問題：

1) 浮箱現場安裝及拆除的便利性；

2) 浮箱結構安裝對于船體涂裝的影響程度最??；

3) 浮箱結構在下水過程中變形小、水阻力小、重量輕；

4) 浮箱結構便于制作、安裝、檢驗與檢測。

為了滿足以上要求，將1號浮箱長度向船首加長了0.5m；3號浮箱長度向船尾延伸了1.4m；1號、2號浮箱內殼板安裝松木板。這樣既使之重量輕，又與船體外板焊接量少。浮箱加長后，凈排水量基本不變。為了減少下水過程中的水阻力，將3號浮箱后端（迎水面）設計成近似錐形。為了減小下水過程中浮力作用使浮箱產生的變形，采取頂板與船體間布置支撐槽鋼的優化設計。為了便于制作、安裝，將浮箱上平面設計成水平面，在浮箱底板上設置工藝孔。表2為最終設計的浮箱要素。

表2 浮箱要素表

同時為了便于實時觀測記錄下水時浮箱的吃水，設計中在1號、2號浮箱前壁布置吃水標記。優化設計后的3對浮箱的排水量為62.762t（排水體積為61.57m3），結構重量為11.5t，浮箱結構及布置安裝圖見圖2～4。

圖2 1號浮箱橫剖面及節點

圖3 2號浮箱橫剖面及節點

圖4 浮箱側視及頂板、底板

4.2 浮箱安裝工藝

1號、2號浮箱以外側板為基面側造，完成結構密性后安裝并固定松木板，然后上船臺安裝。3號浮箱以底板為基面正造，然后吊上船臺與船體焊接，并進行密性試驗。

5 結 語

綜上對下水方案研究、浮箱結構總強度計算與分析可以得出以下結論和建議：

1) 為了使浮箱安裝快捷、易拆除，對外板涂裝工作影響少，建議浮箱結構設計應滿足W/Δ≤0.2。當W/Δ＞0.2時，應修改浮箱結構形式，即采取與船體外板直接焊接形式，從而確保W/Δ≤0.2。

2) 浮箱的體積盡量小，浮箱上表面不應超出加浮箱后的吃水高度，下表面不應低于龍骨線。

此次浮箱方案的準備工作給船舶下水提供了一個新的思路。在下水條件苛刻的情況下，為保證船舶安全下水，同時又保證生產進度，浮箱下水方案是可行的。

[1] 盛振邦，劉應中. 船舶原理（上冊）[M]. 上海：上海交通大學出版社，2003.

[2] 程遠勝，吳祥虎，曾廣武，等. 艏艉尖瘦型船舶帶浮筒下水新工藝研究[J]. 中國造船，2008, 49 (2): 121-125.

[3] CB/T 257-2001，鋼質海船船體密性試驗方法[S].

[4] 邱華海. 抬船浮箱載船下水總縱強度計算分析[J]. 上海造船，2011, (2): 22-28.