超长双艉鳍结构分段与轴架船坞的安装方法

摘要

一种超长双艉鳍结构分段与轴架船坞的安装方法，包括步骤：①双艉鳍由船体两侧两个对称的艉鳍构成，每个单艉鳍由一个尾鳍结构和一个V字形展臂式铸钢件SFPS艉轴架组合而成。将尾鳍结构曲率线型变化最大的部分分为3个船体底部分段；②分段反态总组，分段进船坞预埋初定位；③艉轴架与所述的AB05PS分段对接装焊安装定位；④SB3PS分段定位安装；⑤完成超长双艉鳍结构分段与轴架船坞的安装。本发明解决了双艉鳍分段与艉轴架安装难题，有效的控制了超长双艉鳍的安装精度，从而保证了该船的整体设计质量。

说明书

技术领域

本发明涉及船舶制造，特别是船舶艉鳍结构在船坞的安装，具体地说是 一种超长双艉鳍结构分段与轴架船坞的安装方法。

技术背景

我国首次建造的具有超长双艉鳍线型的大型特种用途船舶，该船设有两 个超长对称的轴系，双艉鳍区域纵向超长达全船的三分之一，这在我国船舶 建造史上是首次，具有创新性、先进性。

双艉鳍线型双桨船是一种节能型船，具有优异的阻力推进性和较强的抗 风浪能力，更具有航行的安全性与稳定性。但是船体结构的设计施工工艺却 极为复杂。双艉鳍分段的制造及在船坞搭载，直接影响整个船舶建造的质量 和周期。

如何找到超长双艉鳍线型结构总组船坞定位安装方法是事关重大的，特 别是找到一种定位安装方法，使之能够确保双艉鳍分段与轴架在船坞安装定 位的精度控制。能够缩短船坞生产周期，降低生产成本，施工工艺能够与生 产部门的生产实际相匹配。能够确保艉鳍结构总组与双轴系拉线照光顺利进 行，保证总体建造质量符合设计要求，则难上加难。

发明内容

本发明要解决的关键技术问题是提供一种超长双艉鳍结构分段与轴架船 坞的安装方法，该方法能够确保双艉鳍分段与轴架在船坞安装定位的精度控 制，能够缩短船坞生产周期，降低生产成本，施工工艺能够与生产部门的生 产实际相匹配。能够确保艉鳍结构总组与双轴系拉线照光顺利进行，保证总 体建造质量符合设计要求。

本发明的技术解决方案如下：

一种超长双艉鳍结构分段与轴架船坞的安装方法，其特点在于该方法包 括如下步骤：

①所述的双艉鳍由船体两侧两个对称的单艉鳍构成，每个单艉鳍由一个 尾鳍结构和一个V字形展臂式铸钢件艉轴架组合而成，将所述的尾鳍结构曲 率线型变化最大的部分分为3个分段，即SB1PS分段、SB2PS分段和SB3PS 分段，将所述的SB1PS分段、SB2PS分段、SB3PS分段和SFPS艉轴架分别 制造；相应的船体艉部区域结构也划分为AB03PS分段、AB04PS分段、AB05PS 分段和AB06PS分段；

②所述的SB1PS分段与AB03PS分段反态总组，翻身进船坞定位；所述 的SB2PS分段与AB04PS分段反态总组，翻身进船坞定位；SFPS艉轴架根 据理论照光尺寸采用了在船坞内固定在第二托架基座上预先埋入，该SFPS艉 轴架依据船坞船体格子线的船坞理论轴线进行初步定位；所述的SB3PS分段 作为嵌补分段正态地座在第一托架上比理论船坞定位尺寸要低100mm，进船 坞预埋初定位；

③当船体的上甲板以下尾部主船体装焊结束，火工初矫正并焊缝拍片合 格情况下，艉门安装完毕后，所述的AB06PS分段作为测量基线定位依据， 轴系才具备照光条件，当照光求得最终轴线后，所述的艉轴架再根据照光轴 线进行微调，用油泵顶和分段内设置的葫芦和兰花螺丝进行升降及左右调控， 防止倾斜，将所述的艉轴架与所述的AB05PS分段对接装焊安装定位，并保 持衔接线型光顺，再装焊散装件；

④所述的艉轴架安装定位结束后，将位于所述第一托架上的SB3PS分段 通过油泵顶和分段内设置的葫芦和兰花螺丝进行升降及左右调控，嵌补到所 述的SB2PS分段与所述的艉轴架之间进行定位安装贴外板；

