“冠军”轮换新舵系安装工艺探讨

陈建梅

(天津新港船舶重工有限责任公司，天津 300456)

“冠军”轮换新舵系安装工艺探讨

陈建梅

(天津新港船舶重工有限责任公司，天津 300456)

文章介绍了换新舵系的安装工艺，着重论述了船舶舵系海损严重造成无基准的情况下，通过空心假轴进行舵系拉线，确保法兰座的定位，为整个舵系的安装提供了重要依据。

舵系；假轴；法兰座

2009年韩国散货船“冠军”轮在海上航行途中触礁，造成了舵杆弯曲及扭转变形，顺时针扭转80°，船舶在附近船厂修理，由于卸货船期紧，只将舵机、舵机座一同拆下，顺时针旋转80°，与甲板焊接在一起，并没有对舵系进行拆检、勘测。船东从韩国定制了舵杆、舵叶、舵托、舵机活塞杆、舵承、舵柄等部件。但部件新制时间长，此次修船不能安装，船舶带伤继续航行至天津港卸货，卸货后，船舶进新港船厂修理，此时新制部件已加工完成，船舶进厂第2天新制部件运抵新港船厂，船东要求在20天之内完成舵系安装修复。

1 海损舵系实际勘测

经过勘查，发现舵杆弯曲及扭转、舵叶严重变形、舵机的活塞杆在与舵柄连接处弯曲变形、舵承粉碎性破坏、舵柄上平面与下平面不能保证平行、舵托翘曲变形。

舵系的法兰座由于受到礁石外力的作用出现严重变形，与船体甲板间的焊缝开裂，法兰座上平面凸起，已无法保证与舵承体平面正确的配合，必须依据原船图纸新制，且舵机底座已严重变形，此次修船必须换新。

2 根据勘测结果分析舵系安装的难点

原船舵系示意图见图1。

图1 原船舵系示意图

由图1可以看出，法兰座是舵系安装的基础，安装要求其上平面与舵系中心线垂直，法兰座中心线与舵系中心线重合，才能保证舵杆的安装。

按照常规工艺，法兰座新制后上平面应留有加工量，拉好舵系中心线，法兰座与船体甲板定位焊接，利用外镗镗上平面，并与舵承体相配合后，铰制螺栓孔，需要工期至少15天。可是船东要求20天舵系必须复位，按照常规工艺需要的时间及其他辅助工作的实施时间，舵系安装不可能按时完成，必须在法兰座的加工及安装定位工作上节省时间。

通过研究决定法兰座在车间全部加工完成，不需要装船后外镗，与舵承体相配合的铰制孔在车间加工完成，节省时间。但法兰座的安装定位是舵系安装最大的难点。法兰座的安装定位需要解决2个关键问题：①需要穿过法兰座拉舵系中心线，通过调整法兰座，保证上平面与舵系中心线垂直，中心线与舵系中心线重合；②调整后的法兰座与船体甲板焊接时要控制变形。

3 舵系安装难点的解决方案

由于礁石作用于船舶的力向上并伴随扭转，故原船的下舵承孔几乎没有变形，可以利用下舵承孔拉舵系中心线，并与轴线相交，以此确定舵系中心线。法兰座的焊接变形通过对面焊的方法进行解决。根据舵系中心线定位新舵托并焊接，进行现场镗孔，再做一空心假轴，与法兰座、舵承体、轴承、推力盘安装好，整体上船定位，在空心假轴中间穿过钢丝进行拉线，确保上、下舵承孔、舵托承孔在同一中心线上的同时，也保证法兰座上平面与假轴中心线即舵系中心线的垂直，法兰座中心线与舵系中心线重合。

4 舵系安装工艺具体实施

根据分析结果，制定出舵系定位安装的工艺。

1)新制法兰座，并在车间全部加工完成。

2)由于新制舵杆为实心轴不适合作中间拉线，所以制作空心假轴。假轴主体是D320 mm×30 mm的管子，在中间部位焊接一段D406 mm×40 mm的管子，焊接这段管子的目的是用来替代舵杆护套，与舵承体配合调整间隙，保证新制舵杆实际安装时与舵承体保持正确的间隙配合。假轴需要焊接45 mm厚的钢环作为假轴法兰，下平面需要光车，用于与推力盘上平面的配合。

