CN104908886A - 一种船舶节能鳍板的安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶节能鳍板的安装方法，该方法对节能鳍安装区域的艉轴毂外板轮廓线型进行实测，利用实测线型以及鳍板的安装角度求出鳍板在艉轴轮廓上的初步安装位置线，并利用该线型将鳍板的余量进行提前割除；再通过空间三维向量的坐标运算，编制鳍板偏差的控制程序，将全站仪测量的鳍板点三维坐标与鳍板的定位偏差进行关联，实时跟踪并且指导鳍板的定位，对鳍板进行焊前加强以及制定合理的焊接工艺程序，利用鳍板定位偏差控制程序，将焊接对鳍板安装影响调整在可控范围之内。本发明的安装方法最大程度地缩短了船坞阶段节能鳍定位安装时间，能有效缩短新建船舶的船坞周期以及修船的坞修周期，从而有效节省船舶的建造或者坞修费用。

Description

一种船舶节能鳍板的安装方法

技术领域

本发明涉及一种节能鳍的安装方法，特别是涉及高方形系数的大型VLCC（大型油轮）、VLOC（大型矿砂船）、散货船的节能鳍安装方法。

背景技术

为应对能源危机，各造船国家都掀起了开发和应用船舶水动力节能装置的技术浪潮。节能鳍的工作原理是通过节能鳍上的鳍叶对浆伴流场的干涉作用，使得原先围绕浆毂随螺旋桨旋转的水流方向发生变化，使螺旋桨毂涡消失，消除毂涡所引起的诱导阻力，对螺旋桨有整流作用，致尾流旋转速度减小、桨后轴向加速度增大；消涡鳍小叶产生扭力降底螺旋桨扭矩并产生推力，螺旋桨推进效率可以提高2.0%～3.0%。

节能鳍的安装精度要求很高，安装难度大，特别是船坞阶段安装节能鳍，安装过程中不能进行任何的轴系作业，快速的进行节能鳍的定位安装，并且在快速安装过程中保证节能鳍的安装精度，才能实现船舶建造周期的缩短，并且保证船舶在营运过程中的节能效果。

发明内容

为解决现有技术中节能鳍安装周期长，安装精度低，影响船舶的建造周期以及船舶营运过程中的节能效果不佳的问题，本发明提出一种创新的节能鳍安装方法。本发明的节能鳍安装方法要能够缩短船舶的建造周期，并能提高鳍板的安装精度。

为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：

一种船舶节能鳍板的安装方法，包括以下步骤：

（1）艉轴毂外板轮廓线型实测：编制测量表格，通过实测艉轴毂外板轮廓肋位线型，得到外板轮廓肋位真实数据，利用CAD软件重新绘制实测的外板轮廓线型；

（2）鳍板中线面与艉轴毂外板轮廓交线放样：参照鳍板安装位置，将鳍板中线面在艉轴轮廓肋位线型上进行放样，求出相贯线与肋位线型的交点坐标，最终在实船的艉轴轮廓上划出安装位置线；

（3）确定鳍板定位标记点坐标：在鳍板上确定好定位标记点，根据鳍板的安装位置，利用空间向量公式计算标记点三维坐标；

（4）制作划线钢板：将重新绘制的艉轴毂外板轮廓线型，导入到TRIBON软件集成系统中得到切割划线程序，利用等离子数控切割机制作划线钢板；

（5）平台阶段修割鳍板余量：利用划线钢板，根据节能鳍的设计安装位置要求，固定于胎架上、将艉轴毂外板轮廓线型反投影至鳍板上，得到鳍板与艉轴轮廓的相贯线，参照该相贯线修割鳍板余量；

