某大型集裝箱船舵機舵承體裝置在浮態下的修復方案

趙福志

（友聯船廠（蛇口）有限公司，廣東 深圳 518054）

某9 300 TEU 集裝箱船的全懸掛貝克舵，舵葉75 t，舵桿65 t，舵柄10.2 t，舵桿上螺母2.2 t，下螺母2.9 t。該船建造出廠已有6 年多，其系列姐妹船在航行中曾出現因舵機舵承體裝置與基座孔裝配間隙過大的缺陷，導致舵承體固定螺栓返松、移位，從而引起質量事故。2021 年3 月18 日該船進我廠修理，除了加裝脫硫系統工程外，船方要求對舵機舵承體裝置徹底修復、排除隱患。根據以往的修理經驗，類似的舵系修復工程至少占用12 天的塢期，同時，該船還有一個原舵柄的設計缺陷：帶鍵干式，沒有膨脹油槽以及膨脹油孔。拆卸時只能采用干式方法進行油頂液壓拔松，拔松質量高達1 800～2 000 t不等。

按常規修理方法，大型船舶舵桿的拆卸及舵機舵承體裝置的修復工作須在塢內進行，這樣不但施工方便，而且作業安全。船舶進出塢需要預定塢期、墩位布置、人員調動、拖輪配合、腳手架搭設等眾多工序，期間耗費大量的人力、物力和時間，并由此產生不菲的費用，而且占用塢期長，也會對原本繁忙的營運或生產帶來巨大的沖擊。為此，本文提出浮態下進行舵機舵承體裝置拆卸和修復的解決方案。

1 浮態下舵桿拆除的難點分析

為了實現浮態下順利拆卸舵桿，國內船廠采用這種方案的先例不多。拆卸工作在浮態下進行，受水流沖擊，舵葉在泵松后容易發生大幅度轉動，甚至碰損螺旋槳，威脅施工人員的安全。質量達65 t的大舵桿吊裝，安全要求更高。另外，在水面上可供選用的起重設備和固定裝置遠不及塢內豐富，加上施工場地受限，因此作業過程難度不小。

總的來說，在浮態下拆卸大型船舶舵桿，修復舵承體裝置基座孔的隱患，主要涉及3 個問題：①如何固定住質量達75 t 的舵葉，使之既能被泵松，又不會發生轉動；②如何拆松壓緊質量可能高達2 000 t 的帶鍵干式舵柄；③如何修復舵機舵承體裝置底座與基座孔裝配間隙過大的隱患。

2 解決方案

為了克服上述難題，設計了1 套不同于塢內拆卸的安全便捷的浮態下拆卸大型船舶舵桿、舵機舵承體裝置基座孔就地鏜孔、舵承體裝置鑲套修復的方法。

2.1 準備工作

制作拆裝帶鍵干式舵柄的頂升筒和臨時固定舵板的碼板。

頂升筒示意圖如圖1 所示，頂升筒主要由頂部厚鋼板（厚度180 mm）、圓筒鋼板（厚度26 mm）、吊耳、頂部加強筋板、側面加強筋板等焊接而成，卷板側面均布開有4 個觀察孔。設計后需進行建模、有限元分析和優化，確保拆裝強度足夠。

圖1 頂升筒示意圖

臨時固定碼板是由9 套承載力均大于等于800 kN 的預制T 型碼板或加厚球扁鋼（400 b#）組成，采用預制T型碼板或加厚球扁鋼型材，除了滿足強度外，可根據舵板或呆舵表面線型進行適當修整，貼合度高，易于焊接；固定碼板的設計和布置參照舵板質量、質心，以及舵板和呆舵的內部結構布局而定，設計后進行建模、有限元分析和優化，確保固定碼板的整體強度和防變形等參數均滿足拆卸強度要求以及浮態下舵板受正常潮水水流、乃至惡劣氣候下大風大浪沖擊等影響的技術要求。

