陳東明 任晉宇

(武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065)

某型船軸系合理校中工藝探討*

陳東明 任晉宇

(武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065)

文章通過對(duì)某型船軸系采用合理校中計(jì)算分析，提出了針對(duì)該型船的軸系校中工藝和方法，利用compass軟件進(jìn)行理論計(jì)算，得到該船軸系合理校中的曲折、偏差數(shù)據(jù)，并對(duì)軸承比壓、反力進(jìn)行了計(jì)算，滿足規(guī)范要求。

軸系合理校中；曲折；偏差；軸承反力

在船舶建造過程中，軸系校中是船舶動(dòng)力設(shè)備安裝過程中的重要組成部分，其作用十分關(guān)鍵。船舶軸系校中質(zhì)量的精度對(duì)民用船舶來(lái)說，直接關(guān)系到船舶安全航行性能及船員、乘客的舒適性；對(duì)軍用艦船來(lái)說，直接影響其戰(zhàn)斗性能及船舶的隱身性能?？梢?，船舶軸系校中質(zhì)量有著十分重要的作用。

近年來(lái)，隨著建造大型船舶的出現(xiàn)，對(duì)船舶軸系校中工藝也在飛速發(fā)展。目前常見的軸系校中工藝有直線校中法、三彎矩法、負(fù)荷校中法。針對(duì)型號(hào)不同的船舶，長(zhǎng)短不一的軸系，選擇合理的軸系校中工藝，成為當(dāng)前船舶建造過程中迫切需要解決的重要課題之一。目前在軸系校中工藝研究領(lǐng)域較多的為動(dòng)態(tài)合理校中法。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行了相應(yīng)的研究，張敏等[1]建立了大型船舶推進(jìn)軸系校中多點(diǎn)非線性彈性支承計(jì)算模型，研究軸承處負(fù)荷分布情況，王宏志等[2]對(duì)中間軸承對(duì)船舶軸系力學(xué)狀態(tài)影響進(jìn)行了數(shù)值模擬。萬(wàn)忠等[3]對(duì)LNG船軸系校中的船體變形進(jìn)行了計(jì)算分析。MANNG[4]考慮了非線性支撐對(duì)油船的軸系對(duì)中的影響。本文擬對(duì)某型船軸系校中工藝進(jìn)行動(dòng)態(tài)合理校中研究。

1 軸系布置及基本參數(shù)

1.1 軸系布置

船舶軸系主要由螺旋槳、艉軸、艉軸承、中間軸、中間軸承及主機(jī)等組成。如圖1為軸系布置簡(jiǎn)圖。該軸系由柴油機(jī)、短軸、中間軸、艉軸、艉管裝置、艉軸密封裝置、螺旋槳等組成。

圖1 軸系布置簡(jiǎn)圖

1.2 軸系基本參數(shù)

主機(jī)：LB8250ZlC-17，功率：1470kW，轉(zhuǎn)速：750rpm。齒輪箱：GWC49.54，大齒輪前軸承(滾動(dòng)軸承)處軸徑：260mm，大齒輪前軸承(滾動(dòng)軸承)長(zhǎng)度：80mm，大齒輪后軸承(滾動(dòng)軸承)處軸徑：240mm，大齒輪后軸承(滾動(dòng)軸承)長(zhǎng)度：72mm，尾管后軸承直徑255mm，長(zhǎng)度為560mm，尾管前軸承直徑220mm，長(zhǎng)度為280mm。

1.3 軸系校中條件

船舶尾軸軸系校中區(qū)域分段建造合攏完成后，根據(jù)計(jì)算模擬船舶下水狀態(tài)的受力及變形狀態(tài)，同時(shí)考慮螺旋槳所受的重力和浮力狀態(tài)，確定軸系臨時(shí)對(duì)中狀態(tài)，軸系校中模型如圖2所示，表1列出了軸承序號(hào)及對(duì)應(yīng)的支撐位置，并標(biāo)注了軸承長(zhǎng)度。

表1 軸承相關(guān)參數(shù)

按照軸系校中作業(yè)指導(dǎo)書要求，根據(jù)船舶下水后，受力狀態(tài)發(fā)生變化，模擬尾部變形計(jì)算數(shù)值，同時(shí)考慮在螺旋槳軸法蘭上方施加由螺旋槳重力和浮力所引起的外力。在船臺(tái)校中時(shí)，保證軸系必要的偏移和曲折。軸系偏移和曲折及軸承的分布情況見圖3。

2 軸系校中計(jì)算

軸系采用合理校中方法，一般對(duì)于短軸系的船舶，先進(jìn)行直線對(duì)中計(jì)算，計(jì)算在該工況下軸系的彎矩與軸承負(fù)荷，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果及反力影響系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最后得到能滿足所有要求的優(yōu)化結(jié)果[5]?？紤]圖1所示的校中分析模型，將其簡(jiǎn)化為超靜定的簡(jiǎn)支梁系統(tǒng)。根據(jù)彎矩的疊加原理與力的獨(dú)立作用原理[6]，考慮軸系中的軸承數(shù)n任意截面k，其彎矩可以表示為：