（6）编制鳍板定位偏差控制程序：利用空间向量计算方法，得出鳍板的定位偏差公式，编制计算偏差程序；

（7）鳍板船坞阶段定位：利用标记点的定位数据及偏差计算程序，将鳍板吊入船坞进行定位，采用加强方案对鳍板进行焊前加强；

（8）鳍板焊接：严格按照焊接工艺，利用偏差控制程序，指导焊接顺序，确保鳍板的安装精度。

在上述的步骤（1）中，为了尽可能精确的得到艉轴外板轮廓线型，鳍板安装区域的每个肋位均应设置测量点，线型变化较大的区域应增加半肋位测量点。

在步骤（1）中，更进一步的测量点确定时，根据艉轴毂外板轮廓的理论线型特点作出45°线，45°线靠近船体中心线区域作出纵剖线，45°线远离船体中心线区域作出水线，每一组纵剖线和水线与理论线型交点的位置即为测量点，利用测量工具测量出每一个测量点的三维坐标，在测量工作结束后将所有测量点的三维坐标导入CAD软件中进行艉轴外板轮廓线型的拟合，在此过程中多次测量剔除掉突变的测量点坐标以减少观测误差，最后得到可用的实测艉轴轮廓线型图。

在上述的步骤（3）中，在鳍板中线面上取四个标记点（MARK点），四个标记点中任意三个标记点不共面。

在上述的步骤（5）中，鳍板在胎架上的位置应与理论安装位置进行对比，精度允许偏差为1mm。

在上述步骤（6）中，所述的空间向量计算方法是指：节能鳍顶板距离艉轴中心线的允许偏差可以转化为空间向量中异面直线BC与船长方向X轴之间的距离偏差，节能鳍艉端面棱边与船体中心线的夹角允许偏差可以转化为空间向量中直线AB与X轴的夹角偏差，节能鳍自身中线面与轴系中心线的夹角允许偏差可以转化为X轴与平面ABC的夹角允许偏差，通过空间向量三维坐标计算公式编制鳍板定位偏差计算软件。

在上述的步骤（7）中，为了控制焊接对鳍板定位精度的影响，加强方案为每两块鳍板之间，均应设置两道加强角钢。

在上述的步骤（8）中，当鳍板定位偏差大于3mm时，需要调整焊接顺序来减小焊接对定位精度的影响。

基于上述技术方案，本发明的节能鳍安装方法与现有技术相比具有如下技术优点：

1. 本发明的节能鳍安装方法利用实测艉轴轮廓线型，实现了鳍板余量的预先修正，使鳍板无余量下坞，最大程度地缩短了鳍板安装过程中修割余量所耗费的大量时间，最大程度地缩短了船舶的建造周期。

2. 本发明的节能鳍安装方法通过利用空间三维向量的计算原理，将全站仪采集的节能鳍标记点坐标与节能鳍定位偏差进行关联，实现了鳍板定位偏差的实时跟踪，将鳍板的精度偏差控制在可控范围之内，提高了鳍板的安装精度。

3. 本发明方法中所采用的焊接加强以及装焊工艺，可以保证鳍板的安装精度，并且在装焊过程中可实时调整顺序，将焊接工艺对鳍板定位安装的影响降至最低。

附图说明

图1为本发明的节能鳍装置安装位置示意图。

图2为本发明的艉轴毂轮廓线型测量点示意图。

图3 为本发明的鳍板中线面在轴毂轮廓线型图上的交线。

图4 为本发明的鳍板安装定位参考线。

具体实施方式

下面我们结合附图及具体实施例来对本发明节能鳍的安装方法作进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解其操作流程和实施工艺，但不能以此来限制本发明专利的保护范围。

如附图1所示，节能鳍是由5块鳍板组成的预漩涡装置，分别记载为P1、P2、S3、S2、S1，5块鳍板不仅在圆周方向上各有角度，每块鳍板与自身中轴线角度也各不相同。

在实施例中，本发明方法主要包括以下详细步骤：

第一步，艉轴毂外板轮廓线型实测：如附图2所示，根据艉轴毂外板轮廓的理论线型特点作出45°线，在45°线靠近船体中心线区域作出纵剖线，在45°线远离船体中心线区域作出水线，每一组纵剖线和水线与理论线型交点的位置即为测量点。利用全站仪或其他测量工具测量出每一个测量点的三维坐标，在测量工作结束后将所有测量点的三维坐标导入CAD软件中进行艉轴毂外板轮廓线型的拟合，在此过程中，多次测量剔除掉突变的测量点坐标，从而减少观测误差，得到可用的实测艉轴轮廓线型图。