2.2 舵桿拆裝程序

1）在舵桿正上方的艉甲板處開吊裝工藝孔，調整船舶吃水，盡量翹起艉部，使預割除的維修工藝孔的最底邊至少高出水面500 mm。

2）從艉搭倒掛架至舵葉左右兩側，要盡量接近水面，以方便后續拆卸舵桿下螺母。

3）根據舵葉的質心，現場核對舵葉及呆舵間碼板固定位置的反面結構（左右各4 套，艏部1套），固定位置應選在內部有縱向加強結構的位置上，并做好標記。

4）將預制好的9 套臨時固定碼板的下半段對稱對角焊接在舵葉上，以防止舵葉在泵松下沉過程中發生大幅度轉動，固定碼板的上半段與呆舵留有2～3 mm間隙，暫不焊接。

5）割除移開維修工藝孔，拆松舵桿下螺母、旋出約35 mm。然后在舵桿下螺母的上端面鋪設哈夫式橡膠環墊，用于減震緩沖。再用液壓泵泵松舵葉，使之從舵桿下部錐體中松脫下沉。然后往舵桿下螺母中泵油，頂起舵葉7～8 mm并保壓。在舵葉泵松過程中因為有臨時固定碼板卡住定位，所以即使受水流沖擊，舵葉也基本不會發生轉動。

6）按對稱對角順序焊接臨時固定碼板的上半段，將舵葉與呆舵整體固定在一起。舵桿拆卸前，浮態下舵葉被焊接固定示意圖如圖2所示。

圖2 舵桿拆卸前，浮態下舵葉被焊接固定示意圖

7）卸去舵桿下螺母液壓頂的油泵壓力，使舵葉的質量全部轉移到臨時固定碼板和呆舵上，此時下螺母與舵葉間存有離空間隙。繼續拆卸舵桿下螺母，直至螺母還剩50～60 mm沒有完全旋出。

8）用4 個手拉葫蘆在舵葉兩側配合，將承重轉盤穿過維修工藝孔放置在舵桿的正下方，使轉盤的上端面與舵桿的螺母下端面相貼合。然后繼續松出舵桿下螺母使其坐落在承重轉盤上，轉盤隨著螺母轉動而轉動，同時調整掛孔上葫蘆鏈條的松緊，使承重轉盤跟隨螺母平穩地往下運動，當螺母被完全松出時，2.9 t的質量將全部轉移到吊架上。最后將螺母和轉盤一塊放置在舵桿螺母腔中，在舵桿及螺母的螺紋上涂抹牛油做好防護。

9）拆卸舵機前后側液壓油缸的柱塞桿立銷，拆出舵桿上螺母后翻轉180°裝回，預留舵柄的泵松余量約25 mm（比壓緊量多12 mm 以上），使舵桿上螺母的柱塞頭朝上。然后安裝舵桿吊環，用碼頭吊機提升舵桿及舵柄總質量的70%，約50 t。然后用2 個5 t 手拉葫蘆配合將舵柄連同舵桿一起向右旋轉90°，以擺脫柱塞桿的阻礙，方便后續舵柄的拆卸。

10）拆除舵桿吊環，先吊裝哈夫墊塊至舵桿上螺母上，后將頂升筒吊運到位，并在螺母側面接好液壓油管，液壓軟管從頂升筒的側面觀察孔繞出，再與液壓泵連接。

11）按焊接工藝（詳見“2.3 頂升筒與舵機舵柄焊接工藝”）將頂升筒下部焊接在舵柄上端面上，并焊筋板加強，待焊縫完全冷卻后，做磁粉探傷檢查，確保無裂紋缺陷。頂升筒配合液壓頂松舵柄示意圖如圖3所示。

圖3 頂升筒配合液壓頂松舵柄示意圖

12）舵柄被完全頂松后，割除拆卸工裝，拆卸舵桿上螺母，將舵柄吊開移走。并按說明書要求對舵桿舵承體裝置底座進行解體。

13）用吊機緩緩提升舵桿少許后穩住，做好標注，然后液壓泵松舵承體推力盤，使舵承體推力盤與舵桿間的錐體完全脫離。慢慢指揮吊機，將舵桿下放，舵桿臨時插入舵板的錐體孔中，直到舵板錐體孔完全支撐住舵桿的重量為止，卸去碼頭吊機。

