(南通中遠川崎船舶工程有限公司,江蘇 南通 226005)

20.5萬t散貨船是公司為中遠集團香港運輸公司建造的大型散貨船，是公司建造的最大噸位的散貨輪。主機為CMD-MAN B&W 6S70MC-C7船用低速柴油機,最大持續(xù)輸出功率18 660 kW×91 r/min。中間軸直徑580 mm×8 201 mm、艉軸直徑750 mm×8 825 mm各1根，中間軸承1只。主機在塢內(nèi)分為兩段搭載組裝，船舶進水后進行軸系對中調(diào)整、主機定位及環(huán)氧墊塊澆注等工程。

主機軸系負荷測量、調(diào)整是在船舶下水軸系螺栓聯(lián)接后進行，軸系負荷調(diào)整至規(guī)范要求范圍內(nèi)后主機方可定位，因此主機、軸系調(diào)整、負荷測量也是影響系泊試驗周期的關(guān)鍵因素。

主機、軸系布置見圖1。

圖1 各軸承頂升(JACK-UP)位置布置示意

1 軸系負荷調(diào)整工藝

1.1 調(diào)整原理、方法簡述

軸系軸承負荷調(diào)整就是使軸系各支撐點承受適中負荷盡量接近校中計算書中規(guī)定值，偏差不得超過±20%(有的是±10%)，有效傳遞主機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，避免出現(xiàn)單個軸承負荷太輕或太重，影響軸承的使用壽命，保證船舶的動力。

調(diào)整過程分兩個階段進行。第一階段，用“GAP&SAG”法初步確定主機、軸系位置；第二階段，用“JACK-UP”法最后決定主機、軸系位置。

1.2 工藝流程

工藝流程見圖2。

圖2 工藝流程

1.3 作業(yè)條件及準備工作

1)進水前將機座調(diào)整至水平，要求水平誤差≤0.10 mm/m，并記錄相應的主機臺板同主機臺高度值。進水后，必須保證對稱，左右高度一致上抬或下降(左右的調(diào)整值差±0.5 mm以下)，以防止主機扭曲，要求扭曲度誤差≤0.1 mm/m。

2)下水后軸系螺栓聯(lián)接前測量主機最后一道軸承的上部和左、右間隙及主機最后一缸的曲軸臂距差值(便于在主機軸系負荷調(diào)整時判斷主機狀態(tài)。

3)按指定位置制做測量支架及百分表表架。

4)測量前對溫度(海水溫度、大氣溫度及柴油機油底殼溫度)、船舶的吃水進行測量并記錄。

5)軸系排正對軸承法蘭間的SAG和GAP值的公差要求一般為±0.1 mm。校中時，要求船上無較大的振動作業(yè)，船上設備的裝載狀態(tài)基本保持不變，無影響船舶吃水壓載的變更，油艙、柜無影響船舶吃水的大量加油。因船體受太陽直射的溫差變化的影響，軸系排好后不做任何調(diào)整，每天早晚檢查各法蘭的 SAG和GAP值,發(fā)現(xiàn)至少有0.20 mm的變化，故實際一般選擇上午的同一時段進行相關(guān)報檢。

1.4 排軸、主機定位，連接軸臨時螺栓

按照《軸系校中計算書》在螺旋槳軸法蘭上方施加垂直向下的附加力，使螺旋槳軸與艉管艏軸承充分貼合，以螺旋槳軸為基準軸采用“GAP&SAG”法，由艉軸向前，調(diào)整中間軸的臨時支撐和主機座，使艉軸與中間軸、中間軸與主軸曲軸法蘭的開口值(GAP)和位移值(SAG)符合對中圖紙要求，從而確定中間軸承和主機位置。見圖3。

圖3 艉軸、中間軸、主機法蘭“GAP&SAG”示意

1.5 軸系負荷調(diào)整

負荷測量前，軸系臨時支承均已拆除，軸系無任何附加物。施工現(xiàn)場環(huán)境要整潔安全，應不受振動、高分貝噪聲作業(yè)干擾。必須核實頂升油泵面積，油泵應無滲漏現(xiàn)象，壓力表經(jīng)計量室檢驗合格，要有合格證件，百分表安裝位置與泵中心在同一截面上。測量中間軸頂升過程位移量的數(shù)值所選用的百分表亦須經(jīng)計量室鑒定。

