◎ 柳春曉　佛山海事局王洋洋　佛山海事局（吉林大學(xué)行政學(xué)院）

以17.5萬噸好望角型散貨船軸系校中為例，淺析大型船舶軸系校中之合理校中法

◎ 柳春曉佛山海事局
王洋洋佛山海事局（吉林大學(xué)行政學(xué)院）

船舶軸系校中對保障船舶動(dòng)力系統(tǒng)正常工作及減小船體振動(dòng)有重要的影響。本文對軸系的直線校中法和合理校中法進(jìn)行分析，并簡述了17.5萬噸好望角型散貨船采用合理校中法的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，闡明了合理校中法應(yīng)作為大型船舶軸系校中的優(yōu)先備選方法。

大型船舶 軸系校中 合理校中

1.引言

船舶軸系是船舶動(dòng)力裝置的重要組成部分，連接船舶主推進(jìn)動(dòng)力裝置與螺旋槳，其主要作用是將船舶主機(jī)產(chǎn)生的扭矩傳遞給螺旋槳，同時(shí)又將水作用于螺旋槳的軸向推力傳遞給船體，以推動(dòng)船舶運(yùn)動(dòng)。船舶軸系校中是船舶建造過程中的重要環(huán)節(jié)，軸系校中精度的高低，對保障船舶動(dòng)力系統(tǒng)正常工作及對減小船體振動(dòng)有著至關(guān)重要的影響。目前我國大型造船廠最常使用的方法是直線校中法和合理校中法。

2.直線校中法的實(shí)質(zhì)、現(xiàn)狀及存在問題

2.1直線校中法的實(shí)質(zhì)與現(xiàn)狀

直線校中法實(shí)質(zhì)是：利用調(diào)整中間軸軸承及主機(jī)的高低和左右位置，使相鄰兩根軸的法蘭既平行又同軸，即偏移和曲折都為零，當(dāng)連接后整根軸系呈直線狀態(tài)，因此稱直線校中法。然而在實(shí)際校中時(shí)要達(dá)到各相鄰法蘭上的偏移和曲折均為零是不可能的,故在按直線校中時(shí)允許法蘭上存在很小的偏差值和曲折值。

在軸系校中時(shí)，由于中間軸支撐位置安放的情況不同會產(chǎn)生兩種情況：一種是支撐位置離軸端太遠(yuǎn)，造成軸端頭因自重下垂而產(chǎn)生偏差；另一種情況是支撐位置離軸端太近，而造成中間軸中部下垂而產(chǎn)生偏差。一般支承位置距法蘭端面的距離為（0.18—0.22）L（L為中間軸長度），則產(chǎn)生偏差最小。

2.2直線校中法存在的問題

按直線校中的軸系，當(dāng)螺旋槳的質(zhì)量很大時(shí)，會使軸承上的負(fù)荷分配很不均勻，甚至超過允許的程度。上述直線校中法在實(shí)踐中很難保證安裝質(zhì)量，存在的問題如下：

（1）軸系中各軸承的負(fù)荷很不均勻，尤其是尾管后軸承的負(fù)荷很大，而尾管前軸承的負(fù)荷卻很小，有的甚至是負(fù)值，這樣使軸承磨耗量急劇增加，間隙迅速增大，破壞了尾管軸承的潤滑特性。

（2）實(shí)踐證明，當(dāng)軸系校中不合理時(shí)，螺旋槳軸會產(chǎn)生過大的振動(dòng)，強(qiáng)烈的振動(dòng)會造成船體的振動(dòng)、推進(jìn)效率下降及軸系本身工作條件的惡化。

3.合理校中法工藝及特點(diǎn)簡述

3.1合理校中法的實(shí)質(zhì)

為了改善船舶軸系各軸承上負(fù)荷的實(shí)際分配狀況，使軸系安全可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。目前生產(chǎn)上采用了一種新的軸系校中方法——合理校中法。

船舶軸系合理校中的實(shí)質(zhì)是：根據(jù)軸系的結(jié)構(gòu)要素，按允許的軸承負(fù)荷、應(yīng)力、轉(zhuǎn)角等約束條件，用計(jì)算方法求出軸承的高低位置來調(diào)整軸系進(jìn)行校中，使軸系上各軸承的負(fù)荷和軸截面上彎矩得以合理分配。合理校中計(jì)算的結(jié)果，可以是直線校中，也可以是曲線校中，不論何種校中法，法蘭上的偏移和曲折值，都是計(jì)算的。這是合理校中優(yōu)越于其他校中法的本質(zhì)。

3.2合理校中法的步驟

合理校中的主要計(jì)算步驟如下：

（1）求直線校中時(shí)的軸承負(fù)荷和彎矩?？刹捎糜邢迒卧?，遷移矩陣法，三彎矩法等求出軸系在螺旋槳、軸的自重和軸上附件等載荷的作用下所產(chǎn)生的軸承負(fù)荷、軸的彎矩和變形。

（2）求影響系數(shù)。所謂影響系數(shù)時(shí)指當(dāng)軸系的某一個(gè)軸承位移一個(gè)單位量的距離而引起的本身和其他軸承負(fù)荷及彎矩的變化。

（3）求軸承合理位移量。求出影響系數(shù)后，可用優(yōu)化方法，求出軸承的合理位移量。最后求位移后的軸承負(fù)荷和軸的彎矩等。

圖1　該船中間軸承負(fù)荷頂升曲線

圖2　該船艉管前軸承負(fù)荷頂升曲線

圖3　主機(jī)第7道主軸承頂升負(fù)荷曲線

（4）求軸系連接法蘭上的偏移和曲折。連接法蘭上的偏移和曲折與軸承的位移量密切相關(guān)，同時(shí)還與軸端因自重和外力作用所產(chǎn)生的撓度及轉(zhuǎn)角有關(guān)。因此在確定合理的軸承位移量后，就可計(jì)算連接法蘭上的偏移和曲折值。