第二步，鳍板中线面与艉轴毂外板轮廓线型交线放样：参照附图1中节能鳍的位置，对鳍板中线面在艉轴毂外板上的投影轮廓进行放样，连成光顺的曲线，如附图3所示，图3中的标号1处为鳍板P1中线面投影，标号2处为鳍板P2中线面投影，标号3处为鳍板S3中线面投影，标号4处为鳍板S2中线面投影，标号5处为鳍板S1中线面投影，十字线中的横线为轴系中心线7，竖线为船体中心线6。找到每个肋位线型与鳍板中线面在艉轴毂外板上投影线交点的坐标，利用全站仪或者其他测量工具，返回到实船艉轴毂外板上进行打点，做好显著标记并连成光顺的曲线，如附图4所示，图中是鳍板S2为例做出的划线，以S2中线面投影线5作为鳍板安装的定位参考线，其他四块鳍板的定位参考线也是此方式划出。

第三步，确定鳍板定位点坐标：在P1、P2、S3、S2和S1这5块鳍板的中线面上分别取四个点，四个点中要求任意三个点不共线，根据鳍板预定的定位角度，利用空间几何关系，计算标记点的定位坐标。

 以鳍板S2为例，鳍板S2上的三个标记点A、B、C现场测量的定位坐标值为                                                ,,,空间三点A、B、C处于鳍板的中线面内，该三个点就能够唯一确定鳍板S2的位置。

第四步，制作划线钢板：将绘制好的艉轴毂外板轮廓线型图以DXF（数据文件格式）文件形式导入到TRIBON NESTING（TRIBON软件集成系统）模块，制作数控划线程序。选取一块合适大小的钢板，预处理并涂上防锈底漆，利用数控切割机对钢板进行数控划线。

第五步，鳍板平台阶段修割余量：将第四步中提到的划线钢板放置于平台上，钢板四周用马板与平台预埋铁烧牢，在平台上开设出用于定位鳍板的地线，设置好高度基准标杆，并在地坪上制作简易胎架，将第三步中提到的定位标记点坐标对准地线上的相应定位点，要求偏差＜1mm，检测精度合格之后将鳍板在简易胎架上烧焊固定。将划线钢板上实测的艉轴毂外板轮廓线反投影至鳍板的高度线上，得到鳍板与艉轴毂轮廓的交线，用光顺的曲线连接，作为鳍板的余量修割线，并对坡口进行打磨。

第六步，鳍板定位偏差控制程序：节能鳍顶板距离艉轴中心线的允许偏差可以转化为空间向量中异面直线BC与船长方向X轴之间的距离偏差，节能鳍艉端面棱边与船体中心线的夹角允许偏差可以转化为空间向量中直线AB与X轴的夹角偏差，节能鳍自身中线面与轴系中心线的夹角允许偏差可以转化为X轴与平面ABC的夹角允许偏差，通过空间向量三维坐标计算公式，利用VB等编程工具编制鳍板定位偏差计算软件，实现输入鳍板标记点的定位坐标，就能立刻得到定位偏差的效果。

以鳍板S2上的三个标记点A、B、C为例，其现场测量的定位坐标值分别为,,,其定位偏差可以通过如下空间向量计算得出：

节能鳍板艉端面棱边与艉轴端面距离允许偏差：

节能鳍顶板距离艉轴中心线距离允许偏差：

节能鳍板艉端面棱边与船体中心线的夹角允许偏差：

第七步：鳍板船坞阶段定位：将鳍板吊装到艉轴毂外板的安装位置，，参照图4中艉轴毂外板上的投影线进行初步定位，用全站仪实时监控鳍板上标记点的定位坐标值，利用第六步中的定位偏差控制程序获得实时的偏差数值，适当修正鳍板并对其位置进行调整，使鳍板最终满足精度要求。

第八步：鳍板焊接：鳍板定位满足偏差要求以后，利用定位马板将其与船体进行固定，利用工艺马板，角钢、槽钢将鳍板之间进行工艺加强，最下方的两块鳍板与拉线照光平台进行焊接。单块鳍板采用逐步退焊法进行焊接，焊接过程应实时跟踪鳍板标记点的定位坐标数据，当精度超过3mm时，应及时调整焊接顺序，使得鳍板的定位精度恢复到正常范围，焊接完成之后，拆除加强材与吊马，将焊缝打磨光顺，最后提交5块鳍板的标记点坐标，利用第六步中给出的定位偏差控制程序计算出鳍板的最终安装偏差值。