以中間軸承為例簡述實操過程。

1)如圖4所示，在位置③放置一只千斤頂，千斤頂?shù)闹巫芤凶銐虻膭偠?，以避免因油缸頂升過程中船體底板、主機底座產(chǎn)生變形而影響測量準確性。

圖4 中間軸承頂升示意

2)在油缸中心正上方軸頸上放置一個百分表，固定百分表的支架要牢固。

3)驅(qū)動油泵從而頂升中間軸，當頂升油缸壓力到達5 MPa(此數(shù)據(jù)應根據(jù)油缸的活塞面積現(xiàn)場修改)，要求油缸每升高1.0 MPa或0.5 MPa，記錄對應的軸上升量，直到將中間軸頂高約0.3 mm(尾軸、主機曲軸分別以尾密封和主軸承間隙為界)，慢慢地泄放油壓，每降1.0 MPa或0.5 MPa一次，記錄對應的軸下降量(具體油壓的升降以實際所繪負荷曲線為準)。見圖5。

圖5 中間軸承負荷分析

4)以同樣的方法測量艉管前軸承及主機最后兩道主軸承的負荷，見圖6、7。

圖6 主機飛輪頂升示意

圖7 主機倒數(shù)第二道軸承頂升示意

5)測量主機最后兩缸的曲軸臂距差。

曲軸臂距差值是判斷主機是否處于正常狀態(tài)的一個重要參數(shù)，主機曲軸臂距差的調(diào)整是通過改變主機首部尾部的位置(將主機的一端固定，調(diào)整另一端)來實現(xiàn)的，主機尾部抬高或降低對第6缸的影響較為明顯。調(diào)整時需注意盡可能避免碰撞造成主機扭曲變化。

6)測量主機臺板下凹量。

船舶航行時，氣缸內(nèi)產(chǎn)生大量熱能使主機呈上拱趨勢，因此在調(diào)整階段應使主機機座呈下凹狀態(tài)，但下凹量不宜過大，應在B&W公司的認可范圍內(nèi)。主機撓度的調(diào)整是靠主機的底腳頂絲來實現(xiàn)的。當主機撓度值過大時，調(diào)整局部地腳頂絲使撓度值變小，當撓度值過小或主機機座呈上拱狀態(tài)時不宜強行使主機呈下凹狀態(tài)。

7)測量主軸承間隙。

根據(jù)測量結(jié)果，如數(shù)據(jù)不符合要求，則須根據(jù)圖紙中各軸承的OFFSET關(guān)系，適當調(diào)整相關(guān)中間軸承或主機高度修正GAP&SAG值,直至上述各軸承負荷、主機最后一個缸的曲軸臂距差、臺板下凹及扭曲度均滿足圖紙及主機專利公司MAN B&W要求[1]。

1.6 主機環(huán)氧墊塊澆注

主機環(huán)氧墊塊澆注前認真做好澆注結(jié)合面的清潔工作，施工中加強關(guān)注環(huán)氧、機座的溫度控制，嚴格按照澆注要求操作，做好相關(guān)記錄。

1.7 螺栓緊固

1)環(huán)氧硬化后，測量環(huán)氧硬度，安裝并緊固主機地腳螺絲。

2)用干冰冷凍安裝工藝將合格的緊配螺栓(連接前需噴涂二硫化鉬)分別連接主機和中間軸的法蘭、中間軸與螺旋槳軸法蘭，按要求上緊。

1.8 中間軸承墊塊拂配，軸系調(diào)整相關(guān)數(shù)據(jù)確認

中間軸承墊塊拂配、安裝，最終確認艉管艏軸承、中間軸承、主機最后兩道軸承的負荷后進行主機、軸系對中報檢。

2 調(diào)整要點及改善要點

軸系負荷調(diào)整過程中，須對許多細節(jié)過程進行必要的工藝控制和改進，以過程保證結(jié)果，進一步提高負荷測量的精確性和工作效率。

2.1 保證主機的獨立受力狀態(tài)，避免因外力影響導致數(shù)據(jù)失真

負荷測量前，保證主機的獨立狀態(tài)，外界與機體連接的所有附件應脫開，(如排煙總管、高低溫水管、主滑油管、露臺、梯等)脫開盤車機，否則在調(diào)整過程中油缸在克服軸系重力的同時克服主機連接附件對主機產(chǎn)生的附加力，在上升過程中相對真實受力會變大，下降過程受力會變小，導致負荷值變大失真。在軸系校中計算書所示的位置安裝千斤頂，檢查千斤頂座架是否牢固，松開中間軸承上軸瓦。在千斤頂所對應的軸頸上，放置一個百分表，并檢查百分表的支架是否牢固。