式中，MRi為第i個(gè)軸承反力對(duì)截面k的彎矩，n為反力的個(gè)數(shù)；MEj表示為第j個(gè)外力對(duì)截面k的彎矩，m為外力的個(gè)數(shù)。

本文采用中國(guó)船級(jí)社審圖軟件compass中船舶軸系校中模塊進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算中鋼的密度取7800kg/m3；海水密度取1080kg/m3；滑油密度取950kg/m3，將螺旋槳作為集中載荷考慮，在校中時(shí)模擬螺旋槳在水下狀態(tài)時(shí)，需考慮浮力對(duì)螺旋槳的影響，螺旋槳集中載荷設(shè)定為螺旋槳重量的90%。通過計(jì)算得到軸系總重量為33.82kN，軸承總反力為57.211k.N，表2列出了軸承反力影響系數(shù)，表3軸承偏移曲折等數(shù)據(jù)，表4列出了軸承比壓、反力計(jì)算對(duì)比值。

圖2 軸系校中模型

圖3 軸系的偏移和曲折及軸承分布情況

表2 軸承反力影響系數(shù)(k.N/mm)(軸承升高1mm時(shí)產(chǎn)生的反力)

表3 軸承偏移曲折等數(shù)據(jù)

表4 軸承比壓、反力計(jì)算對(duì)比值

通過對(duì)軸系強(qiáng)度校核，得到軸系變形位置圖，圖4為軸系撓度曲線。

圖4 軸系撓度曲線

3 軸系安裝工藝流程

現(xiàn)在船舶建造方式為分段建造、分段合攏后模式，在船舶尾部分段建造過程中，利用激光對(duì)中儀將艉軸管對(duì)正，通過照光，確定軸系中心線和艉軸管加工量，然后通過計(jì)算確定主機(jī)位置。艉軸承壓裝后，安裝艉軸及艦密封，壓裝螺旋槳，進(jìn)行中間軸，主機(jī)安裝。在計(jì)算船舶在下水后的的漂浮狀態(tài)，確定船舶尾部及軸系變形，確定進(jìn)行主機(jī)和軸系高度位置參數(shù)。保證軸系在船臺(tái)安裝期間實(shí)現(xiàn)軸系合理對(duì)中狀態(tài)。之后將主機(jī)，軸承，中間軸，螺旋槳對(duì)中調(diào)試，完成軸系的聯(lián)接安裝工作，使中間軸承的負(fù)荷在要求允許的負(fù)荷范圍內(nèi)。工藝流程下圖5所示。

圖5 工藝流程圖

4 結(jié)論

本文通過對(duì)某型船軸系采用合理校中計(jì)算，提出針對(duì)該型船的軸系校中工藝和方法，利用compass軟件進(jìn)行理論計(jì)算，得到該船軸系合理校中的曲折、偏差數(shù)據(jù)，并對(duì)軸承比壓、反力進(jìn)行計(jì)算，滿足規(guī)范要求。根據(jù)軸系合理校中的理論計(jì)算方法，按照軸系安裝工藝指導(dǎo)書對(duì)軸系安裝工藝進(jìn)行研究，以期為工程技術(shù)人員提供指導(dǎo)。

[1]張敏，張廣輝，劉占生.大型船舶推進(jìn)軸系校中多點(diǎn)非線性彈性支承模型研究[J].船舶力學(xué)，2016(2):176-182.

[2]王宏志，魏海軍，關(guān)德林，等.中間軸承對(duì)船舶軸系力學(xué)狀態(tài)影響的數(shù)字模擬[J].船舶力學(xué)，2006(2):98-105.

[3]萬(wàn)忠，王佳穎，劉濤.LNG船用于軸系校中的船體變形計(jì)算分析[J].船舶與海洋工程，2016(6):16-21.

[4]MANNG.Shipyard alignment of propulsion shafting using fair curve alignment theory [J]. Navel Engineering Journal，1965(4): 651-659.

[5]耿厚才.船舶軸系的動(dòng)態(tài)校中計(jì)算[J].中國(guó)造船，2006，47(3):51-56.

[6]柯坤章.關(guān)于力的獨(dú)立作用原理的研討[J].經(jīng)典力學(xué)，1985(3):81-87.

2017-04-12

陳東明(1964-)，男，湖南長(zhǎng)沙人，武漢交通職業(yè)學(xué)院高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事輪機(jī)工程技術(shù)研究。任晉宇(1985-)，男，山西長(zhǎng)治人，武漢交通職業(yè)學(xué)院講師，主要從事船舶舾裝工藝研究(通訊作者)。

10.3969/j.issn.1672-9846.2017.02.017

U664.21

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1672-9846(2017)02-0081-04