一种船舶尾柱的制作方法

1.本发明涉及一种船舶尾柱。


背景技术：

2.尾柱是船体最后端用以连接两侧外板和龙骨的构件，包括螺旋桨柱10、舵柱11和尾框底骨12等；它承受舵和螺旋桨的重量以及螺旋桨工作时振动和转舵时的力矩。尾柱的型式与舵的类型和螺旋桨的数量有关。对于常规船舶，如：油船和散货船，通常仅安装一只螺旋桨；而对操纵性有特殊要求的船舶，才安装两个及两个以上的螺旋桨，如工程船、军用舰艇，因此，常规船舶上尾柱的型式仅与舵的类型有关。现有中建造的船舶，有的船上使用的舵是多支承舵，这种船上的尾柱结构不仅有螺旋桨柱，而且还有舵柱和尾框底骨，如附图1所示。有的船上使用的舵是双支承舵，因此尾柱结构中不再需要设置舵柱了，尾柱结构相对较为简单，如附图2所示。
3.为了减少船舶航行时水的阻力，船尾的线形都比较尖瘦，尤以尾柱处的线形更加突出。以前船厂由于受加工设备的限制，尾柱处的外板加工相当困难，经常出现加工不到位，或加工过度，因此船厂往往将尾柱采用铸造方法成型，如附图3所示。尾柱铸造虽然解决了外板加工困难的问题，但铸造成本高，花费大，很不经济。对于大型船舶，尾柱体型庞大，已无法使用铸造方式成型。目前，大型船舶的尾柱都是采用钢板加工制成的，仅在螺旋桨轴出口处安装了一个铸钢件，即后轴壳(轴殻13)，使用的舵为半悬挂舵，舵的支承用挂舵臂14，因此尾柱结构中也不再需要设置尾框底骨12，如附图4所示。为了减小水的阻力，提高船舶能效，大型船舶的尾柱线型变得越来越瘦削，如附图5所示。瘦削的尾柱，线形变化急、曲面拐点多、内部空间小，外板加工和现场施焊都很困难。
4.为了解决尾柱外板加工困难的问题，现在大型船舶的尾柱外板都是从中纵剖面处分为左右两部分，分别加工成型，然后再在分段制造阶段进行拼接。由于尾柱结构内部空间狭小，施工操作困难，尾柱外板15的拼接现多采用外表面一侧开v型坡口，内表面一侧用直径为12mm的圆钢16作钢质衬垫，利用单面焊双面成型技术将中纵剖面两侧的外板15连接起来，如附图6a和6b所示。这种焊接接头的优点是结构简单，单面焊双面一次成型。但有两个缺点，一个是：由于内部空间窄小，在中纵剖面上无法设置强结构支撑外板，尾柱结构强度较差，抗振性不良,在螺旋桨的激振力作用下容易引起船体尾部振动，进而影响到主甲板上的居住舱室，导致部分居住舱室的振动指标超过标准要求。另一个是：在船体内部，直径12mm的圆钢与两侧外板之间存在间隙，间隙内部无法涂装，由于受空间限制这个间隙又无法通过焊接封堵起来，因尾柱所在位置是尾轴冷却水舱(尾尖舱)，这样水将进入圆钢16与外板15之间的间隙，腐蚀间隙内的焊缝、外板和圆钢，如附图6b所示。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中尾柱刚性差、不便于焊接的缺陷，提供一种船舶尾柱。
6.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
7.一种船舶尾柱，其特点在于，所述尾柱包括外板、轴毂和圆钢，所述轴毂的一端伸出所述外板外，用于连接船舶的螺旋桨；所述圆钢沿着所述外板的外轮廓线延伸；所述外板包括第一外板和第二外板，所述第一外板的端面和所述第二外板的端面分别与所述圆钢的外壁连接，所述圆钢的直径大于所述第一外板或所述第二外板的壁厚。
8.在本方案中，通过增设圆钢连接第一外板和第二外板，并作为外板的轮廓线，能够增加尾柱的刚性，提高尾柱的强度和抗振性能。并且，圆钢的直径大于第一外板和第二外板的直径，而且第一外板的端面和第二外板的端面与圆钢的外壁连接，使得外板的尾端连接位置前移，也即从原来的中纵剖面连接位置移至与圆钢外缘相切的位置，增大了船体内部操作空间，有效地改善了施工的工艺性。另外，圆钢取代了一部分外板，相应地，外板尺寸有所减小，因此降低了外板的加工难度，尤其是尾部具有双向曲度的外板。以及，将圆钢与尾柱外板外轮廓线重合，达到了不改变中纵剖面的线型，也不改变尾部空间尺寸的效果。而且还能相应地改善尾轴冷却水舱内的涂装质量，提高船舶构件的防腐性能。
