歐海真 楊勝?gòu)?qiáng)
摘 要:船舶軸系設(shè)計(jì)的理論中心線是指導(dǎo)軸系敷設(shè)的理論依據(jù),然而船舶在建造、航行過程中會(huì)因?yàn)橥饨缁蛉藶橐蛩貙?dǎo)致船舶軸系的實(shí)際中心線與理論中心線發(fā)生較大偏離,通常我們稱這種現(xiàn)象為軸系失中。一旦出現(xiàn)這種軸系失中,將會(huì)導(dǎo)致軸系振動(dòng)加劇,各軸承負(fù)荷改變甚至燒毀,最終使船舶失去動(dòng)力而無(wú)法航行。本文分析了造成船舶軸系失中的原因,并提出了對(duì)失中后的軸系進(jìn)行修復(fù)的方案,從而為船舶的航行安全和船員的生命安全提供有力保障。
關(guān)鍵詞:軸線失中原因;校中敷設(shè);修理方法
中途分類號(hào):U664.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
1 軸系失中的影響因素
船舶軸系的尺寸大、重量大、長(zhǎng)度長(zhǎng),在自重及支撐的作用下會(huì)產(chǎn)生一定的彎曲變形;同時(shí),軸系在運(yùn)轉(zhuǎn)情況下不僅承擔(dān)主機(jī)輸出的扭力,而且還受到水流對(duì)螺旋槳的反作用力;此外,還受到船體變形、船舶振動(dòng)、主機(jī)的頻繁動(dòng)車、緊急停車和臺(tái)風(fēng)等惡劣海況的影響。這些因素都將成為軸線失中的影響因素。
2 軸系校中的方法
當(dāng)發(fā)現(xiàn)軸系的實(shí)際中心線與理論中心線偏差較大時(shí),應(yīng)采取有效措施進(jìn)行修復(fù)。船廠在實(shí)際施工過程中,通常是在不同的階段采用不同的校中方法,如圖1所示為新船建造軸系校中流程圖。
2.1 照光法和拉線法的綜合應(yīng)用
(1)照光必須按照主機(jī)飛輪與中間軸法蘭連接面的直徑大小、螺栓孔中心距及螺栓孔直徑做一個(gè)特制的望遠(yuǎn)鏡架子,并按照望遠(yuǎn)鏡的外徑尺寸制作一根長(zhǎng)500 mm的假軸和一個(gè)假軸套;
(2)按尾軸承孔的直徑準(zhǔn)備2組光靶及2種靶心,并準(zhǔn)備準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡1臺(tái)、0.5 mm鋼絲若干米、特制的劃卡1個(gè)、36 V手拉燈2組、磁力百分表2組;
(3)照光前測(cè)量主機(jī)的拐擋差應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi);
(4)照光前機(jī)艙內(nèi)的大型設(shè)備必須固定安裝完畢,照光后不得有大型設(shè)備和集中負(fù)荷的遷移,機(jī)艙內(nèi)、尾尖艙、舵承孔及掛舵臂附近的焊接工程必須結(jié)束;
(5)照光時(shí)船應(yīng)在水上處于自由漂浮狀態(tài),并且壓載水不得少于75%。照光檢測(cè)和交驗(yàn)時(shí)必須在陰雨天,或晚上8點(diǎn)以后到早上6點(diǎn)之前的夜間進(jìn)行,避免陽(yáng)光照射造成船體變形,照光時(shí)工作區(qū)域不得有震動(dòng)和敲擊現(xiàn)象存在。
(6)將望遠(yuǎn)鏡架子安裝在主機(jī)飛輪上,假軸內(nèi)套裝后用頂絲頂在中心,假軸穿入內(nèi)套孔內(nèi),在假軸的兩端上方支上2組百分表(圖2);用盤車機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)主機(jī),檢查假軸上的2組百分表,并用架子上8組頂絲調(diào)整軸套使假軸與主機(jī)曲軸同心,假軸上的2組百分表最大的跳動(dòng)量不得超過0.015 mm;將假軸從套管中抽出,換上準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡,再一次盤車,用2組百分表校驗(yàn)一次望遠(yuǎn)鏡的外徑的跳動(dòng)量,不得超過0.015 mm,之后在尾軸管的前后各支上一組光靶,先對(duì)前端尾軸管進(jìn)行照光,調(diào)整光靶頂絲,使帶有刻度的靶心上的中心點(diǎn)與望遠(yuǎn)鏡中心點(diǎn)重合,此時(shí)靶心上的中心點(diǎn)就是該處軸線的中心點(diǎn);將帶有刻度的靶心輕輕抽出來(lái),換上帶有0.5 mm小孔的測(cè)量靶心,用劃卡測(cè)量靶心中心點(diǎn)與尾軸管內(nèi)壁上、下、左、右的距離(圖4),測(cè)量的4個(gè)點(diǎn)應(yīng)互成90°。