14）先吊出舵承體推力盤，然后整體吊出舵承體裝置。

15）再次用碼頭吊機緩緩提升舵桿少許，同時在舵桿下端的螺母腔中用100 t 液壓頂配合頂松舵桿，待舵桿與舵板的錐體孔完全脫離接觸后，將舵桿從艉甲板的工藝孔中吊出，剩下舵葉固定在呆舵上。

2.3 頂升筒與舵機舵柄焊接工藝

1）材質。頂升筒的卷板筒體材質為高強板AH36，舵機舵柄（魚尾）材質為鑄鋼SC480/JIS G5101。

2）按照焊接工藝規程（WPS）準備焊材（AWS E71T-1C）、焊接設備以及加熱烘槍、保溫棉等。

3）先將頂升筒的筒體四周圓孔的側邊進行加強，并檢查筒體內孔圓度完好，確保內孔D1 250±8。

4）吊裝頂升筒到位前，舵桿上螺母、油頂、墊塊等放置到位。

5）清理干凈焊接周圍的雜質、油脂，打磨干凈焊接坡口。

6）打底焊時，將焊縫長度圓周分為12 等份（每份長度約333 mm），采用雙人對稱對角交替的原則，進行預熱、焊接及保溫。

7）預熱溫度至110～130 ℃，層間溫度小于等于130 ℃。

8）打底焊焊接完畢，用保溫棉覆蓋，緩慢降溫至室溫，再清渣、打磨，整體目視外觀檢查，確保無裂紋后，探傷配合檢查。

9）采用多層多道焊，要求每焊一道都徹底打磨干凈焊渣和瑕疵，目視檢查，報驗合格，才能焊接下一道。每道焊后可以用圓頭錘敲擊幫忙減輕收縮應力，但不要敲擊第一道焊和最后一道焊。每層間焊縫方向相反，其接頭起點和終點相互錯開30～50 mm。

10）焊接過程，務必檢查舵桿螺母上部分的溫度，防止舵桿螺母溫度過高（如超過80 ℃），燙壞液壓螺母柱塞的密封O型膠圈。如出現溫度過高的情況，務必停止焊接，待溫度下降后，再繼續焊接。

11）焊后，焊腳高度25 mm，打磨焊縫，目視檢查，無裂紋為止。

12）最后做焊縫探傷檢查，無裂紋為止。

2.4 舵機舵承體裝置基座孔的修復

在舵機舵承體裝置的基座孔上安裝現場鏜孔機，以舵桿管隧下部舵承體的內孔以及上部舵機原舵承體的基座孔為基準，確立舵系的中心線，同時，檢查上部原舵承體的基座孔與上平面的垂直度。以單邊鏜去4～6 mm的總加工量分多刀鏜正、鏜大上部舵機原舵承體的基座孔，要求鏜正后的舵承體的新基座孔表面粗糙度達3.2 μm，圓度及圓柱度≤0.065 mm，座孔中心線偏差≤0.30 mm[1]。復測舵系中心線及新基座孔各加工尺寸，并報驗。

2.5 舵機舵承體裝置鑲套修復

1）舵機舵承體裝置及密封環座外圓的光正。舵機舵承體裝置及其下部密封環座整體上立車，校正非磨損位置的基準面，根據基座孔鏜正后的新孔尺寸，計算確保鑲套的壁厚滿足設計要求，分別光正、光小舵機舵承體裝置及密封環座的軸頸位單邊4～5 mm，使精加工后的軸頸表面粗糙度達3.2 μm，圓度及圓柱度≤0.065 mm，復測舵系中心線及新基座孔各加工尺寸，并報驗。

