大型集装箱船建造总结

1前言沪东中华自从2002年在新的船坞为中海集团成功建造第一艘5688TEU集装箱船以来，我们又成功建造了8艘5688TEU集装箱船和7艘4250TEU集装箱船；在去年根据我们对大型集装箱进一步研究和开发的成果，我们又承接了4艘8530TEU集装箱船，打算在明年正式建造，在大型集装箱建造史上取得了又一次突破；目前我们正在向10000TEU箱超大型集装箱开发和建造迈进。短短三年时间，我们将大型集装箱首制船发展成常规产品、拳头产品，为公司近几年连续实现跨越式发展作出了突出贡献。回顾整个建造过程，我们的发展不是一撮而就，而是依靠科学、依靠大家的智慧和技术更新在不断摸索，不断总结和完善的基础上一步一步发展起来的。因此再次总结5688TEU集装箱船和4250TEU集装箱船的成功建造经验，对我们今后进一步建造8530TEU集装箱船和10000TEU箱超大型集装箱以及进一步提高建造速度和建造质量具有非常重要的意义。一.5688TEU和4250TEU集装箱船的船体特点1.线型和结构特点1.1由于航速在25节以上属中速船，所以船体艏艉区水线以下型线狭瘦。艏部为球鼻艏、艉部为球型艉。全船舭部几乎没有平行舯体。平底线区很小，侧面呈一橄榄状。1.2由于要求多装箱，扩大舱内和甲板的箱位面积、甲板面的平均宽度为船宽的0.9倍，所以从船底至甲板的肋骨型线变化很大，机舱后部区的横截面呈带茎的倒裁蒜头状。1.3为n扩大艏楼甲板的堆箱数，甲板宽度放宽后，首部型线“飘展”呈飞鸟状。1.4为扩大装箱，舱内舷及艏部呈台阶形结构。1.5两舷双壳宽度仅为一只集装箱的空间，箱舱的宽度的空间、箱舱的宽度和高度是集装箱的倍数的结构。1.6大开口箱舵的开口为甲板宽度的85％，为甲板长的81％。船的纵向强度由下列结构补偿：①.大厚度、高强度钢舷顶列板；②.大厚度，高强度钢边甲板；③.大厚度，高强度钢纵壁顶板；④.大厚度，高强度钢宽纵骨；⑤.大厚度，高强度钢连续纵向舱口围板。1.7船的横向强度由下列结构补偿：①.任意二舱间的隔离舱壁为双层结构体。②.任意二舱间的横向舱围组成抗扭横梁。③.横向舱围抗扭梁上，设置二层箱高的绑扎桥结构。1.8船体舷部纵向强度由下列结构补偿：2①.双层壳体贯穿所有货舱。②.双层舷部内第二甲板为一舷侧通道一直通向尾绞车甲板。1.9艏楼甲板有高达二层楼高度的防浪板，防止海浪对集装箱的冲击。2.板材加工和制造特点1）板材的特点：①高强度板，等级为32公斤和36公斤（即δs32及δ36）E极板。②船体结构板厚度大。③船体纵骨与外板结向布置、扭曲度（分段的一端对另一端）一般大于17度。④艉柱结构为大直径圆钢。⑤板材线型在艏部和艉部以及机舱区域出现双向弯曲。2）加工特点：①大厚度高强度板材加工采用以“滚”代“压”冷弯曲法。②大厚度板边缘加工采用以“割”代“刨”切割法。③高强度E级钢弯曲热加工采用中温水冷加工法。④型钢（球缘钢或L型钢）纵向扭曲、不进行加工，而采用工艺措施分段二端设侧舱壁强拉硬曲，火工煨法。⑤头龙筋弯成形光顺性，采用降低槽深解决。⑥φ180mm艉柱弯曲成形，采用钢锭分段造法解决。3）分段制造特点：①平直分段采用内壳为基面在“平面分段装焊流水线”上制造。②台阶形分段采用阶梯平台为基面高架反造法，全船分段很少采用传统的正造法。③30mm以上厚度E级高强度板装焊采用预热工艺。④分段建造实施精度造船－零件无余量加工，分段无余量制造，船台无余量搭载，并且精度控制要求高。⑤分段实施全面（铁舾、管舾、电舾）预舾装半成品化。3.中、大合拢特点3.1中合拢（分段组装合拢）特点①全宽型总组较多；②出现多阶梯“U”型总组；③导轨架总组预舾装。④精度控制要求高。3.2总组图册化，安装布置立体化，安装物品清单化。3.3大合拢（船坞搭载）特点1）分段、总段坞内精度（无余量）搭载。2）分段、总段坞内由站位仪全方位定位、控制和检测。3）分段、总组坞内快速搭载工艺应用。4）分段、总段坞内大型化、完整化、精细化搭载、（见XXX总组立体示意图）5）半船体浮态二次定位。