9.较佳地，所述圆钢的直径为所述第一外板或所述第二外板的壁厚的四至五倍。
10.在本方案中，圆钢的直径为第一外板或第二外板壁厚的四至五倍，一方面能够增强尾柱的刚度，另一方面也能够使得第一外板和第二外板与尾柱连接时，能够平滑地焊接与其上，从外板至圆钢的焊缝能够平顺地延伸，提升连接强度。
11.较佳地，所述第一外板和所述第二外板对称设置于所述圆钢的两侧，且所述第一外板的延长线和所述第二外板的延长线交汇后的交叉点与所述圆钢的外边缘轮廓重合。
12.在本方案中，第一外板和第二外板延长线的交叉点落在圆钢的轮廓线上，能够使得外板的外轮廓与之前的基本一致，使得圆钢不但与外板轮廓线重合，达到了不改变中纵剖面的线型，也不改变尾部空间尺寸的效果；并且第一外板和第二外板相对的位置也与原有一致，简化工艺。
13.较佳地，所述第一外板和所述第二外板与所述圆钢连接的端面均设有第一坡口，所述第一坡口的尖端与所述圆钢相对；且所述第一外板的尖端或所述第二外板的尖端与所述圆钢之间具有预设距离，所述尖端的两侧分别与所述圆钢焊接，且所述第一外板和所述第二外板与所述圆钢的焊接为全熔透焊接。
14.在本方案中，通过在第一外板和第二外板的端面设置第一坡口，在焊接时可以在尖端的两侧进行焊接，并且尖端与圆钢之间具有一定距离，从而一方面能够提升焊接后的稳定性，另一方面也使得第一外板和第二外板能够与圆钢全熔透焊接，提升焊接的刚性。
15.较佳地，所述第一外板的尖端或所述第二外板的尖端与所述圆钢之间的预设距离范围为4mm～6mm。
16.较佳地，所述尖端处于所述第一外板或所述第二外板的三分之一壁厚处，且所述尖端靠近所述外板的内侧；所述第一坡口的角度范围为40
°
～45
°
。
17.较佳地，所述尾柱还包括尾轴冷却水舱，所述轴毂与所述螺旋桨连接的端部为铸钢件；所述圆钢包括相对设置的第一端面和第二端面，所述第一端面与所述铸钢件的端面连接，所述第二端面与所述尾轴冷却水舱的舱顶连接。
18.在本方案中，轴毂的端部为铸钢件，从而能够保证与螺旋桨连接的强度和精度，圆钢连接于铸钢件和尾轴冷却水舱的舱顶之间，从而能够提升尾柱的结构强度。
19.较佳地，所述第一端面设有第二坡口，所述铸钢件与所述圆钢连接的端面设有第三坡口，所述第二坡口的尖端和所述第三坡口的尖端相对设置，且所述第二坡口和所述第三坡口之间具有间隙，通过所述间隙以将所述圆钢和所述铸钢件全焊透连接。
20.在本方案中，圆钢与铸钢件连接端面具有第二坡口，铸钢件与圆钢连接端面相应设有第三坡口，第二坡口和第三坡口之间形成间隙，该间隙分布于第二坡口和第三坡口的尖端两侧，从而能够使得圆钢和铸钢件全焊透连接，连接强度高。
21.较佳地，所述圆钢与所述尾轴冷却水舱的舱顶采用深熔焊连接，所述第二端面设有第四坡口，所述第四坡口的深度为所述圆钢直径的三分之一，所述第四坡口的角度范围为30
°
～35
°
。
22.在本方案中，通过在圆钢与尾轴冷却水舱的舱顶的连接端面设置第四坡口，在实际实施时，第四坡口朝向外板的内侧，从而使得圆钢能够与舱顶焊接成一体，而且圆钢的曲面弧度向外侧延伸，在内侧也更方便焊接。
23.较佳地，所述尾柱还包括中纵舱壁，所述中纵舱壁设置于所述第一外板和所述第二外板之间，且伸出所述第一外板和第二外板外；所述第一外板和所述第二外板与所述中纵舱壁的连接端设有第五坡口，且所述第五坡口朝向下侧；所述第一外板和所述第二外板分别通过各自的所述第五坡口与所述中纵舱壁全熔透焊接；以及，所述第一外板和所述第二外板的上侧均与所述中纵舱壁焊接。
24.在本方案中，第五坡口朝向下侧，能够便于焊接；并且第五坡口也有利于第一外板和第二外板与中纵舱壁全熔透焊接，提升焊接强度。以及，第一外板和第二外板的上侧还与中纵舱壁焊接，能够进一步提升外板与中纵舱壁焊接后的连接强度。
25.较佳地，所述圆钢通过压制形成所述外轮廓线形状。