（5）安裝后實(shí)際負(fù)荷的檢測。按合理校中計(jì)算進(jìn)行軸系安裝后，一般應(yīng)進(jìn)行軸承負(fù)荷的實(shí)際值檢測，核對合理校中計(jì)算和安裝的誤差。軸承負(fù)荷的檢測，以支撐千斤頂較為簡單，因此被廣泛應(yīng)用。

4.合理校中法的實(shí)踐運(yùn)用——以17.5萬噸好望角型散貨船軸系校中為例

根據(jù)自身特點(diǎn)，為使軸系各軸承負(fù)荷分配更趨合理，并使規(guī)定支承截面上的彎矩、轉(zhuǎn)角等合理分配在允許范圍內(nèi)，某造船廠建造的17.5萬噸好望角型散貨船軸系校中采用合理校中法。

4.1采用合理校中法進(jìn)行軸系校中前的準(zhǔn)備

（1）在進(jìn)行校中前，應(yīng)在螺旋槳軸法蘭中間處，即距離法蘭外側(cè)端面55mm處，加3000Kg的附加壓力，而后左右固定螺旋槳以防止波浪的影響。在距離中間軸艏、艉端法蘭面2000mm處安裝兩個(gè)臨時(shí)支承。

（2）由于陽光直射下船體變形和潮汐影響的原因，我們首先選在平潮時(shí)分，盡可能避免日光曝曬，以期保證測量調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。通過該船測量調(diào)節(jié)的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)在軸系校中過程中，由于影響因素較多，影響結(jié)果明顯，且難以控制掌握，所以從開始調(diào)節(jié)到軸系聯(lián)結(jié)螺栓安裝這一階段要盡可能縮短。

（3）由于上文所述軸承負(fù)荷測量校中的缺點(diǎn)，聯(lián)系該船屬于超大型船舶，其螺旋槳質(zhì)量高達(dá)36噸，建議在取得根據(jù)合理校中書所提供的偏移開口數(shù)據(jù)后，立即定位中間軸承座高度，并使用冷凍安裝工藝法安裝聯(lián)結(jié)螺栓，不要選用其他傳統(tǒng)工藝中所采用的檢驗(yàn)調(diào)節(jié)方法。

4.2合理校中法的實(shí)船操作

在軸系各聯(lián)結(jié)法蘭連接好后，需要根據(jù)頂舉法來用液壓千斤頂分別檢驗(yàn)中間軸承及艉管前軸承的實(shí)際負(fù)荷，校對其值偏離校中計(jì)算書相應(yīng)值的誤差。頂舉檢測時(shí)千斤頂支撐點(diǎn)盡可能靠近軸承處。在該案例中，檢測中間軸承負(fù)荷時(shí)千斤頂支撐點(diǎn)在離螺旋槳軸法蘭前端面3652mm處（即離中間軸承軸瓦中心890mm）；檢測艉管前軸承負(fù)荷時(shí)千斤頂支撐點(diǎn)在距離螺旋槳軸法蘭前端面210mm處。此外，工作人員也對該船主機(jī)第7道主軸承進(jìn)行了負(fù)荷檢測，其千斤頂支撐點(diǎn)位于主軸承相鄰的曲拐上。

當(dāng)經(jīng)校準(zhǔn)的千斤頂設(shè)置在預(yù)定位置上時(shí)，便可開始頂升測量。在本案例中以千斤頂油壓為基準(zhǔn)，每2Mpa或2.5Mpa或5Mpa時(shí)讀取支撐點(diǎn)處的位移量，建立以油壓為橫坐標(biāo)、位移量為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系，繪制出軸的上升和下降曲線，求出每檔軸承的實(shí)際負(fù)荷（見圖1～圖3）。

圖1至圖3為該船軸系校中過程中各檔軸承負(fù)荷的頂升曲線，可以看出如何選擇頂升曲線中的拐點(diǎn)是難點(diǎn)，拐點(diǎn)的取舍將直接影響到負(fù)荷的數(shù)值。圖中位于上升曲線和下降曲線之間的虛線和橫坐標(biāo)的交點(diǎn)讀數(shù)即為軸承的負(fù)荷，對比誤差為理論計(jì)算值的30%的要求，各檔軸承負(fù)荷符合要求。

5.小結(jié)

通過對比軸系的直線校中法，參照17.5萬噸好望角型散貨船采用合理校中法的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為合理校中法應(yīng)作為大型船舶軸系校中的優(yōu)先備選方法。但是大型船舶軸系校中是一個(gè)精度以1/100mm為單位的船舶建造檢驗(yàn)項(xiàng)目，很多方面的因素都可能對其產(chǎn)生較大影響，所以在進(jìn)行合理校中計(jì)算時(shí)應(yīng)盡可能考慮到相關(guān)的影響因素，而實(shí)際施工時(shí)也要嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行，以確保誤差積累保持在公差范圍內(nèi)。

[1]商圣義.民用船舶動(dòng)力裝置.北京:人民交通出版社,1996.

[2]周瑞平,徐立華,張升平等.船舶推進(jìn)軸系校中若千技術(shù)問題研究.船舶工程.2004(6).

[3]張洪田.船舶推進(jìn)軸系合理校中技術(shù)研究.黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2003(4).