船体工艺设计

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

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2005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，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225.5m，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19.00m，重量约6000t；2）新造船体部分的主要尺度：长度202.40m，型宽32.23m，型深20.20m，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3mm~5mm，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。

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。

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。

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）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245m、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。