4.舾装特点4.1操纵设备方面（航速较高引起）3①舵面水面积及转舵角和转动功率均大于一般散装货轮和邮轮的舵系装置。②艏侧推的功率较大，用来提高操纵性。4.2系泊设备方面（甲板堆箱高度的系数引起）①带缆庄、绞缆车及导缆滚轮的拉力大，故其规格选用比一般船的系泊设备大。4.3防腐舾装方面（远洋、高速地割地磁力密度大引起）①船体水下部分设置的阴极保护装置多。②螺旋浆区、海水吸入箱、侧推器管遂及舵叶的铝阳板的平均电流密度大的铝阳板。4.4集装箱装载装置方面：①具有装箱导轨的导头、导轨及导脚。②具有箱脚锁钮座。③除前三舱外，每舱有绑扎二层集装箱高度的绑扎桥装置④左右二舷缘有箱墩装置。⑤甲板舱口有无序吊装式舱盖。二.4250TEU集装箱船的建造工艺加工工艺1.1由于航速在25节以上属中速船，所以船体艏艉区水线以下型线狭瘦。艏部为球鼻艏、艉部为球型艉。全船舭部几乎没有平行舯体。平底线区很小，侧面呈一橄榄状。1.2由于要求多装箱，扩大舱内和甲板的箱位面积、甲板面的平均宽度为船宽的0.9倍，所以从船底至甲板的肋骨型线变化很大，机舱后部区的横截面呈带茎的倒裁蒜头状。1.3为n扩大艏楼甲板的堆箱数，甲板宽度放宽后，首部型线“飘展”呈飞鸟状。1.4为扩大装箱，舱内舷及艏部呈台阶形结构。1.5两舷双壳宽度仅为一只集装箱的空间，箱舱的宽度的空间、箱舱的宽度和高度是集装箱的倍数的结构。1.6大开口箱舵的开口为甲板宽度的85％，为甲板长的81％。船的纵向强度由下列结构补偿：①.大厚度、高强度钢舷顶列板；②.大厚度，高强度钢边甲板；③.大厚度，高强度钢纵壁顶板；④.大厚度，高强度钢宽纵骨；⑤.大厚度，高强度钢连续纵向舱口围板。1.7船的横向强度由下列结构补偿：①.任意二舱间的隔离舱壁为双层结构体。②.任意二舱间的横向舱围组成抗扭横梁。③.横向舱围抗扭梁上，设置二层箱高的绑扎桥结构。1.8船体舷部纵向强度由下列结构补偿：①.双层壳体贯穿所有货舱。②.双层舷部内第二甲板为一舷侧通道一直通向尾绞车甲板。1.9艏楼甲板有高达二层楼高度的防浪板，防止海浪对集装箱的冲击。1.板材加工和制造特点41）板材的特点：①高强度板，等级为32公斤和36公斤（即δs32及δ36）E极板。②船体结构板厚度大。③船体纵骨与外板结向布置、扭曲度（分段的一端对另一端）一般大于17度。④艉柱结构为大直径圆钢。⑤板材线型在艏部和艉部以及机舱区域出现双向弯曲。2）加工特点：①大厚度高强度板材加工采用以“滚”代“压”冷弯曲法。②大厚度板边缘加工采用以“割”代“刨”切割法。③高强度E级钢弯曲热加工采用中温水冷加工法。④型钢（球缘钢或L型钢）纵向扭曲、不进行加工，而采用工艺措施分段二端设侧舱壁强拉硬曲，火工煨法。⑤头龙筋弯成形光顺性，采用降低槽深解决。⑥φ180mm艉柱弯曲成形，采用钢锭分段造法解决。3）分段制造特点：①平直分段采用内壳为基面在“平面分段装焊流水线”上制造。②台阶形分段采用阶梯平台为基面高架反造法，全船分段很少采用传统的正造法。③30mm以上厚度E级高强度板装焊采用预热工艺。④分段建造实施精度造船－零件无余量加工，分段无余量制造，船台无余量搭载，并且精度控制要求高。⑤分段实施全面（铁舾、管舾、电舾）预舾装半成品化。2.中、大合拢特点3.1中合拢（分段组装合拢）特点①全宽型总组较多；②出现多阶梯“U”型总组；③导轨架总组预舾装。④精度控制要求高。3.2总组图册化，安装布置立体化，安装物品清单化。3.3大合拢（船坞搭载）特点1）分段、总段坞内精度（无余量）搭载。2）分段、总段坞内由站位仪全方位定位、控制和检测。3）分段、总组坞内快速搭载工艺应用。4）分段、总段坞内大型化、完整化、精细化搭载、（见XXX总组立体示意图）5）半船体浮态二次定位。3.舾装特点4.1操纵设备方面（航速较高引起）①舵面水面积及转舵角和转动功率均大于一般散装货轮和邮轮的舵系装置。②艏侧推的功率较大，用来提高操纵性。