竺玲瓏，鄒 翀，湯明超

(1.滬東中華造船(集團)有限公司，上海 200129；2.中國船舶工業(yè)貿(mào)易公司，北京 100048)

艦船交付使用后，特別是作戰(zhàn)艦艇交付后，動力系統(tǒng)的維護保養(yǎng)工作是保證全艦正常戰(zhàn)備的重要基礎(chǔ)，而主機對中是保證動力系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的人工測量主機對中技術(shù)[1-3]主要利用千分尺等方式進行，該方法由于極易受工裝、環(huán)境等因素影響，測量誤差較大[4]，在具體實踐中可造成主機拐點差超差，軸承高溫或震動過大等情況[5]。以某兩型出口艦艇在海外現(xiàn)場實際進行對中實踐為基礎(chǔ)，本文對主機對中的實踐細節(jié)進行了討論，并對主機對中實踐設(shè)計了新型的在線系統(tǒng)。

1 主機對中的實踐需求

為滿足軍用艦船的技戰(zhàn)術(shù)指標，主機的設(shè)計除關(guān)注動力特性外，還需參考總噪聲的設(shè)計標準。為降低主機結(jié)構(gòu)噪聲對艦船自噪聲的貢獻比及輻射噪聲的總量，改善艦船的環(huán)境振動，在作戰(zhàn)艦艇的主機中往往采用隔振措施。

在某型出口艦艇的總體布置中，由于動力系統(tǒng)本身特性要求較高，主機尺寸與重量較大，其運行轉(zhuǎn)速范圍較寬，擾動力較為豐富，主機經(jīng)選型論證后采取了單層隔振的布置形式。為保證隔振效果，采用了出口型艦艇中較先進的DYG-50型低頻大載荷橡膠隔振器作為隔振元件。

橡膠型隔振器在長期使用中，特別是在持續(xù)的靜應(yīng)力作用下有固有的缺點，即會逐漸增大范式形變，甚至超出設(shè)計裕量。這種超量的范式形變量稱為橡膠型隔振器的蠕變。蠕變作為橡膠隔振器的一種固有特性，與隔振器本身材質(zhì)的剛度、硬度及主機運行工況等相關(guān)，在隔振器的全壽命期內(nèi)均會存在。因為有這種特性存在，在長期運行過程中，會造成主機功率輸出端高彈性聯(lián)軸器與中間支架對中數(shù)據(jù)超差。橡膠隔振器的蠕變特性曲線如圖1所示，ΔS為隔振器的蠕變范式形變量。

圖1 橡膠隔振器蠕變特性曲線

根據(jù)維護保養(yǎng)要求，需在艦船自安裝、單機恢復(fù)到運行期間定期測量監(jiān)控主機的對中數(shù)據(jù)，在必要時可提前對艦船進行塢修、中或大修等特定性能節(jié)點的修理。

2 主機對中的理論與方式

根據(jù)實踐經(jīng)驗，在完成主機安裝且該型隔振器承載30 d后，開始進行初期的主機對中試驗。此時主機與進排氣、燃油、滑油、冷卻水管等管道及高彈性聯(lián)軸器均已連接并完成測試，同時油、水等均已完成注入，且隔振器的承載已經(jīng)基本到位。

在該型艦艇中使用的DYG-50型隔振器作為一種低頻的大載荷橡膠隔振器，其蠕變量約為4～5 mm。主機與相關(guān)部件安裝后穩(wěn)定48 h開始對中工作，此時雖然隔振器的蠕變量已經(jīng)達到預(yù)期蠕變總量的一半以上，但仍有范式形變裕量，在工程實踐中要求主機軸線比ZZ320型中間支架略高。通過主機系泊試驗和航行試驗中的主機長跑后，再次進行主機復(fù)校對中試驗，在必要時進行微調(diào)。

主機對中軸線的ZZ320型中間支架是推進柴油機功率輸出傳動件的重要組成部分，用于支撐高彈性聯(lián)軸器和萬向聯(lián)軸器并傳遞柴油機轉(zhuǎn)矩。輸入法蘭與LS3420G高彈性聯(lián)軸器及WL390.5萬向聯(lián)軸器之間均通過螺栓硬連接，故而調(diào)節(jié)一個部分可以相當方便的調(diào)節(jié)全部聯(lián)軸器組。主機對中的技術(shù)要求按照LS3420G彈性聯(lián)軸器的對中要求進行(參考CB/Z 338—2005《船舶推進軸系校中》)。主機對中的軸向偏差≤0.70 mm，角向偏差≤0.60 mm，徑向偏差≤0.70 mm，其計算方式如下。

1)軸向偏差。

(1)