2）舵機舵承體裝置軸頸位鑲套的預制及加工。

（1）使用厚度30 mm 的不銹鋼（SUS316L）鋼板進行卷制，內外均預留6～8 mm的粗加工裕量。

（2）對接焊縫采用X型坡口，焊材為與SUS316L對應的焊材。

（3）焊接后對接縫進行消火處理，以消除應力。

（4）不銹鋼護套粗加工后，對X型對接焊縫進行拍片探傷和著色探傷檢查。同理，進行密封環座鑲套的預制。

3）舵機舵承體裝置軸頸位鑲套后加工。

（1）根據舵承體新軸頸位的實際尺寸，先精加工與軸頸相配的護套內孔和長度，新護套與新軸頸位配合，采用S6/H7過盈配合。

（2）新護套采用紅套方法安裝，加熱溫度不得超過350 ℃[2]，以防影響材質及其性能。紅套套裝前務必制作好檢驗樣棒，確保過程中有足夠的安裝間隙。

（3）采用立式套裝，準備好2 套紫銅棒、榔頭及厚皮手套等工具，安裝時務必注意安全和快速，到位后再慢慢自然冷卻至室溫。

（4）舵承體再上車床校正，精加工護套外徑與新基座孔配合，取間隙配合d6/H7。

（5）同理，對舵機舵承體裝置下部密封環座外徑進行先加工、后鑲套，再精加工。不同之處在于，由于密封環座為鋼板焊接結構件，為防止紅套過盈量太大對鋼板焊接結構件形狀的影響，新護套與新軸頸位配合，采用r8/H6過盈配合。

2.6 原舵柄錐體孔新增膨脹油槽

1）原舵柄為帶鍵干式結構，質量達10 t，長×寬×高為2 420×1 320×830。

2）為了以后拆裝方便，本次將舵柄改造成帶鍵液壓膨脹式結構?？紤]到液壓膨脹的密封性能，舵柄錐體孔新增3 道大致均勻分布的徑向不閉合環狀膨脹油槽，油槽離鍵邊緣的密封長度不少于120 mm；3 道徑向膨脹油槽中部設置一道軸向的連通油槽；中間徑向膨脹油槽右側鉆有徑向膨脹油道及牙座。

3）3 道徑向環狀膨脹油槽的加工采用大型鏜床進行鏜削：舵柄放置鏜床轉盤，調正舵柄上端面的水平度及錐體孔中心，使之與鏜床轉盤旋轉中心一致，利用快速旋轉的接長軸鏜刀和鏜床轉盤均勻微量旋轉進行配合鏜削；徑向膨脹油道及牙座采用鏜床進行鉆孔及攻牙；連通油槽采用人工劃線后，用圓型磨頭及打磨機慢慢打磨出凹槽。

4）對加工及打磨后的油槽進行精細打磨、拋光，去除毛刺及銳邊銳角，減少應力集中。新增膨脹油槽及油孔示意圖如圖4所示。

圖4 新增膨脹油槽及油孔示意圖

5）利用鏜床慢慢鏜削掉上端面割除頂升筒后的殘余焊渣，最后探傷檢查，至無缺陷為止。

2.7 回裝試驗

按照拆前標記和拆卸時的相反順序，在浮態下順利回裝。最后舵葉零位校正，進行舵系效用試驗，滿足舵機從一舷35°轉至另一舷35°所需時間不大于28 s、連續試驗不小于4 次、轉動時平穩無卡阻等要求[3]。

目前，該船已出廠營運近2 年，據船方反饋，舵機舵承體裝置的隱患已排除，舵系運轉良好。

3 結束語

本文系統論述了大型集裝箱船全懸掛舵的舵機舵承體裝置在浮態下的修復方案，特別對舵葉水上固定、帶鍵干式舵柄拆松、舵桿的拆卸、舵機舵承體裝置鑲套修復的難點進行分析，大大提高了修復該船舵機舵承體裝置的質量和效率，節省了塢期，縮短了船期，對類似舵系工程的方案實施及推廣有指導和參考意義。