2.2 選用合適的千斤頂及正確的安裝操作方法

為了減少外界因素對測量產(chǎn)生的誤差，應選用新購置的千斤頂。因為在實際測量時發(fā)現(xiàn)有時會出現(xiàn)千斤頂?shù)倪\行不平穩(wěn)，造成數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。并且在讀數(shù)據(jù)時，因回油有緩沖，因此讀數(shù)據(jù)時當油缸泄油到某數(shù)值時要稍等再讀，使百分表數(shù)據(jù)穩(wěn)定，防止產(chǎn)生千斤頂進行減壓時，百分表讀出的數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)不相符，造成不必要的誤差。千斤頂油缸中心必須在軸的正下方，且與百分表支點在同一直線上。

2.3 千斤頂?shù)淖x數(shù)測量注意點

千斤頂?shù)牟涣嘉恢脮a(chǎn)生過大的阻力，頂升曲線中會產(chǎn)生更大的遲滯現(xiàn)象，影響測量的準確性。液壓千斤頂上的阻力是不可避免的，負荷響應曲線在一定的范圍內(nèi)存在“滯后”；艉管結(jié)構(gòu)特殊，在負荷由軸承完全轉(zhuǎn)移到液壓千斤頂上時，受到螺旋槳的浮力，艉管內(nèi)油壓波動的影響及艉管后軸承與前軸承不像其它軸承的負荷曲線均勻，會出現(xiàn)波動?？紤]到上述干擾，在測量時應緩慢升高油泵壓力，在油泵壓力達到穩(wěn)定時再讀數(shù)值，以消除液體壓力“滯后”的影響。

2.4 合理設立位移變形監(jiān)控點

在升高或降低某一軸承位置的同時需掌握其它位置的變化，以提高負荷調(diào)整的精度和速度。在分布軸承負荷的調(diào)整(特別是微調(diào))過程中，當對某一檔軸承負荷進行調(diào)整時，可在相鄰測量點放置1～2個百分表進行監(jiān)測。這樣可以在調(diào)整過程中清楚看到各軸承負荷的關(guān)聯(lián)變化，對于負荷拐點的判斷具有較強的指導意義，避免調(diào)整的盲目性，提高施工效率。

2.5 重視拐點

數(shù)據(jù)分析時，取點要多且正確，特別注意拐點前后的數(shù)據(jù)，畫平行線盡量以拐點為基點。有時由于上升過程中相鄰軸承作用，曲線上可能出現(xiàn)兩個拐點，應選用第1個為準，見圖8。

圖8 軸承負荷曲線拐點分析示意

對有較大負荷的軸承(如尾管軸承)每次記錄讀數(shù)時，要等百分表指針完全穩(wěn)定后再取值，否則會導致上升曲線與下降曲線不平行出現(xiàn)喇叭口。

2.6 軸承間隙的比較分析

在進行主機飛輪及主軸承的負荷分析時需結(jié)合檢查主機最后三個主軸承的間隙與原始記錄進行比較，看一下是否因調(diào)整太大而使主軸承懸空，即主軸承上瓦間隙比原始記錄小。這樣可以避免在調(diào)整過程中走彎路。

2.7 飛輪負荷的特別注意

主機最后一道主軸承(飛輪)負荷，主機專利公司MAN B&W推薦要求盡可能地調(diào)整在允許負荷的下限值，以接近0為宜，但必須有負荷。

2.8 及時對船舶壓載與溫差變化記錄分析

調(diào)整過程中，要關(guān)注并認真記錄船舶壓載與溫差變化造成的船體變形對軸系負荷的影響[2]，及時對相關(guān)數(shù)據(jù)分析總結(jié)找出規(guī)律，這有助于提高同型船的連續(xù)建造的效率。

3 結(jié)束語

從以上20.5 萬t散貨輪軸系負荷測量、調(diào)整工藝可以看出，軸系調(diào)整負荷測量是一個較為復雜的過程。生產(chǎn)實踐表明，采用上述措施軸系負荷調(diào)整質(zhì)量可以得到保證，滿足校中計算書要求。在實際施工中要不斷分析總結(jié)，優(yōu)化調(diào)整方法，不斷提高調(diào)整質(zhì)量及施工效率。

[1] 陸金銘.船舶推進軸系校中優(yōu)化[J].船海工程，2010，39(3)：51-54.

[2] 石 磊.用于軸系校中的船體變形計算研究[J].船舶工程,2010,39(3)：13-16.