关于海星 5舱盖的设计、制造及检验

张振山,李惠珍,王洪芳

(中海油能源发展油建渤海工程分公司,天津 300452)

随着船舶种类和数量的增多,船舶舱盖的类型越来越多,性能也越来越先进。众所周知,舱盖是船舶上的重要组成部分,起着密封、保护货物的作用,它直接关系到货物运输过程中的安全。目前船舶上普遍采用钢质舱盖板,一般船用舱盖主要分为滚动式 (液压马达卷动舱盖板)、链条式、折叠式和吊装式 4种形式[1-2]。此外,对于装运一些怕水的货物,一旦舱内漏进水,还会危及船舶及生命的安全,这必须引起船岸人员的关注。在我厂改造的海星 5,改造后船长 89 m,宽 13.8m,型深 7.7 m,共两个货舱,货舱开口分别为 23 400 mm×9 900mm、22 710mm×9 900 mm。为配套货舱,设计折叠式舱盖,用液压驱动舱盖开闭。本文详细描述了舱盖的设计过程及建造过程中的精度控制方法及最后的装配调试、冲水试验,并通过船东及船检检验。

1 设计

1.1 结构设计

本舱盖设计主要依据为船东提供的另外一条船的承重舱盖。考虑到本舱盖以后使用时,承受力较小,属于轻型舱盖,故变原有舱盖的箱型结构为框架式结构,并减小原有舱盖的厚度即舱盖横梁高度,以节约钢材,降低成本。舱盖为横骨架式结构,为保证舱盖的整体性和水密性,并考虑到后期维护方便,舱盖设计为折叠式舱盖。

考虑到两货舱尺寸差距不大,主要论述其中一个舱。舱口尺寸为 23 400 mm×9 900 mm,舱盖尺寸为 23 680mm×10 180mm。每舱共 4块舱盖,p1～p4,p1与 p2为一对,p3与 p4为另一对,每盖质量不超过 10 t。每对舱盖之间用舱盖铰链联接,在开关舱盖时,动力可在相连两舱盖间传递。舱盖与主甲板之间用甲板铰链总成联接,在舱盖开关时将舱盖的反作用力传递到船体之上,并对甲板铰链处甲板反面的结构进行局部加强。

1.2 动力设计

本舱盖最初选用绞车拉动钢丝绳,以开启舱盖。我方技术人员,考虑到液压系统负载能力强,过载保护性好,方便无级调速,自锁能力强等优点,后经我方技术人员与船东讨论,最终采用液压油缸顶起方式开启舱盖,关闭舱盖时可利用舱盖自重及油缸回程拉力,将舱盖关闭。

为避免与船上原有系统产生干涉,液压系统采用独立系统,即独立液压站系统。为使紧急情况得到最快的反应,控制方式采用手动控制。通过计算舱盖重力及摩擦力,并考虑到甲板空间,每对舱盖选用两条 D200油缸顶起,设计工作压力为 16 MPa。根据文献 [3]计算电机功率,选取电机,选用液压阀件、附件和液压管等。根据液压泵的流量确定油箱尺寸,考虑到系统工作时间较短,且工作频率低,本液压系统未配备冷却系统。在系统内安装了液控单向阀防止舱盖自动关闭引发事故,并安装节流阀调整舱盖开启、关闭速度。在油缸上设置一处应急关闭阀,此阀为高压截止阀。当舱盖处于完全开启状态时,液压回路出现故障如胶管爆裂等情况,而无法使舱盖关闭,打开此截止阀使舱盖在重力的作用下,缓慢关闭。

1.3 密封形式

本舱盖与舱口围的密封形式主要采用止口压橡胶条方式,图 1为密封形式。根据 CSQS(中国造船质量标准)压缩量为 1/4橡胶条厚度。考虑到舱盖间密封较难控制,故在舱盖间设置两道密封,并设置两处接水槽,使从密封处滴下的少量水沿接水槽排到舱盖以外。图 2为舱盖间密封。图 3为本次设计舱盖布置图。

图1 主密封形式

图2 舱盖间密封形式

图3 舱盖布置图

2 建造

考虑到我厂场地情况以及焊接人员习惯,采用反造方法,造好后 “翻身”。焊接顺序如下:①先进行盖板的拼板焊接;②焊接舱盖横梁,并调平;③把盖板与胎架焊接固定;④舱盖横梁就位,并焊接必要的临时支撑;⑤采用规定的焊接工艺焊接。