以上内容描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。上述实施例仅例示性说明本发明的技术原理及其功效，而非对本发明权利保护的限制。

Claims (8)

1.一种船舶节能鳍板的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）艉轴毂外板轮廓线型实测：编制测量表格，通过实测艉轴毂外板轮廓肋位线型，得到外板轮廓肋位真实数据，利用CAD软件重新绘制实测的艉轴毂外板轮廓线型；

（2）鳍板中线面与艉轴毂外板轮廓交线放样：参照鳍板安装位置，将鳍板中线面在艉轴轮廓肋位线型上进行放样，求出相贯线与肋位线型的交点坐标，最终在实船的艉轴轮廓上划出安装位置线；

（3）确定鳍板定位标记点坐标：在鳍板上确定好定位标记点，根据鳍板的安装位置，利用空间向量公式计算标记点三维坐标；

（4）制作划线钢板：将重新绘制的艉轴毂外板轮廓线型，导入到TRIBON软件集成系统中得到切割划线程序，利用等离子数控切割机制作划线钢板；

（5）平台阶段修割鳍板余量：利用划线钢板，根据节能鳍的设计安装位置要求，固定于胎架上、将艉轴毂外板轮廓线型反投影至鳍板上，得到鳍板与艉轴轮廓的相贯线，参照该相贯线修割鳍板余量；

（6）编制鳍板定位偏差控制程序：利用空间向量计算方法，得出鳍板的定位偏差公式，编制计算偏差程序；

（7）鳍板船坞阶段定位：利用标记点的定位数据及偏差计算程序，将鳍板吊入船坞进行定位，采用加强方案对鳍板进行焊前加强；

（8）鳍板焊接：严格按照焊接工艺，利用偏差控制程序，指导焊接顺序，确保鳍板的安装精度。

2.根据权利要求1所述的一种船舶节能鳍板的安装方法，其特征在于，所述步骤（1）中，鳍板安装区域的每个肋位均设置有测量点，在线型变化较大的区域增加有半肋位测量点。

3. 根据权利要求2所述的一种船舶节能鳍板的安装方法，其特征在于，根据艉轴毂外板轮廓的理论线型特点作出45°线，45°线靠近船体中心线区域作出纵剖线，45°线远离船体中心线区域作出水线，每一组纵剖线和水线与理论线型交点的位置即为测量点，利用测量工具测量出每一个测量点的三维坐标，在测量工作结束后将所有测量点的三维坐标导入CAD软件中进行艉轴外板轮廓线型的拟合，在此过程中多次测量剔除掉突变的测量点坐标以减少观测误差，最后得到可用的实测艉轴轮廓线型图。

4. 根据权利要求1所述的一种船舶节能鳍板的安装方法，其特征在于，所述步骤（3）中，在鳍板中线面上取四个标记点，四个标记点中任意三个标记点不共面。

5. 根据权利要求1所述的一种船舶节能鳍板的安装方法，其特征在于，所述步骤（5）中，鳍板在胎架上的位置应与理论安装位置进行对比，精度允许偏差为1mm。

6. 根据权利要求1所述的一种船舶节能鳍板的安装方法，其特征在于，所述步骤（6）中，所述的空间向量计算方法是指：节能鳍顶板距离艉轴中心线的允许偏差可以转化为空间向量中异面直线BC与船长方向X轴之间的距离偏差，节能鳍艉端面棱边与船体中心线的夹角允许偏差可以转化为空间向量中直线AB与X轴的夹角偏差，节能鳍自身中线面与轴系中心线的夹角允许偏差可以转化为X轴与平面ABC的夹角允许偏差，通过空间向量三维坐标计算公式编制鳍板定位偏差计算软件。

7. 根据权利要求1所述的一种船舶节能鳍板的安装方法，其特征在于，所述步骤（7）中，所述的加强方案为在每两块鳍板之间均应设置两道加强角钢。

8. 根据权利要求1所述的一种船舶节能鳍板的安装方法，其特征在于，所述步骤（8）中，当鳍板定位偏差大于3mm时，需调整焊接顺序来减小焊接对定位精度的影响。