4.2系泊设备方面（甲板堆箱高度的系数引起）①带缆庄、绞缆车及导缆滚轮的拉力大，故其规格选用比一般船的系泊设备大。54.3防腐舾装方面（远洋、高速地割地磁力密度大引起）①船体水下部分设置的阴极保护装置多。②螺旋浆区、海水吸入箱、侧推器管遂及舵叶的铝阳板的平均电流密度大的铝阳板。4.4集装箱装载装置方面：①具有装箱导轨的导头、导轨及导脚。②具有箱脚锁钮座。③除前三舱外，每舱有绑扎二层集装箱高度的绑扎桥装置④左右二舷缘有箱墩装置。4.⑤甲板舱口有无序吊装式舱盖。由于大型集装箱船船体主甲板以下除艏、艉柱外，其余部分板材均为AH、DH或EH高强度材料，钢板厚度达40-60mm，主机机座面板厚度为75mm。我们即将建造的8530TEU大型集装箱船厚板达68mm，主机机座面板厚度为80mm。因此，对大型集装箱船船体加工依据我们传统的加工方式要求解决四个方面的问题：·由于钢板较厚和过渡性坡口较多，所以以传统刨边的工艺已满足不了生产的需要，要求对开坡口的技术进行革新。·要求研制高强度厚板成形加工工艺。·要求研制高强度大型材成形加工工艺。·要求研制大直径艉柱的弯曲加工工艺针对上述四个问题，我们以5668TEU集装箱船为依托进行了以下研究，并取得了较大的突破：1.1大坡口加工技术的研究以割代刨，（经过研究和多次试验，采用KT-160黄鼠狼半自动切割机4#割嘴，氧—丙烯中性火焰，氧气压力8kg/cm2，分二次切割，第一次作预热初割，预留6mm根；第二次精割时预热温度不底于600℃。最后切割表面光洁度高于规范要求），不仅解决了厚板开坡口和过渡坡口的问题，而且使坡口加工速度大大提高，坡口的光洁度不需打磨就能达到要求。如下图所示：6去流段中间段熔割段图3.1具体步骤：①型号KT—160（多向黄鼠狼切割机）进行改装，将割矩丝杆接长70mm，下加带滚轮支架；②将零件翻身，坡口一定要朝下割；③割缝进行预热，预热的方法是先割一斜刀，预留量为5~10mm，温度不低于700℃，再割一刀正足，切割面必然光洁；切割参数如下：氧气压力：8kg/cm2割嘴喉径：D=1.75mm切割速度：V=150mm/min1.2高强度厚板成形加工工艺的研究对于板厚≥31mm，弯曲度≤1350mm时的高强度厚板，在没有大型液压设备的情况下，我们通过研制，采用火焰烘煨，温度应＜850℃，空冷成形；或用水冷却，烘煨温度应在空冷至500℃以下时浇水成形，成功解决了高强度厚板成形的加工工艺；对于艏部和艉部具有球形双曲度的外板在纵向有反“S”弯势，最好在正弯势与反弯势交界处一分为二。1.3高强度大型材成形加工工艺的研究对于弯曲度≤60mm/12000范围内的大型型材，我们用200t撑床顶弯，支点间距为1800mm；对弯曲度＞60mm/12000范围的大型型材用数控套料划线，半自动切割机切割成形，最终解决了高强度大型型材成形的加工工艺。1.4大直径艉柱的弯曲加工工艺的研究以5668TEU船为例，我们为Ф180mm的艉柱加工选择了几种加工方法进行试验，最终确定采用锻打的方法使5668TEU船艉柱加工成形。具体示例如下：7⑴规格：Φ180mm×(7000mm+4500mm)⑵材质：20#钢，相当于船用钢板“A”级钢⑶形态：如下图如示（弦长3900mm,弯曲度为1022mm）图3.2⑷热弯方法：用钢锭在辐射炉中加热锻打，依铁样候样⑸修整方法：用中性焰火工龙头矫正其扭曲度和弯曲度。借助200t电动油泵，工作量5天，依据内卡铁样修整。⑹根据5688TEU和4250TEU制作的经验，艉柱划分时每段长度最好不大于2000mm，便于今后锻打成形。上述四个工艺的研制成功，为我们大集装箱船舶的建造创造了良好的开端。5.分段制造大型集装箱船分段建造的难点主要在AB02分段（艉轴孔）、HB09分段（艏侧推）和大屏幅横舱壁，另外我们还开展了分段片状化制造、活络胎架应用的研究和实施以及分段脚手架架设方法的改进，使分段制造精度进一步得到提高，进一步减少分段脚手架架设和拆除时间，分段制造周期进一步缩短和得