舱盖在焊接后会收缩,根据文献 [2]留焊接收缩余量 0.6%～1%。在主体结构焊接好后,脱胎然后水火调平。根据 GB/T 3583,一般采用火焰加热至 900～1 100℃,并用水跟踪冷却。在舱盖调平后焊接舱盖铰链与甲板铰链以及油缸座。在焊接前应拉线找正,以免铰轴不同心造成舱盖受力过大。在焊接时采取跟踪测量的办法,一旦出现大的偏差及时纠正。在所有焊接工作结束后喷砂、涂漆。图 4为舱盖铰轴,图 5为焊接调平后的舱盖。

图4 舱盖铰轴

图5 调平后舱盖

3 安装、调试及检验

液压系统管线在舱口围做好后开始安装并清洗,在舱盖安装之前液压管线就已安装结束,只留有与舱盖油缸相连的软管口。液压系统安装结束后,进行独立调试。根据文献 [5]首先试运转,把两个同步油缸的下部联接销先装好,暂不安装上部联接销,即油缸与甲板联接但不与舱盖联接,此时试验为空载试验。联接好所有液压油管,启动油泵进行试验,在空载负荷情况下操作手柄,驱动舱盖油缸,试验中分别对两个油缸放气,往复运转 2～3次,直至放气彻底完毕,然后再锁紧放气塞,进行下一步效用试验,将两个同步油缸的上联接销装复,即将油缸与舱盖、甲板均已相连,此时为带负载试验。进行开启、关闭试验,试验中尽量使舱盖初始状态处于关闭状态而慢慢开启,当开启一少半就开始进行关闭操作,直到完全关闭,这样作小循环往复运动试验 3～5次。

如果由于其他工作原因,舱盖只能在处于开启状态进行试验,也就是指舱盖需要进行关闭试验。为了安全防护需要,在舱盖的滑轨道上某位置焊接一块三角挡板,以避免油缸失效舱盖忽然下滑而造成危险,以确保试验安全。在进行试验时,液压油泵旁需要有专人监视压力表以便监控系统压力波动,若试验中压力超过安全工作压力,应立即停止油泵运转,而暂停试验,等到故障解决后再继续试验。

舱盖经过调试可以正常开启、关闭后,安装橡胶条检查水密性。根据文献 [1],首先用观测法,如果阳光比较强烈,还可以将舱口关闭并封舱后,检查人员进入舱内,若发现舱盖与舱口围板之间有漏光现象,则表明此处为漏水处。其次痕迹试验,利用粉笔的痕迹来检测密封橡胶带是否水密。其方法是用粉笔在舱口围板上的压紧钢条上和舱盖间连接部位的压紧钢条上涂出粉痕,关闭舱盖并封舱,然后打开舱盖,查看舱盖上的密封橡胶带是否带有粉笔痕迹。若有,则表明此处在封舱状态下处于封闭状态;若无,则表明此处在封舱状态下存有空隙,也就是说此处为漏水处。此方法操作简单易行,无需配备其他专门设备来试验,不受船舶舱内装载状况限制和天气温度的影响。

最后,冲水试验。利用具有一定压力的水冲射舱盖部位,检测舱盖各部分是否水密。此方法是船舶检验部门检验舱盖水密性最直接的试验方法。要求水柱射程不小于 10 m,水枪喷嘴直径不小于 16 mm,水枪喷嘴距被测试部位不大于 3 m,并尽量成垂直角度冲射。检查各焊缝、舱盖周边、横向连接处是否有渗漏现象。通过以上试验并修整,舱盖通过船东与船检验收。

4 结论

本文以母型舱盖为蓝本,详细描述了海星 5折叠式舱盖的设计过程。液压系统为动力开启舱盖,可以实现无级调速且安装方便、维修简单等特点。在建造过程中注重精度控制,并论述了调平方法。最后根据文献记录了安装调试过程,最终通过船东、船检的验收。

[1]王锦辉.浅谈船舶舱盖修理及水密性试验监测方法[J].中国修船,2008(1).

[2]吴四川,赵云清.船舶舱盖的修理 [J].中国修船,2002(5).

[3]机械设计手册编委会.机械设计手册 [M].北京:机械工业出版社,2006.

[4]储开荣.常见舱盖修理工艺 [J].中国修船,2006(4).

[5]吴四川,徐戌,等.“水晶八号”轮舱盖液压油缸的修理 [J].中国修船,2006(2).