船用環氧樹脂墊塊性能介紹及應用

宋 川

上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125

造船業的不斷進步，船舶設備的安裝中，除了常規的鋼質墊片外，越來越多的采用了環氧樹脂墊塊。環氧樹脂具備良好的隔熱、抗沖擊、抗壓縮、耐腐蝕、離火自熄等特性，可以現場澆注固化，一次性成型，從而縮短了施工周期，可在一定程度上提高經濟效益，被廣泛應用于船舶大、中型設備的安裝。

特種用途船舶，如鋪管船、鋪纜船、潛水支持船、海工輔助船舶等，相比民用船舶，系統更為復雜，特種機械及配套機械較多，機械設備安裝的工作量巨大，比如上海振華重工（集團）股份有限公司（下面簡稱振華重工）建造某起重鋪管船上，配置10臺定位錨絞車、2臺艏側推、4臺可伸縮全回轉推進器、2臺全回轉主推進器，在設計和建造方面選用合適的安裝方法是一個很重要問題。經過設計論證，結合實際安裝效果，振華重工在大型設備安裝方面積累了豐富的經驗，在項目設計和建造階段，針對主機、發電機、推進器電機、艉軸管、絞車等設備安裝工作開始大面積采用環氧樹脂墊塊。

1 環氧樹脂墊塊實用性

主機、發電機、推進器電機、絞車等傳統安裝方法是采用拂配鋼質墊片。鋼質墊片在使用中存在很多弊端，如：容錯率低、現場的測量誤差，船體基座由于船體彈性變形過程中造成的精度偏差，從第一次測量到最后準備安裝，累計誤差可能很大，預制鋼質墊塊的匹配度就有可能存在較大誤差；機加工工作量大，鋼質墊片沒辦法完全預制到位，其中一側需在現場進行邊拂刮邊測量，要達到滿足精度要求時間不可控，施工周期長；推進器電機、主機、絞車等設備，工作狀態振動較大，而鋼質墊片無減振效果。

相比鋼質墊片，環氧樹脂墊塊的優點明顯：容錯率高、環氧墊塊對基座和設備之間的精度要求相對較低，由于環氧樹脂表面張力小，所有地方都可以填滿，包括表面凹陷；沒有鋼制墊片的拂配工作，可以直接在室溫條件下進行澆注、固化、一次性成型，溫度適宜條件下，一天即可完成澆注、固化，從而大大縮短了施工周期；性能穩定、耐腐蝕、不腐蝕金屬；減振效果好，可以有效吸收墊塊上方設備運行時的振動，相比鋼質墊片效果提升8～10倍；抗壓力強度高；使用壽命可達30年。

艉軸管的傳統定位安裝方法是通過軸系鏜孔來實現，先將軸轂安裝好，人字架、艉柱提前同船體結構焊接在一起，以理論軸系中心線為基準，按照要求對軸轂鏜孔，艉軸管按照鏜孔尺寸進行加工，加工到位后將艉軸管裝配進軸轂。存在著諸多問題：加工精度要求很高，但是現場加工質量難以保證，經常出現加工完成后不匹配的情況，此時就需要進行人工拂配；鏜孔周期較長，一般需要一周。

采用環氧樹脂來處理艉軸管的定位安裝，即不需要進行鏜孔工作，艉軸管定位安裝周期可控制在1d或2d；由于環氧樹脂的抗壓縮性，不易產生偏差，可保證軸系中心線的精準度和安裝質量；同時環氧樹脂墊塊全覆蓋、接觸面積大、結合力強的特性保證了足夠的摩擦系數，避免了艉軸管的滑動問題。

通過綜合評測，采用環氧樹脂墊塊，相比傳統安裝方法，節約工時，節省施工周期，具有很好的實用性和經濟性。

2 環氧樹脂墊塊強度計算

在強度計算中，主要是計算墊片和螺栓。計算螺栓承載的最大應力值，其結果小于材料許用應力即為安全；螺栓伸長量計算中也要一并考慮，并滿足規范要求；墊片最大應力滿足《船用環氧機座墊片技術條件》（CB/T 3514—92）定義，墊塊厚度規定15～70mm之間，推薦墊塊厚度25～45mm，具體厚度根據實際需要定義，但是需要修正螺栓壓緊引起的變形量。見表1，主要技術指標。計算過程如下：

（1）準備資料：設備布置圖，設備重量，緊固螺栓尺寸、數量，受力情況。

（2）計算環氧樹脂墊塊承壓總面積，計算靜壓應力σ1=W/A。其中W—設備自重，A—環氧樹脂墊塊有效面積。

（3）環氧樹脂墊塊螺栓預緊力的總壓應力，σ2=（W+T×Bolt No.）/A。其中，T—緊固螺栓緊固力。

（4）計算緊固螺栓的拉應力，σ=4T/（π×d2）。其結果應小于材料許用應力，根據規定，許用應力為屈服強度的80%。

（5）計算螺栓伸長量，S=4σh×Ah×K×Lk/（π×d2×E）。其中，Lk—緊固螺栓長度；Ah—液壓拉升器活塞有效面積；σh—拉伸器的拉伸壓力；K—液壓系數；E—彈性模量。