3)检查推力盘。海损换新部件不包括推力盘，但它是舵系安装的重要部件，所以在安装推力盘之前应进行检查。采用安装在新制舵杆上校正的方法。推力盘应与新的推力片磨合，每25 mm×25 mm不少于2点油粉斑，接触面积在70%以上，且分布均匀。如果推力盘有变形，与船东商议换新。

4)根据图2第一次拉舵系中心线。

图2 舵系拉线示意图

拉轴线时需要考虑钢丝的下垂量，计算公式[1]：Y=ρlL1(L-L1)/2M，其中:Y为计算点的下垂量， m；ρ1为钢丝的每米质量，kg/m；L1为计算点至基准点的距离，m；L为两端基准点之间的距离，m；M为钢丝挂重或拉紧力， kg。钢丝直径为0.75 mm，ρ1=3.471×10-3kg/m[2]，由图2可以量出两端基准点之间的距离L=6.95 m，钢丝挂质量M=40 kg，钢丝下垂量计算值如表1所示。

表1 钢丝下垂量

量取钢丝在点2、点3、点4、点5与艉管的上下距离时要充分考虑钢丝下垂量，量取点与艉管上顶距离时要减去下垂量，得出实际距离，量取点与艉管下底距离时要加上下垂量，计算出实际距离，拉轴线时要保证点与舵管上下实际距离相等，左右距离相等，以此作为拉轴线的依据。

5)根据拉好的舵系中心线向上延伸到舵机舱，作好定位，向下延伸到舵托下坞底，作好定位，为安装法兰座时拉舵系中心线作好参考。根据拉线结果将新舵托焊接在船体结构上，并镗舵托承孔，需要注意新制舵托时必须考虑镗孔的加工余量，否则拉好舵系中心线后，无法保证镗孔加工后舵承孔的圆度。

6)舵承体与法兰座提前安装好，假轴也同时安装定位，由于推力盘为哈佛型，所以最后安装推力盘。

7)在这次海损事故中，与法兰座焊接的船体甲板下方结构完全变形，必须完全换新，重新进行焊接。焊接后，船体甲板进行调平处理，为法兰座安装定位打好基础。船体甲板及结构上的焊渣和污物要求清洁干净，接口部位打磨光滑。

8) 安装好的假轴舵系吊装上船，定位在船体甲板开口上，根据第一次拉舵系中心线时舵机舱的定位和坞底的定位二次拉舵系中心线。由于舵托承孔是通过第一次拉舵系中心线后进行加工的，且下舵承孔也是第一次拉舵系中心线的基准点，所以此次拉线可以通过舵托承孔及下舵承孔进行校验。

9) 通过调整假轴法兰与推力盘上平面的间隙，以及调整假轴上内孔、下内孔与舵系中心线的对中，确保法兰座上平面舵系中心线垂直，且法兰座中心线与舵系中心线重合，见图3。

图3 假轴舵系示意图

具体实施过程中，首先保证法兰座中心与假轴中心重合。由于舵杆护套与舵承体有配合间隙，而假轴护套是模拟舵杆护套与舵承体配合，所以在调整过程中，要保证配合间隙值在配合面各方向上数值一致，此时，假轴的中心才能与法兰座中心重合，这是保证舵杆在舵承体中正常转动的重要依据。

根据船东提供的图纸，要求舵杆护套与舵承体之间的间隙值为单侧0.5 mm，在调整时如果按照间隙值进行定位，空隙大，不利于施工。为了解决这个难点，采用沿假轴护套与舵承体配合面圆周方向加3处铜皮的方法解决，3处铜皮在圆周方向均布。铜皮厚度为0.3 mm，铜皮长度要求超过沿配合面轴向配合长度的一半。因为在调整假轴时，其配合面的下部如果安装铜皮，当假轴舵系垂直安装，下部铜皮必脱落，故采用加长上部铜皮长度的方法进行调整。原船图纸显示配合长度为400 mm，铜皮长度取为300 mm。调整过程中，使用0.20 mm塞尺随时塞取3处铜皮与假轴护套的间隙，3点间隙应一致，此时法兰座的中心即是假轴中心。