26.较佳地，所述尾柱内还设有水平平台板，所述圆钢与所述水平平台板采用角焊连接。
27.本发明的积极进步效果在于：通过增设圆钢连接第一外板和第二外板，并作为外板的轮廓线，能够增加尾柱的刚性，提高尾柱的强度和抗振性能。并且，圆钢的直径大于第一外板和第二外板的直径，而且第一外板的端面和第二外板的端面与圆钢的外壁连接，使得外板的尾端连接位置前移，也即从原来的中纵剖面连接位置移至与圆钢外缘相切的位置，增大了船体内部操作空间，有效地改善了施工的工艺性。另外，圆钢取代了一部分外板，相应地，外板尺寸有所减小，因此降低了外板的加工难度，尤其是尾部具有双向曲度的外板。以及，将圆钢与尾柱外板外轮廓线重合，达到了不改变中纵剖面的线型，也不改变尾部空间尺寸的效果。
附图说明
28.图1为现有技术中具有单螺旋桨和多支承舵的船上的尾柱；
29.图2为现有技术中具有单螺旋桨和双支承舵的船上的尾柱；
30.图3为现有技术中铸钢尾柱的结构示意图；
31.图4为现有技术中常规船舶上的尾柱；
32.图5为现有技术中尾柱处的外板线型；
33.图6a为图5中v
‑
v处的截面示意图；
34.图6b为图6a中w
‑
2处的局部示意图；
35.图7为本发明实施例提供的一种尾部总布置情况；
36.图8为图7中尾部的中纵剖视图；
37.图9为本发明实施例提供的尾柱的结构示意图；
38.图10为图9中a
‑
1处的结构示意图；
39.图11为图9中b处的局部放大示意图；
40.图12为本发明实施例提供的外板与圆钢处的剖视图；
41.图13为本发明实施例提供的外板与中纵舱壁处的剖视图。
42.附图标记说明
43.螺旋桨柱 10
44.舵柱 11
45.尾框底骨 12
46.轴毂 13
47.挂舵臂 14
48.外板 15
49.圆钢 16
50.尾尖舱 21
51.尾轴冷却水舱 22
52.螺旋桨 23
53.中纵舱壁 25
54.尾轴管 26
55.铸钢件 27
56.第一外板 161
57.第二外板 162
58.中纵舱壁 28
具体实施方式
59.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
60.如图7和图8示，为现有技术中一种船舶的尾部总布置情况图，本发明结合该现有技术中船舶的尾部总布置图，阐述对该尾部结构进行改进和设计的过程。如图7所示，该尾部结构包括尾尖舱21、尾轴冷却水舱22、螺旋桨23和挂舵臂14，尾尖舱21设置于尾轴冷却水舱22的上端，螺旋桨23连接于尾轴冷却水舱22的一侧，尾尖舱21的一侧设有挂舵臂14，挂舵臂14上连接有舵；外板15包覆于尾尖舱21和尾轴冷却水舱22的外侧。如图8所示，为该尾部结构的中纵剖示意图，包括尾柱及尾柱周边的船体结构；其中，尾柱内设有尾轴管26，尾轴管26的一端为与螺旋桨23连接的一端，其可以为圆形端面。
61.本发明实施例提供了一种船舶尾柱，如图9所示，尾柱包括外板15、轴毂13和圆钢16，轴毂13的一端伸出外板15外，用于连接船舶的螺旋桨23；圆钢16沿着外板15的外轮廓线延伸；外板15包括第一外板161和第二外板162，第一外板161的端面和第二外板162的端面
分别与圆钢16的外壁连接，圆钢16的直径大于第一外板161或第二外板162的壁厚。通过增设圆钢16连接第一外板161和第二外板162，并作为外板15的外轮廓线，能够增加尾柱的刚性，提高尾柱的强度和抗振性能。并且，圆钢16的直径大于第一外板161和第二外板162的直径，而且第一外板161的端面和第二外板162的端面与圆钢16的外壁连接，使得外板15的尾端连接位置前移，也即从原来的中纵剖面连接位置移至与圆钢16外缘相切的位置，增大了船体内部操作空间，有效地改善了施工的工艺性。另外，圆钢16取代了一部分外板15，相应地，外板15尺寸有所减小，因此降低了外板15的加工难度，尤其是尾部具有双向曲度的外板15。以及，将圆钢16与尾柱外板15外轮廓线重合，达到了不改变中纵剖面的线型，也不改变尾部空间尺寸的效果。
