船体工艺设计

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1、大型改装船主船体水上对接工艺设计2009 年 12 月 15 日摘要：介绍了 74000 DWT自卸式散货船改装过程中 采用的先进的主船体水上大合拢工艺。先将新造部分的 主船体（包括货舱和艏部）在倾斜船台上进行合拢，端 部密封下水，再与旧船部分在水上对接合拢。此种工艺 操作难度相对较大，特别是对中调整。突出的优点就是 对工厂设备的要求较低（如起吊设备），占用坞期短， 制造成本也相应较低。给出了坞内对接的要点和对接过 程，对其它船舶对接工作具有指导和借鉴意义。关键词：浮船坞；改装；对接工艺；定位；牵引、八 、亠0 前言由于单壳油船海难频发，对地区海域造成严重污染， 国际海事组织发布禁令，自 20

2、05年4月5日起逐步禁止 使用单壳油轮运输原油、燃料油、重柴油或润滑油等重 油，到2010年底单壳油轮将全部淘汰或改装为散货或双 壳油轮等。船舶改装工程项目将会愈来愈多，船舶企业 面临着难得的发展机遇和挑战。但承担船舶大型改装任 务的船厂，由于自身的实际情况，往往存在不足（设备 设施不配套，或船坞紧张等），因此如何合理地利用现 有的条件和设备设施进行船舶改装，充分发挥现有资源 和技术优势是问题的关键。要在市场竞争中占有一席之 地，工厂设计工艺的核心竞争力显得十分重要。中国某 船舶企业承接了为加拿大改装的74000DWT自卸式散货 船。该船是在原单壳油轮的基础上改装成自卸式散货船 改装范围包括，

3、除机舱、艉部和上层建筑部分外，机舱 往船首的主船体全部切除后重新制造。工程主要包括船 体结构、货物装卸设备、部分管系、泵和电气设备等， 同时对机舱进行升级改造和修理。该船在改装过程中采 用了目前世界上先进的主船体水上合拢新工艺。1 工艺概述该船在改装过程中采用了半浮态法对接工艺，制定了 先在倾斜船台上将新造部分的主船体进行合拢，端部加 临时水密舱壁密封下水方法。旧船部分与浮船坞固定不 动，作为基准部分，新造船体在浮态下拉拢到位，使其 逐渐坐落坞墩进行对接，在船舶坐墩后进行再次检查、 对中，符合标准后，进行全面的焊接和其它机、电、涂 装等相应的工程。此种工艺操作难度相对较大，特别是 对中调整，目

4、前仅有极少数企业尝试过此种方法。突出 的优点就是对工厂设备的要求较低（如起吊设备），占 用坞期短，制造成本也相应较低。2 新旧船体简介74000DWT 自卸船改装工程是将原油船的货舱及艏部 全部割除，重新制作货舱区和艏部，用保留的机舱、艉 部和上层建筑（机舱局部进行改造升级）与新造的货舱 区和艏部对接成新船，即为 74000DWT 自卸式散货船。原单壳油轮长2255m,型宽32.2m,型深19.0m,载 重 67000t。保留的旧船体和新造船体的主要参数如下：1）保留的 旧船体部分的主要尺度：长度42.60m,型深1900m,重 量约6000t； 2）新造船体部分的主要尺度:长度20240m,

5、 型宽32.23m，型深2020m，吃水13.30m，重量约11000t。由于保留的旧船体部分的重量和新造船体部分的重量均远远超出了国内船厂起吊设备能力,因此无法采用常 规的船体大合拢方法。为了满足生产需要,经多方研究 和论证,决定采用半浮态对接,即让新造船体部分处于 漂浮状态下与保留的旧船体部分进行对接,到位后抬坞 坐墩,检验合格后进行焊接。3 对接控制要点因保留的旧船体部分在水中的浮性和稳性不足，无法 保持正常浮态，因此采取将旧船体部分与浮船坞刚性固 定，移动新造船体部分与旧船体对接。采取半浮态对接 前，新造船体部分建造质量一定要满足中国造船质量 标准（以下称CSQS）的要求，对保留的旧船

6、体部分利 用激光经纬仪重新进行测量，找出船体中心线、基线面 和大接头处的肋骨线等，并将中心线引到船坞的抬坞甲 板上。对接完成后的船体也应满足CSQS的各项要求。为保证对接成功，主要进行三个方面的控制：1）新造 船体部分的船体中心线与旧船体的船体中心线应在同一 垂直平面内；2）新造船体部分的基线面与旧船体部分的 基线面在同一个平面内；3）对接缝处的肋距误差满足 CSQS 的要求且对接缝间隙满足焊接要求。3.1新造船体的船体中心线与旧船体的船体中心线在 同一垂直平面内的控制3.1.1 定位装置的设计为了保证新造船体的船体中心线与旧船的船体中心线 在同一垂直平面内，在新造船体艏、艉位置各安装一对 定