（6）船級社退審后即可現場準備環氧墊塊的澆注工作。

表1 主要技術指標

3 環氧樹脂澆注工藝

環氧樹脂澆注工藝和施工環境是影響環氧樹脂墊塊的澆注效果重要因素，必須保證設備、人員等綜合配套達標的前提下，方能體現環氧樹脂澆注的優勢。

現場環氧樹脂墊塊的澆注工作，需要供應商服務工程師現場澆注，并報驗船東和現場驗船師。施工前準備工作很重要，與墊塊接觸的表面都要清潔干凈，去除油脂、泥水、銹跡、油漆等附著物，施工期間整個施工區域不允許出現打磨、焊接及其他影響施工現場環境的操作。

環氧樹脂澆注需要在適宜的溫度下展開澆注工作，最合適的澆注溫度是20～25℃，如果環境溫度低于13℃，環氧樹脂需要提前加熱并做好保溫工作。地腳螺絲緊固后，環氧樹脂墊塊的壓縮量應控制在2‰墊塊厚度。

主機、發電機、絞車等澆注工作，設備安裝前，需要在設備基座和設備底座之間內側部分焊上厚度3mm的鐵擋板；在設備基座和設備底座之間塞海綿條；在設備基座和設備底座外側點焊厚度約2mm厚度的鐵擋板，高度為環氧墊塊厚度加15mm，寬度大約25mm左右，從而形成澆筑口；螺栓孔使用海綿堵塞，鐵板擋和基座之間使用膩子密封；將環氧攪拌均勻，從注入口倒入，確保液面要高于底座下表面；環氧樹脂完全固化后，需要拆除前面安裝的鐵擋板，并使用打磨機對環氧澆注口按照要求做處理，對整個環氧墊塊的四周做好清理工作，仔細檢查環氧墊塊是否存在氣泡或裂紋等問題，如果發現問題要及時處理；同時松開調整支撐件或頂升螺栓，使環氧墊塊完全受力；拔出堵在螺栓口的海綿，然后擰緊緊固螺栓，達到設計的緊固力。

艉軸管環氧澆注工作，在安裝艉軸管前，需要對艉軸管內部進行清潔工作，如有銹跡需要打磨掉，要求無油漬、無鐵銹、無泥水。根據艉軸管大小可采取不同的澆注方法，通常小型艉軸管可采用重力式澆注法，從艉軸管上方的注入口利用環氧樹脂自身重力慢慢注入環氧樹脂，環氧澆注完成后透氣口處會有環氧流出；而對于中、大型艉軸管，重力法就不再適用，此時需要采用壓力式澆注法，與重力式相反，此時從尾軸管下方的注入口澆注環氧，使用手搖泵或電動泵提供壓力把環氧樹脂從下方打壓至上部，環氧澆注完成后透氣口處會有環氧流出；軸系對中是一個重要的工作，環氧墊塊澆注期間的軸系對中定位，艉軸管上配置有調整螺栓，對中主要是通過調整螺栓來調整，等到環氧樹脂完全固化后，使用割刀割平，并在端口滿焊封閉。

采用壓力式澆注的尾軸管，環氧樹脂的流動性需要一定的空間，為了保證澆注過程的順利進行，環氧樹脂墊塊的最小厚度應當大于6mm。設計階段就需要考慮環氧澆注的工藝問題，在最終確認環氧墊塊的理論厚度，合理配置，保證軸系理論中心和實際中心的偏移量在許可的范圍內。

4 環氧樹脂墊塊的未來發展方向

目前環氧樹脂墊塊在船舶大、中型設備的安裝中應用越來越廣泛，環氧樹脂墊塊的澆注技術基本成熟，得到了市場的認可。

環氧樹脂作為一種化工品，隨著近年化工技術的迅速發展，環氧樹脂的性能也逐步提高。科技的發展下，通過添加不同的輔助材料，市場上涌現出多種性能差異化的環氧樹脂，在韌性、減振、強度等方面有不同程度的提升，可以根據實際需要選擇相對應的環氧樹脂，從而滿足不同設備的性能要求。隨著船舶業對環氧樹脂的需求和要求提高，未來將會有性能更好、用途更為廣泛的環氧樹脂墊塊。

5 結語

環氧樹脂墊塊具有良好的實用性和經濟性，當前主要應用于主機、發電機、艉軸管、絞車等設備，隨著船舶行業的發展，環氧樹脂墊塊將在更多領域得到更為廣泛的應用。