62.作为一种较佳地实施方式，如图9所示，尾柱还包括尾轴冷却水舱22，轴毂13与螺旋桨23连接的端部为铸钢件27；圆钢16包括相对设置的第一端面和第二端面，第一端面与铸钢件27的端面连接，第二端面与尾轴冷却水舱22的舱顶连接。轴毂13的端部为铸钢件27，从而能够保证与螺旋桨23连接的强度和精度，圆钢16连接于铸钢件27和尾轴冷却水舱22的舱顶之间，从而能够提升尾柱的结构强度。
63.如图10所示，为图9中a
‑
1处的剖视图，外板15的上端与圆钢16连接，并且外板15包覆于铸钢件27的一侧。
64.作为一种较佳地实施方式，如图11所示，为图9中局部放大图，第一端面设有第二坡口，铸钢件27与圆钢16连接的端面设有第三坡口，第二坡口的尖端和第三坡口的尖端相对设置，且第二坡口和第三坡口之间具有间隙，通过间隙以将圆钢16和铸钢件27全焊透连接。具体地，第第二坡口和第三坡口均为v形坡口，两个坡口之间的夹角范围为35
°
～40
°
；第二坡口和第三坡口之间形成间隙，该间隙分布于第二坡口和第三坡口的尖端两侧，从而能够使得圆钢16和铸钢件27全焊透连接，连接强度高。
65.作为一种较佳地实施方式，如图9所示，圆钢16与尾轴冷却水舱22的舱顶采用深熔焊连接，第二端面设有第四坡口，第四坡口为v形坡口，第四坡口的深度为圆钢16直径的三分之一，第四坡口的角度范围为30
°
～35
°
。在实际实施时，第四坡口朝向外板15的内侧，从而使得圆钢16能够与舱顶焊接成一体，而且圆钢16的曲面弧度向外侧延伸，在内侧也更方便焊接。
66.作为一种较佳地实施方式，圆钢16的直径为第一外板161或第二外板162的壁厚的四至五倍。从而，一方面能够增强尾柱的刚度，另一方面也能够使得第一外板161和第二外板162与尾柱连接时，能够平滑地焊接与其上，从外板15至圆钢16的焊缝能够平顺地延伸，提升连接强度。
67.作为一种较佳地实施方式，如图12所示，第一外板161和第二外板162对称设置于圆钢16的两侧，且第一外板161的延长线和第二外板162的延长线交汇后的交叉点与圆钢16的外边缘轮廓重合。从而，能够使得外板15的外轮廓与之前的基本一致，使得圆钢16不但与外板15轮廓线重合，达到了不改变中纵剖面的线型，也不改变尾部空间尺寸的效果；并且第一外板161和第二外板162相对的位置也与原有一致，简化工艺。
68.作为一种较佳地实施方式，如图12所示，第一外板161和第二外板162与圆钢16连接的端面均设有第一坡口，第一坡口的尖端与圆钢16相对；且第一外板161的尖端或第二外板162的尖端与圆钢16之间具有预设距离，尖端的两侧分别与圆钢16焊接，且第一外板161
和第二外板162与圆钢16的焊接为全熔透焊接。
69.在本方案中，通过在第一外板161和第二外板162的端面设置第一坡口，第一坡口为k形坡口，在焊接时可以在尖端的两侧进行焊接，并且尖端与圆钢16之间具有一定距离，从而一方面能够提升焊接后的稳定性，另一方面也使得第一外板161和第二外板162能够与圆钢16全熔透焊接，提升焊接的刚性。
70.作为一种较佳地实施方式，如图12所示，第一外板161的尖端或第二外板162的尖端与圆钢16之间的预设距离范围为4mm～6mm。
71.作为一种较佳地实施方式，如图12所示，尖端处于第一外板161或第二外板162的三分之一壁厚处，且尖端靠近外板15的内侧；第一坡口的角度范围为40
°
～45
°
。
72.作为一种较佳地实施方式，如图12所示，尾柱还包括中纵舱壁25，中纵舱壁25设置于第一外板161和第二外板162之间，且伸出第一外板161和第二外板162外；第一外板161和第二外板162与中纵舱壁25的连接端设有第五坡口，且第五坡口朝向下侧；第一外板161和第二外板162分别通过各自的第五坡口与中纵舱壁25全熔透焊接；以及，第一外板161和第二外板162的上侧均与中纵舱壁25焊接。第五坡口朝向下侧，能够便于焊接；并且第五坡口也有利于第一外板161和第二外板162与中纵舱壁25全熔透焊接，提升焊接强度。以及，第一外板161和第二外板162的上侧还与中纵舱壁25焊接，能够进一步提升外板15与中纵舱壁25焊接后的连接强度。