再调整假轴舵系整体，使假轴中心线与舵系中心线重合。方法是，通过假轴上内孔、假轴下内孔与舵系中心线对中。利用外卡钳量取上、下内孔与舵系中心线在船艏、船艉、左舷、右舷4个方向上的数值，当数值相等时，中心线重合。在调整上述中心线的过程中，要同时监测假轴法兰与推力盘上平面的间隙，保证法兰座上平面与舵系中心线垂直。

10)法兰座、假轴均调整到位后，法兰座与船体甲板点焊固定。

11)焊接法兰座，先焊与船体甲板相接的下端焊缝，为了减少变形，焊接长度需要8等分，对面焊接，见图4。

图4 焊接示意图

焊接顺序：1、5区同时焊，再焊3、7区，后焊2、6区，最后焊4、8区。焊好后，清理好焊渣。再进行上端焊缝的焊接，同下端焊缝的施工顺序一致。焊接过程中，随时监测假轴护套与舵承体配合面的上、下间隙值，以防出现较大的焊接变形。焊接后，假轴与舵机舱上部吊点固定，防止拆下推力盘后，假轴下落损坏舵承体的上表面。依次拆下推力盘、假轴、舵承体。

法兰座焊接定位后，安装好舵系其它部件。原船舵机为往复式船用液压舵机，海损造成活塞杆弯曲变形，原舵机进车间拆检。换新舵系复位后，新制活塞杆与舵机液压缸在车间组装，组装完毕后整体上船安装。安装时需要进行校中定位，要保证零位行程双缸对等，避免造成左、右转舵时舵角角度不等。将舵叶舵角放置于零位，此时舵柄也处于中间位置，调整两侧液压缸，保证活塞杆滑块定位销孔的中心点与两侧液压缸端部距离相等。通过调整舵机座底脚，保证舵柄与活塞杆上、下间隙对等。同时满足滑块与舵柄的配合间隙0.15～0.24 mm，定位销孔与定位销的配合间隙、0.15～0.21 mm。所有实测间隙值满足要求后，舵机座底脚浇注环氧树脂。

5 结束语

舵系完全安装后，舵叶通过手动葫芦左、右拉动，非常滑快，无异响。通过操舵试验验证换新舵系的使用情况，根据船检要求，保证舵应自任一舷的35°，可转至另一舷的35°，并且自一舷的35°转至另一舷的30°所需时间不超过28 s。经过试验，结果确实达到了船检的要求，左转舵、右转舵的极限均达到37°。根据原船资料及船检要求，要求单侧最大工作舵角为35°，故安装有效的舵角限位器。在试验过程中压力无波动，转舵时无异响、无顿点，报警和监测均正常，令船东非常满意。直至今日，该船舵系一直运转良好。在车间加工法兰座，并利用假轴定位安装，工艺实施简便、快捷，节省了舵系安装工期。这条船的舵系安装工艺可以为以后海损的相似船舶提供一个很好的参考。

[1] 金伟国，张信祥. 船舶钳工[M].北京：国防工业出版社，2008.

[2] 《机械设计制图手册》编写组.机械设计制图手册[M].上海：同济大学出版社，1991.

2013-10-15

启事《中国修船》征稿启事

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《中国修船》编辑部

In this paper,the installation process of renewing rudder system is introduced,focusing on how to locate the rudder centerline through the hollow shaft，without any base when the rudder system was damaged badlyand to locate the flange seat so as to ensure providing an important basis for the rudder system installation.

rudder system;hollow shaft;flange seat

陈建梅(1971-)，女，天津人，高级工程师，工程硕士，主要从事船舶轮机修理工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.01.015