⑤所述的艉鳍结构各分段内有艉轴管、轴筒体，前轴承、中轴承的预埋 件正式定位，再安装散装件，完成超长双艉鳍结构分段与轴架船坞的安装。

所述的第二托架为纵网络形式板架，具有定位安装焊时的作业孔，该第 二托架的底板水平设置，该第二托架放置在船坞楞墩上，在第二托架的底板 和楞墩间放置油泵顶或角钢，以调节尾轴架的上下高度，所述的第二托架的 横向肋位与所述的尾轴架的线型之间留有100mm空隙，所述的尾轴架和第二 托。

所述的SB1PS分段制造采用外板为基面线型的正造胎架，在装焊阶段注 意控制好分段变形，做好结构加强，重点做好分段内的前轴承铸件的临时加 强固定，分段完工与胎架脱离前进行测量，划出水线、胎架中心线、肋骨检 验线，总组时，根据上述基准线进行SB1PS与AB03PS反态总组；该分段内设 有两个前轴系简体式铸钢件，轴线初照光后，确定安装位置，依据正式照光 轴线中心线和铸钢件外径再次开孔焊接，简体式铸钢件在分段制造时做好临 时加强与分段一起翻身、吊运。

所述的SB2PS分段制造采用以外板侧面线型胎架拉轴线，贴内侧外板， 分段内的中轴承铸件和艉轴管临时加强固定，重点做好分段变形控制，分段 完工与脱胎前划出水线、胎架中心线、肋骨检验线与AB04PS分段总组，与 SB1PS不同的是内有四根艉轴管与两个中轴承，安装时要注意：

i、中轴承铸件到艉鳍末端所述的SFPS艉轴架的艉轴管足8米；

ii、考虑总段船坞吊装需要，其中一根轴管为散装，中轴承放入分段内；

iii、因中轴承铸件在初照光后，才能装焊，所以必须加强临时固定。

所述的SB3PS分段制造，采用以外板侧面为基面线型胎架拉轴线侧造， 贴内侧外板，其施工难点是：作为嵌补分段，需考虑在狭小空间区域内的托 架顶升设计，需设计散装件，腾出空间，先让SFPS艉轴架在船坞定位，必须 在艉鳍末端所述的SFPS艉轴架船坞定位结束才将SB3PS分段顶升装焊； SB3PS分段在顶升过程中需解决余量修割与前后分段之间微调线型衔接光 顺，艉鳍末端的SFPS艉轴架与分段施工空间狭小，结构密集，需围绕轴管安 装，制定具体的施工步骤，所述的SB3PS分段与所述的SB1PS、SB2PS分段 不同的是预先设置顶升的第一托架，其工作原理是在分段重心位置设置有纵 横板架结构的桁架式托架结构来搁置所述的SB3PS分段；其吊装方法是在强 构件上方设置手动葫芦，在所述的SB3PS分段吊装基本到位后，采用花兰螺 丝式油泵顶压调整。

本发明的技术效果如下：

本发明方法能够确保双艉鳍分段与轴架在船坞安装定位的精度控制，能 够缩短船坞生产周期，降低生产成本，施工工艺能够与生产部门的生产实际 相匹配。能够确保艉鳍结构总组与双轴系拉线照光顺利进行，保证总体建造 质量符合设计要求。

附图说明

图1：艉鳍线型图

图2：艉鳍区域分段划分图

图3：艉鳍横向视图

图4：艉鳍中心剖面视图

图5：艉鳍分段工装胎架图

图6：艉轴架剖面示意图

具体实施方式

下面将结合附图和实施实例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本 发明的保护范围。

本实施例是一种具有超长双艉鳍线型的大型特种船舶，该船舶的主机分 置的特殊性在于：

1)主机设置在左右前后位置，左右艉轴线长度与定位角度不一样，两轴 长度相差近二十米；

2)主轴系全部包设在船体艉鳍线型结构内部，左右艉鳍结构内各有艉轴 管、内设有前轴承、中轴承，轴承基座，艉端是两个带斜撑的大型V字型铸 钢件支架，又简称为艉轴架SFPS构成；

3)艉部鱼鳍形曲率线型超长近五十多米，故称为超长轴线，尾鳍线型空 间狭窄，结构密布，完全不同于常规船舶。

该型船艉鳍线型从55#～86#之间长约三十多米逐渐缩小，空间狭窄。 (见图1和图2)。主要结构采用横骨架式T型材加纵桁，左右艉轴相对于船 体基线呈左右不对称设置，这些特点增加了双艉鳍分段制造难度。首先要考 虑轴系拉线照光定位的适应性，考虑轴筒体安装，前轴承、中轴承定位安装， 基座定位安装，并留出散装结构件及贴外板的安装空间。这些都是以往常规 船舶分段制造与轴系安装中没有遇到过的。