7、位装置。每对定位装置由定位销和定位槽组成，定位 销和定位槽要有一定强度，能够承受外力的作用。定位 槽和定位销的结构尺寸应根据对接时可能的受力大小进 行计算，确保它们能够承受对接过程所受的力并且不产 生过大的变形，保证新造船体中心线与旧船体中心线的 偏差在 CSQS 允许的范围。同时定位槽口的宽度要比定 位销的直径大3mm5mm,以保证定位销能顺利地在定位 槽口中上下滑动。两对定位装置的安装：1）在新造船体球鼻艏下方安装 一定位槽,在抬坞甲板前端安装一定位销（带有定位销 座）,组成一对。安装定位时,必须保证定位槽的中心 线与新造船体中心线在同一垂直面内,定位销的中心线 必须与抬坞甲板上的中心线重

8、合；2）在新造船体后端舱 壁上安装一定位销,旧船体前端舱壁上安装一定位槽, 组成一对。定位槽的中心线必须在旧船体的中纵剖面内 定位销中心线与新造船体中心线在同一垂直面。图1为 定位装置的示意图。抬坞甲顾X对接链I 出你前上甲板上甲板I.定位保罔阳船刑端舱览新造后 f端舱堕新造船休闪底应图 1 艏艉定位装置示意图3.1.2 牵引装置的设计在新造船体的艏部、大接缝附近外板适当位置分别安 装一对牵引耳板（左右舷对称安装，共两对），并配卸 扣和钢丝绳。在对应位置的坞墙甲板上也安装牵引耳板 并配备牵引葫芦。新造船体进坞后，用牵引葫芦牵引钢 丝绳调节新造船体的左右位置，使定位销顺利进入定位 槽。牵引装置的

9、牵引能力应根据新造船体在水中可能受 到的横向力来确定。横向牵引力示意图如图 2 所示。水引葫芦战1X1 |大接缝 附近钢C.L舊爲了睛部WT1严钢绘绳 出打_卫/年引葫芦 丁古耳楓冈 n bj爭 浮船出图 2 横向牵引示意图3.2 新造前段的船底平面与旧船后段的船底平面在同 一个平面内的控制由于新造船体的重量高达11000t, 一般船厂的起吊和顶升设备都无法直接调节其船底水平度。但从理论上来 讲，如果不考虑坞墩受压变形下沉，那么在船舶进坞前 将坞墩的上表面调节到同一平面内，新造船体和旧船体 坐墩后，新旧船的船底也就可以保持在同一平面内。在 实际操作中，可从三个方面着手来保证实际状态接近理 论状

10、态。1）旧船进坞前调节坞墩高度，使其上表面处在同一平 面内。考虑到旧船机舱部分的重量较大，船体坐墩后下 沉量会大一些，在调整坞墩高度时，这一区域的坞墩高 度可比其它区域稍高。另外，如果将坞墩高度全部调平， 工作量太大且有一定的难度，可充分利用船体梁是弹性 梁这一特点，要求在对接缝前后一定范围内保证高度一 致，其它位置适当放宽要求；2）增加坞墩数量，减小每个坞墩的受力，使坞墩受力 均匀，同时减小坞墩压缩变形；3）尽量采用钢质垫墩上加少量垫木，以减小坞墩下沉 量。3.3 对接缝处的肋距误差满足 CSQS 的要求且对接缝 间隙满足焊接要求的控制3.3.1 大接头处加放余量控制接缝处的肋距和对接缝间隙

11、的难点在于如何保证 端部割缝面与船底中心线垂直。由于新造船体是在倾斜 船台上合拢，划线和切割时会产生一定的误差，不能保 证割缝面与船底中心线完全垂直。为保证对接处间距和 割缝间隙，采取先在新造船体对接缝处保留 50mm 余量， 在第一次对接到位后，根据接缝处的间隙来确定重新修 割余量，然后再次沉坞进行对接。3.3.2 纵向位置的调整分别在新造船体和旧船体的主甲板上靠近大接缝位置 安装牵引耳板（左右舷各一对），并配卸扣、钢丝绳和 牵引葫芦。新造船体的纵向位置的调整靠安装在旧船甲 板上的牵引葫芦牵引新船甲板上的钢丝绳来控制。牵引 装置的牵引能力由新造船体在水中可能受到的纵向力来 确定。图 3 为纵