從測(cè)量的上下和左右差值,就可確定尾軸管前端的軸線偏差值。再將前端靶心抽出,用同樣的方法即可檢測(cè)出尾軸管后端的軸線的偏差。
(7)對(duì)軸線偏差太大,需要光車尾軸管內(nèi)孔來(lái)解決軸線偏差時(shí),應(yīng)將光靶移到尾軸管的外面,先在尾軸管的前后端距端面500 mm左右,各焊上一組高度合適的光靶支架,將光靶支上(圖5)。按上述同樣的方法,對(duì)尾軸管前后光靶進(jìn)行照光,將尾軸管前后端的軸線中心在光靶上找出;將帶刻度的靶心抽出,更換兩個(gè)帶0.5 mm小孔的測(cè)量靶心,通過兩個(gè)靶心小孔拉出一條0.5 mm粗的鋼絲線,線頭一端固定在支架上,另一端按鋼絲粗細(xì)掛上重物T,T按表1選取;在尾軸管的前后端面上、下、左、右互成90°,各焊上4組基準(zhǔn)點(diǎn),按鋼絲線調(diào)整基準(zhǔn)點(diǎn),使每一端面的4各基準(zhǔn)點(diǎn)與鋼絲的距離相等,誤差不得超過0.05 mm,最后基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)用電焊焊牢。但是在調(diào)整基準(zhǔn)點(diǎn)距離時(shí),在上、下要考慮鋼絲的下沉量,即鋼絲距上基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)減去下沉量Δ值,鋼絲線距下基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)加上下沉Δ值。鋼絲下沉量計(jì)算公式如下:
(8)照光檢查或拉線做基準(zhǔn)點(diǎn)自檢合格后,交船東和驗(yàn)船師驗(yàn)收。
2.2 平軸法校中軸線偏差要求
(1)用軸系照光或平軸法測(cè)量,軸線總偏差合乎表2規(guī)定者,均為合格;
(2)表2中L計(jì)算為軸系受連接偏中影響后彎曲部分長(zhǎng)度,如圖7所示。在主機(jī)安裝時(shí),應(yīng)按表2值縮小50%。
①軸系中心允許總偏差,按下列公式計(jì)算:
當(dāng)ψ總 =0時(shí),δ總=5.2×10-3×L2計(jì)算/d (2)
當(dāng)δ總=0 時(shí) ,ψ總=7.8×10-3×L計(jì)算/d (3)
式中:ψ總—軸系中心線總曲折值,mm/m;
δ總——軸系中心線偏移值,mm;
②根據(jù)L計(jì)算和軸徑,查表2(或者計(jì)算)找出δ總和ψ總,按這二個(gè)數(shù)值,作出ψ總—δ總的座標(biāo)三角形(圖8)。
如測(cè)得軸系總偏差值ψA—δA在陰影部分的交點(diǎn)A處,則ψA—δA為合格。反之,如圖8中B點(diǎn),雖然ψB和δB單獨(dú)看小于δ總和ψ總,但它們的交點(diǎn)則處在陰影三角形之外,則軸線ψB—δB是不合格的。
③ 如果軸系總偏差按表 2中規(guī)定有所超過,尚可按負(fù)荷法和計(jì)算法來(lái)交驗(yàn)。
3 軸系失中的修理
對(duì)軸線總偏差超差太大時(shí),經(jīng)驗(yàn)船師同意后,可采取以下方法進(jìn)行修理:
(1)根據(jù)軸線的偏移方向和尺寸,可將尾軸管內(nèi)徑焊補(bǔ)“長(zhǎng)肉”,重新光車尾軸管,糾正軸線的偏差;
(2)如果用軸承內(nèi)徑車偏心來(lái)彌補(bǔ)中心線的偏差時(shí),光車內(nèi)孔除了考慮軸線的偏差,還要考慮軸線抬高軸承間隙的1/2;
(3)在萬(wàn)不得已時(shí),還可以移動(dòng)主機(jī)位置來(lái)糾正軸線偏差;
(4)軸系各法蘭校中要求:
① 對(duì)軸系各法蘭校中安裝時(shí),各法蘭應(yīng)合乎表3規(guī)定;