式中：ΔdA為軸向偏差；dA1、dA2、dA3及dA4為軸向測點安裝距離；dA為平均安裝距離，即飛輪外切面與中間支撐法蘭距離，該型艦艇上為500 mm。

根據(jù)對中技術(shù)要求，其判定的標準為|ΔdA|≤0.70 mm。

2)角向偏差。

(2)

(3)

(4)

式中：ΔdW為角向偏差；dW1、dW2、dW3、dW4為角向測點安裝距離；ΔdW1，2及ΔdW3，4分別為角向垂直及水平平均偏差。

根據(jù)對中技術(shù)要求，判定的標準為ΔdW≤0.60 mm，該判據(jù)為在法蘭端面處，徑向垂直測點位置為535 mm，其余部位根據(jù)不同弧度進行調(diào)整。

3)徑向偏差。

(5)

(6)

(7)

式中：dR1及dR2分別為徑向垂直測點；dR3及dR4分別為徑向水平測點；ΔdR1,2及ΔdR3,4分別為徑向垂直及水平平均偏差；ΔdR為徑向安裝偏差。

根據(jù)對中技術(shù)的要求，考慮到使用一定時間后，軸將會有一定量的下沉空間，為保證軸系的正常運轉(zhuǎn)，一般在進行最終判定前需提高0.5 mm的余量，調(diào)整后的判定標準為ΔdR≤0.70 mm。對該型艦艇主機對中期間測得的試驗數(shù)據(jù)記錄如表1所示。

表1 主機對中試驗數(shù)據(jù)記錄表 mm

經(jīng)過一段時間的運行后，該艦在環(huán)境溫度28.3 ℃、相對濕度45%的條件下進行了主機對中。對2號主機例行檢查的測算，出現(xiàn)了角向超差1.40 mm>0.60 mm及徑向超差0.76 mm>0.70 mm。

可以看出，即便在主機對中實踐中為蠕變留有一定的裕量，在較長期的運行中依然會出現(xiàn)超限的可能。應(yīng)當在主機的運行過程中，視艦艇的主機運行情況進行定期檢查。但常規(guī)的對中方法所需消耗的人力物力過大，且會受人為因素和工裝的狀態(tài)影響，因此我們根據(jù)現(xiàn)場的工作實踐，提出了整合傳感器及吊裝機構(gòu)的主機對中監(jiān)控系統(tǒng)的基本構(gòu)想。

3 主機對中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

主機對中長期超差不僅會造成總體速度下降，也會造成機槳功率降低及船體振動加大等危害，對艦船長期運行不利，也不符合艦船的日常保養(yǎng)維護條例。人工利用千分尺進行主機對中可能會受工裝和環(huán)境影響。利用以紅外傳感器作為基準傳感器，輔助CMS視頻傳感器和吊裝機構(gòu)組成的自動控制系統(tǒng)可以有效的提高一次性對中成功的概率。其控制系統(tǒng)由硬件和軟件2部分組成，設(shè)計原理圖如圖2;系統(tǒng)硬件構(gòu)架如圖3；對中監(jiān)控系統(tǒng)程序流程圖如圖4；監(jiān)控系統(tǒng)控制原理圖如圖5。

圖2 主機對中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原理圖

圖3 主機對中監(jiān)控系統(tǒng)硬件構(gòu)架圖

圖4 主機對中監(jiān)控系統(tǒng)程序流程圖

圖5 主機對中監(jiān)控系統(tǒng)控制原理圖

CMS視頻傳感器可以做較大幅度調(diào)整的監(jiān)測通道，紅外傳感器作為微調(diào)的主探頭監(jiān)測通道，吊裝的三維度運轉(zhuǎn)機械機構(gòu)用來實現(xiàn)動態(tài)的調(diào)整，從而形成了軸系對中調(diào)整的閉環(huán)回路。同時可以人工增加經(jīng)驗數(shù)據(jù)信息，當系統(tǒng)監(jiān)測到同樣數(shù)據(jù)的時候，就可以及時發(fā)出預(yù)警或主動停機，使得操作誤差影響降到最小[3]。

4 結(jié)束語

本文對主機對中過程進行了理論和實踐的分析，提出了對主機對中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計并對該系統(tǒng)的可行性進行了分析。但本文的主要側(cè)重點不在離線的對中實踐，而在主機和軸系在線的情況下，以較簡單的系統(tǒng)設(shè)計(包括軟硬件)來輔助軸系和主機對中進行實時的監(jiān)測工作，既保證了主機的正常運行和艦船的在役時間，又能對主機和軸系問題做到提前診斷、主動觀測，在實踐上、技術(shù)上和經(jīng)濟上均具有較大的參考價值。