为此，确定适合超长双艉鳍结构分段划分、总组和艉部总段轴架安装作 业流程至关重要，只有在确定艉鳍结构分段划分、总组与艉部总段轴架安装 作业流程基础上，才能进一步确定后续施工工艺细则，包括工装胎架制作， 嵌补分段轴架的托架应用。艉部的总段在船坞吊装、定位安装中都必须配合 双轴系拉线照光定位核心制定与实施。

对艉鳍区域的线型结构及轴系定位安装的研究分析，发现存在以下几个 难题：

1)该船双尾鳍区域39#～86#之间，约占船长的三分之一。39#～55# 之间线型相对平缓(见图2)，可采用一般的底部分段施工工艺。而55#～86 #之间长约三十多米，左右尾轴相对于基线呈左右不对称设置，轴包区域具 有反弯势线型，船体外板较厚，均在20mm以上，这些特点增加了双尾鳍分 段壳体制造的难度，影响到尾鳍区域分段建造与安装方案的制定。

2)该船带斜撑的V字形展臂式铸钢件SFPS艉轴架为船体尾鳍结构的延 伸，最大外形尺寸长宽高为4.5m*4.5m*5m，单重为70.1T(吨)，双轴系对称 两个SFPS艉轴架重达140T。船体结构与之连接部分结构特殊复杂铸钢件， 向上嵌入船体结构分别与肋板和纵桁对接(横向与5档肋板对接，纵向嵌入3 道底纵桁)，向艏与SB3PS分段对接艉鳍，结构内安装有近一米直径的尾轴管， 不仅内部作业空间狭小，安装定位难度大，且外部坞墩支架密集，施工作业 空间同样狭小。

3)该船左、右舷轴系平行于中线面，但不对称，轴中心线距船中线面近 3米；左轴系总长近35米，与基线夹角0.26，右轴系总长近50米，与基线夹 角为0.20，左轴系有4个中间轴承基座，右轴系有6个中间轴承基座。这些 特点都给尾鳍轴系安装精度控制带来了较大的难度。为保证轴系内部基座安 装的精度控制，必须编制详细施工工艺。为此需从总体上考虑总段吊装与艉 轴架(V字形展臂式铸钢件)船坞安装方案，即确保超重艉轴系安装方便， 又要保证艉轴架与SB3PS分段衔接外板线型光顺过度。

4)轴系照光是艉轴系船坞最终定位依据，轴系照光条件是船体建造要完 成上甲板以下82#横舱壁向艉船体结构全部结束，艉门安装完毕，火工初矫 加焊缝拍片合格的情况下，才具备初照光条件。

我们为解决本超长双艉鳍结构分段与轴架船坞的安装方法，进行了一系 列工作：

一、艉鳍结构的分段划分及总组工艺制定：

①所述的艉鳍结构分段划分是将曲率线型变化最大的尾鳍结构分为3个 分段与一个艉轴架的组合，见图2，即SB1PS、SB2PS、SB3PS分段与V字 形展臂式铸钢件的艉轴架SFPS，相应的船体底部也划分为AB03PS、AB04PS、 AB05PS、AB06PS分段，其中SB1PS与AB03PS反态总组，翻身进船坞定位， SB2PS分段与AB04PS分段反态总组，翻身进船坞定位，SB3PS作为嵌补分 段正态地座在托架上进船坞定位；艉轴架SFPS预先固定在第二托架基座上， 依据船坞船体格子线的船坞理论轴线进行初步定位，当轴系照光结束后再实 施定位安装；

②所述的艉鳍结构分段划分及总组工艺结合了双艉鳍结构分段的曲率线 型变化特性及船坞施工实际情况，确定了SB1PS、SB2PS分段制造与底部分 段一起反态总组，目的是减少结构的焊接变形，有利于船坞的吊装定位；艉 鳍结构分段内有艉轴管、轴筒体，前轴承、中轴承的预埋件，为此需等拉线 照光结束后才能正式定位，安装散装件；

SB3PS侧造单边贴外板，主要考虑降低分段高度，使狭窄空间的操作便 利，并首次采用了嵌补方式在船坞内用第一托架预先埋入，比理论船坞定位 尺寸要低100mm，不影响上面总段搭载，可实施立体作业；

③艉轴架SFPS采用第二托架，艉轴架SFPS预先放置在第二托架的基座 上，在船坞初定位，当轴系照光求得最终轴线后，艉轴架SFPS再根据照光轴 线进行微调，用油泵和分段内设置的葫芦和兰花螺丝顶进行升降及左右调控， 在完成上述工作后，再装焊散装件、贴外板；