12、向牵引示意图。3.3.3 安装保险装置控制新造船体纵向位置用的钢丝绳只能承受拉力，无 法承受压力，因此对接时新造船体的移动方向必须与水 流方向相反，否则需安装保险装置，防止新造船体顺流 而下撞向旧船船体。另外，对接到位前，新造船体浮态 高于旧船体，当船体存在纵倾时，新船体的外板就可能嵌入旧船内部，因此需在旧船端部的外板内侧安装阻挡块阻止新造船体嵌入。新造刪彳忒2M 20 2702： 引装査/5i)橫向牵引：吊耳钢住.绳卸扣吊耳 L 甲楓奉引箭芦浮船坞图 3 纵向牵引示意图4 对接前的准备工作4.1 安装辅助水尺1）新造船体下水前，应分别在船体外板上艏舯艉三处 的左右舷安装水尺，为确定新造船体的

13、吃水、控制新造 船体的纵倾、横倾提供依据；2）在保留的旧船体上重新安装水尺，用于确定旧船体 的吃水，以便观察旧船体是否出现起浮；3）在船坞上安装水尺，用于确定船坞的横倾、纵倾和 沉深。4.2 辅助计算和测量1）船坞灌水或排水时，由于自由液面的存在，船坞会 产生横摇和纵摇。需预先进行必要的计算，控制其横摇 角度和纵摇角度；2）对接过程中，旧船体后段随船坞一同下沉，由于旧 船体后段的重心与浮心的纵向位置不在同一位置，浮态 随时会发生改变，产生倾覆，所以沉坞前一定要计算旧 船后段的浮态变化，以便控制沉坞深度，既要确保旧船 前段和新造船体能顺利出坞和进坞，又要确保旧船后段 不起浮；3）当旧船前后段被割

14、开后，测量旧船甲板处和外底板 的变形情况；4）测量旧船体的螺旋桨处和对接缝处的下沉量；5）测量旧船进坞后坞体挠度的变化。4.3 对接前船舶所处状态1）新造船体下水前定位装置和牵引装置安装好，勘划水尺，划出余量线，第一次余量修割完毕；2）新造船体下水前，后端舱壁密性检验完毕；3）旧船进坞后，找出船体中心线，安装定位装置、牵引装置，勘划水尺，并在旧船尾部和机舱两侧增设钢管支撑来固定旧船体，保证旧船体的稳性。勘划切割线并 割除前体；4）旧船进坞后，在船坞上安装定位装置和牵引装置、 勘划水尺；5）当上述工作准备就绪后，对新造船体实施下水，并 被拖带至浮船坞附近。调节新造船体浮态，使船舶基本 处于平浮状

15、态，准备与旧船体对接合拢。5 对接过程控制1）成立专门的对接过程控制小组，由生产管理、技术、 浮坞长和操作人员组成；2）为确保对接准确、顺利进行，编制专门的操作规程；3）操作指令由总指挥下达，各部门领导负责协调，避 免混乱；4）船坞下沉，浮出旧船的割除部分。沉坞前，应对旧 船的割除部分带缆，防止旧船前部撞上浮船坞；5）利用拖轮和船坞的绞车拖带新造船体进坞。坞体的 吃水应大于抬坞甲板高度、新船吃水高度和艏部定位销 高度之和；6）当新造船体距旧船体距离接近定位销的长度时开始 浮坞；7）当新造船体高出旧船后段1.5m左右时，暂停浮坞。利用横向牵引装置调节新造船体的左右位置，使定位销 对准定位槽；8）

16、继续浮坞，调节主甲板上的纵向牵引装置，拉动新 造船体。在浮坞过程中注意控制新造船体的左右位置， 确保艏艉定位销顺利进入定位槽。同时注意控制船坞的 纵倾和横倾直到完全坐墩；9）调节主甲板上的牵引葫芦，拉动新造船体与旧船体 对接；10）继续浮坞，直到抬坞甲板浮出水面；11）根据接缝处的间隙来修割余量，开坡口；12）然后再次沉坞，利用牵引装置对新船进行微调到 位后，对水上部分采取刚性定位对接；13）再次浮坞，直到抬坞甲板全部浮出水面；14）对大接缝进行焊接。对接完毕后，船东船检对船体的中心线进行了检验， 检验结果表明船体的对接精度达到了 CSQS要求。6 改装后的船舶状况介绍改装完成的自卸船总长24

17、5m、型宽32.23m、型深 20.20m,载重量74000t，属巴拿马型自卸式散货船，安 装了加拿大 EMS 公司设计的世界一流的带式卸货设备， 整套设备包括舱底输送、舱内喂料、环带式物料提升以 及投料机构,具有全自动、人工、应急等三种操作模式。 物料传输臂杆长80m，左右旋转角各95，臂幅30，自 动卸货速度达到卸煤4000t/h，主要用于北美地区的散货 运输,运行状态良好。7 结束语通过精心设计该船在改装过程中采用了半浮态法对接 工艺。生产实践表明，改装相当成功，填补了我国改装 大型自卸式散货船的空白，对增强企业在船舶改装领域 的竞争力具有重要意义。同时对其它船舶修理改装和对 推动利用浮船坞造船具有较大的指导和借鉴意义。