73.具体地，如图所示，中纵舱壁25可以伸出外板30～60mm；第五坡口的角度范围为40
°
～45
°
。
74.在具体实施时，圆钢16通过压制形成外轮廓线形状。
75.作为一种较佳地实施方式，尾柱内还设有水平平台板，圆钢16与水平平台板采用角焊连接。
76.在具体实施时，上述的船舶尾柱可以扩展至不同的船舶中，下面以某20万吨散货船为例，进一步介绍本发明的实施方式；在具体实施时，可以根据以下步骤进行实施：
77.s1：根据船舶的总布置图，确定船尾部总布置情况，如附图7所示；根据船尾总布置图中的型线图和肋骨型线图确定船体线型变化情况；以及确定主机、轴系安装图、螺旋桨23和轴系安装情况。
78.s2：根据型线图、总布置图、主机及轴系安装图等相关内容，确定纵部面上尾柱及尾柱周边的船体结构，如附图8所示。
79.s3：根据图8所示的结构布置为基础，确定尾柱的外板15及其周边的外板15尺寸，比如船尾柱外板15厚度为43mm。
80.s4：确定中纵剖面上的外板15外表面线，即外轮廓线；以及确定螺旋桨23轴毂13铸钢件27轮廓线和前轴壳结构。在具体实施时，在螺旋桨23轴毂13铸钢件27范围内的外板15，其外表面线应光顺地逐步过渡到圆形尾端面，以使得圆形尾端面与螺旋桨23前端面相匹配，如图9所示。
81.s5：如图9所示，在尾轴冷却水舱22顶与螺旋桨23轴毂13铸钢件27之间，以外板15外表面线为基准确定圆钢16的范围。且圆钢16在常温下压制成型后，圆钢16后缘与外板15外表面线重合，圆钢16中心线和圆钢16前缘与外板15外表面线平行。根据尾柱部分的船体线型和尾柱处外板15的厚度等多方面因素综合，确定圆钢16的尺寸大小，本船圆钢16可以
取圆钢16下端面与螺旋桨23轴毂13铸钢件27前端面采用全熔透连接，在圆钢16中心线上部，铸钢件27切v形坡口；在圆钢16中心线下部，圆钢16切v形坡口，坡口大小为35
°
～40
°
之间。圆钢16上端面与尾轴冷却水舱22顶板采用深熔焊连接，圆钢16开v形坡口，坡口深度为直径的1/3，坡口大小为30
°
～35
°
之间。接下来根据船体线型和主机安装图中的需求，参照船舶要求确定螺旋桨23轴毂13铸钢件27；如：铸钢件27内腔形状、与外板15连接处的坡口、与尾管连接处的构造等，如图9所示。
82.s6：以图12为基础确定外板15与圆钢16的连接，外板15开k型坡口，坡口角度在40
°
～45
°
之间，坡口不留根，内侧坡口深度为外板15厚度的1/3，外侧坡口深度为外板15厚度的2/3，坡口与圆钢16之间预留4～6mm间隙，采用全熔透焊接。平台板与圆钢16之间的连接，采用普通角接焊。
83.s7：确定中纵舱壁25与外板15的连接。对于尾轴冷却水舱22舱顶上面的中纵舱壁25与外板15的连接，将其向下延伸，伸出外板60mm。伸出的中纵舱壁25板其边缘打磨成r2圆角。外板15开单v形坡口，与纵舱壁采用全熔透连接。中纵舱壁25板伸出外板15部分的下端30
°
削斜，如图13所示。
84.s8：根据各肋位上的船体横剖面线型，确定各肋位上的肋板结构，结合施工需要增加相应的工艺孔、操作孔和减轻孔。补充中纵桁上所需的工艺孔或减轻孔。
85.虽然以上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，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员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，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。