综合上述艉鳍分段划分，总段总组工艺制定，目的就是为了满足左右双 轴线拉线照光条件，SFPS和SB3PS分段船坞定位与其上面总段搭载的船坞施 工关系，控制分段焊接变形，使艉鳍分段安装精度控制在设计范围内，改变 了传统甲板开工艺孔，穿钢索吊装艉鳍末端支架的安装工艺；

二、艉鳍总段安装作业流程制定：

确定艉鳍分段总段作业流程至关重要，只有在确定总段作业流程后，才 能进一步制定后续艉鳍分段施工工艺细则，实施分段轴架定位安装；

艉鳍分段总段船坞吊装定位、安装流程为：

SB1PS分段与AB03PS分段反态总组翻身进船坞定位；

SB2PS分段与AB04PS分段反态总组翻身进船坞定位；

SB3PS分段在第一托架上进船坞定位；

SFPS艉轴架在第二托架上进船坞定位；

AB06PS总段作为测量基线定位依据；上甲板以下尾部主船体装焊结束， 火工初矫正并焊缝拍片合格艉门安装完毕情况下，才具备照光条件。SFPS艉 轴架根据照光轴线进行微调定位确定后，顶升装焊SB3PS分段和散装件贴外 板。

三、艉鳍轴架与SB3PS分段船坞托架安装工艺：

①以往的大型艉轴架安装，按生产工艺制定的要求均是在艉部甲板分段 船坞吊装完毕，火工矫正定位结构性验收轴系照光拉线结束以后，才能正式 实施艉轴架的安装定位。具体的方法是：将摆放在船坞的艉轴架铸钢件吊运 到船艉部甲板分段下面位置，然后大型吊车钢索通过预先设置好的临时甲板 (或平台)工艺孔穿过分段将艉轴架吊装到位，当轴系照光求得轴线后，再 对艉轴架进行定位和装焊，整个定位装焊阶段大型吊运设备必须始终处于吊 运状态，采用传统的艉轴架吊装方法，不利因素在于：双艉鳍结构复杂，在 船坞安装定位时间较长，特别是大型吊运设备必须全程配合。在艉轴架定位 安装阶段因缺乏定位靠山重心难以确定，悬吊着的艉轴架会处于悬空摇摆状 态，很难一次定位成功。分段甲板与内部结构需临时增开许多工艺孔，轴架 装焊完后需要补设工艺孔、探伤补漆等工作，甲板上留有许多“疤痕”。

②艉鳍轴架及SB3PS分段船坞吊装采用托架新工艺，即根据艉鳍的线型 制造专门的托架，托架结构形式为底板为水平，上面为板架结构。预先将SFPS 艉轴架及SB3PS分段放在托架上，在船体总装还没有搭建到上面前，根据理 论船坞定位尺寸预先置于船坞内(SB3PS分段初级阶段搁置时放低100mm)， 当船体制造满足照光条件时，SFPS艉轴架根据实际照光轴线和建造情况进行 微调，正式定位时由油缸顶推及分段内设葫芦、花兰螺丝工具进行升降左右 调控，油缸顶推过程中，SFPS艉轴架要与主船体有效连接，同步提升，防止 倾斜；SB3PS分段则预先设置在船坞预定位置，当轴系拉线照光，SFPS艉轴 架安装定位结束，即可将SB3PS分段嵌补到SB2PS与SFPS艉轴架之间进行 定位安装。

本发明实施了多项技术创新方法来实施分段划分制造总组安装，具体的 方法如下：

①SB1PS分段制造采用外板为基面线型的正造胎架(参见图5)，在装焊 阶段注意控制好分段变形，做好结构加强，重点做好分段内的前轴承铸件的 临时加强固定，分段完工与胎架脱离前进行测量，划出水线、胎架中心线、 肋骨检验线，总组时，根据上述基准线进行SB1PS与AB03PS反态总组；该 分段内设有两个前轴系简体式铸钢件，轴线初照光后，确定安装位置，依据 正式照光轴线中心线和铸钢件外径再次开孔焊接，简体式铸钢件在分段制造 时做好临时加强与分段一起翻身、吊运。