②中間軸相鄰法蘭的偏移和曲折值,均可參照尾軸和相鄰中間軸法蘭的要求稍許降低,各中間軸法蘭的△與ψ值,基本上是平均分配,但靠近軸系中間部分的法蘭要求尚可相應(yīng)降低些,但△=0時(shí)應(yīng)ψmax≤0.60 mm/m;
③無(wú)論用何方法校中和交驗(yàn)軸系,在曲軸最后一道拐擋差允許范圍之內(nèi),推力軸軸心線(電機(jī)軸或齒輪軸)應(yīng)比曲軸軸心低0.05~0.10 mm,且曲軸法蘭與推力軸法蘭的曲折值不大于0.10 mm/m (排除大飛輪重量的影響);
④當(dāng)軸徑D>400 mm時(shí),各法蘭的曲折值按表3的75%執(zhí)行;
⑤修理船舶軸系的某項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)略有超過上述規(guī)定值,如果船舶軸系運(yùn)營(yíng)正常(不過熱、不振動(dòng)等),則允許繼續(xù)使用。
(5)軸承負(fù)荷調(diào)整
①參數(shù)
油頂面積:S2=d02×π/4 (cm2),d0為油泵注塞直徑(cm);
中間軸直徑:d1按圖紙尺寸或?qū)崪y(cè)(cm);
中間軸承寬度:H按圖紙尺寸實(shí)測(cè)(cm);
設(shè)計(jì)中間軸承負(fù)荷:F按船方提供資料(kg);
設(shè)計(jì)中間軸承每 cm2所能承受的負(fù)荷:P0按船方提供資料(kg);
測(cè)量位置距離:L按船方提供資料(mm)。
②計(jì)算
中間軸承投影面積:S1=d1×H(cm2);
軸承每平方厘米所承受的負(fù)荷:P0=F/S1(kg);
軸承負(fù)荷:P0×S1(kg);
油泵頂升壓力:P1=F/S2(kg/cm2)。
③準(zhǔn)備工作
·大于軸承設(shè)計(jì)負(fù)荷F油頂1個(gè)、相應(yīng)油管一根、大于頂升壓力P1的手動(dòng)油泵1臺(tái)、壓力表一只、百分表一只和磁力表座一套;
·制作高度合適的支架1個(gè);
·負(fù)荷找正座標(biāo)紙若干;
·機(jī)艙內(nèi)所有能產(chǎn)生震動(dòng)的工作停止;
·按規(guī)定的位置和L距離,將油頂支架上方調(diào)到0位。
④負(fù)荷試驗(yàn)
頂升過程
· 頂升高度按軸承間隙的50%~60%進(jìn)行;
·油泵緩緩泵油,觀察百分表,壓力每升高20 kg記錄一次所對(duì)應(yīng)的百分表升高值,當(dāng)壓力達(dá)到60 kg后,壓力再每提高10 kg記錄一次相對(duì)應(yīng)的高度值(圖10),直到規(guī)定的頂升高度;
回落過程
·當(dāng)頂升到位后,停留5分鐘穩(wěn)定一下,再做回落試驗(yàn);
·控制泄油閥,按頂升的各壓力點(diǎn)進(jìn)行回落,記錄相對(duì)應(yīng)的百分表下降數(shù)值。
做頂升和回落軌跡圖
·在座標(biāo)紙上,描繪上升和回落軌跡,分別將上升和回落軌跡按直線部分連接起來(lái),并延長(zhǎng)相交到零位線上的P2和P3點(diǎn)上;
·實(shí)際軸承承受的負(fù)荷壓力值:P1=(P2+P3)/2 (kg/ cm2)
如果測(cè)得壓力P1過高或過低,均應(yīng)用軸承底座墊調(diào)整,P1過高應(yīng)減薄座墊厚度,過低則增加座墊厚度。
⑤交驗(yàn)
頂升和回落合格后,將軸承底座把牢,請(qǐng)船東和驗(yàn)船師到場(chǎng),作頂升回落負(fù)荷交驗(yàn);
頂升壓力P1(和負(fù)荷F)允許誤差±10%。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文針對(duì)造成船舶軸系失中的原因以及對(duì)失中后的軸系進(jìn)行修復(fù)的方案進(jìn)行探討,其中一些方法是作者在實(shí)踐過程中心得體會(huì),各位同行可根據(jù)本廠的實(shí)際情況對(duì)校中過程進(jìn)行改進(jìn)。
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