②SB2PS分段制造采用以外板侧面线型胎架拉轴线，贴内侧外板，分段 内的中轴承铸件和艉轴管临时加强固定，重点做好分段变形控制，分段完工 与脱胎前划出水线、胎架中心线、肋骨检验线与AB04PS分段总组，与SB1PS 不同的是内有四根艉轴管与两个中轴承，安装时从三方面来考虑：

i、中轴承铸件到艉鳍末端铸件(SFPS)这段艉轴管用足8米；

ii、考虑总段船坞吊装需要，其中一根轴管为散装，中轴承放入分段内；

iii、因中轴承铸件在初照光后，才能装焊，所以必须加强临时固定；

③SB3PS分段制造，采用以外板侧面为基面线型胎架拉轴线侧造，贴内 侧外板，其施工难点是：作为嵌补分段，需考虑在狭小空间区域内的托架顶 升设计，需腾出空间安装散装件，先让SFPS艉轴架在船坞定位，必须在艉鳍 末端铸钢件(SFPS)船坞定位加强结束顶升装焊SB3PS分段；在顶升过程中 需解决余量修割与前后分段之间微调线型衔接光顺，艉鳍末端铸件与分段施 工空间狭小，结构密集，需围绕轴管安装，制定具体的施工步骤，其中与 SB1PS、SB2PS不同的是预先设置第一顶升托架，其工作原理是在分段重心位 置设置有纵横板架结构(20mm厚度)的桁架式托架结构(基座)来搁置分段。 其吊装方法是在强构件上方设置手动葫芦，在分段吊装基本到位后，采用花 兰螺丝式油泵顶压调整。

用拉钢丝线的方法进行轴壳的定位，定位时要注意轴壳与轴线的同心度， 艉轴架位置的正确性，轴臂的横向尺寸；同时也要预先测量SB3PS分段完工 尺寸，保证轴系尾轴管安装的准确性和外板的光顺连接。

1)当船体施工状态满足建造大纲和尾轴架安装工艺条件要求时，正式照 光拉线，由油泵顶推与葫芦、花兰螺丝等进行升降与左右调控，最终确定外 板线型艉轴架安装，并对整个艉轴架定位尺寸进行微调，最后装焊船体构架 与艉轴架连接部分的散装件。预埋式托架艉轴架安装新工艺应用最大优点是：

a、船坞船体总段搭载、坞墩、高墩布置(艉轴架周围)与艉轴架船坞预 埋同时进行，互不相干，立体施工；

b、可在时间上提前70％完成艉轴架定位工作量，减少劳动强度，缩短吊 装时间。大大降低了大型起重设备700T吊车的使用，(在船坞周期相当紧， 吊车使用非常忙的情况下)，经实施统计可减少吊车使用时间的3/4。

2)甲板不再需要增开许多临时工艺孔(原先是让吊车钢索穿过甲板吊运 尾轴架)，减少不必要的临时开孔、补没和探伤工作量，使工艺设计与实施阶 段均具有可操作性。

四、预埋式托架的应用

①预埋式托架：制作既是在船坞位置预先设计搁置艉轴架铸钢件的托架 (相当于基座)。参照企业“船舶基座及加强结构设计规则”的基座制作方法， 经过板材承载能力计算得出板厚在16mm～20mm左右可用A级钢板。设计成 网络式形式板架，并增加减轻人孔作为定位安装焊时的作业孔。基座底板水 平设置，放置在船坞楞墩上。在基座底板和楞墩间可放置油泵(或角钢)，起 到调节尾轴架上下高度。横向肋位与艉轴架线型之间留有100mm空隙(见图 6)。轴架和托架间采用槽钢固定，以保持轴架和托架结构强度和稳定性。

②艉轴架船坞的定位安装

根据船体格子线，先将第二托架放置在船坞(船台)楞墩上。当船坞总段 搭载需要吊装艉轴架时，测量船体基线和轴线进行照光拉线，然后根据拉线 和其他理论尺寸进行艉轴架定位。

超长双尾鳍线型结构建造通过首创的施工工艺，有效地控制了曲率线型 变化较大的艉鳍分段变形，保证了建造精度。其中总组吊装、尾轴管安装、 托架应用SFPS尾鳍末端支架船坞安装等工艺，具有创新性，充分保证了船坞 内艉鳍外板线型和轴系安装精度，缩短了造船周期，实现了超长双尾鳍线型 结构轴架施工工艺的新突破。

我们通过详细的分析研究，制定出一套合理的施工工艺来指导艉鳍分段 制造与船坞定位安装，实施超长轴系的安装精度控制，首次创新性地应用了 多项新工艺，有效的解决了超长双艉鳍线型壳体制造、轴架安装的施工难题， 保证了不对称超长双轴系的安装精度，保证了该船的成功建造。

实践表明，本发明方法能够确保双艉鳍分段与轴架在船坞安装定位的精 度控制，能够缩短船坞生产周期，降低生产成本，施工工艺能够与生产部门 的生产实际相匹配。能够确保艉鳍结构总组与双轴系拉线照光顺利进行，保 证总体建造质量符合设计要求。