蔡 君，王樹山，彭 健

（1.大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司技術(shù)中心，大連 116113；2.大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司舾裝工區(qū)，大連 116113）

0 引言

本文依托大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工為馬士基船東建造的4艘超深水海洋支持船的成功經(jīng)驗(yàn)，該項(xiàng)目一舉成為馬士基的旗艦項(xiàng)目同時(shí)也是世界上最為先進(jìn)的超深水海洋支持船。由于此船艉部獨(dú)特的線型設(shè)計(jì)，使大部分軸系置于船體外部，因此采用前后雙人字架和四段式組合艉管設(shè)計(jì)來支撐和保證整體軸系的可靠操作以及維護(hù)。下文將著重介紹此船特有的軸系設(shè)計(jì)、布置以及安裝中所遇到的問題和解決經(jīng)驗(yàn)。

1 電力推進(jìn)系統(tǒng)配置和軸系設(shè)計(jì)特點(diǎn)

本項(xiàng)目配置雙軸系電力主推進(jìn)系統(tǒng)，以及艏艉各3臺(tái)側(cè)推來實(shí)現(xiàn)超深水DP3動(dòng)力定位作業(yè)，動(dòng)力定位能力滿足最高的ERN（99,99,99,99）要求，下文著重介紹主推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和安裝經(jīng)驗(yàn)。

每套主推進(jìn)系統(tǒng)含推進(jìn)馬達(dá)、減速齒輪箱、螺旋槳軸和定距螺旋槳等主要設(shè)備；配套設(shè)備由艉管、艉管軸承、艉軸密封、軸接地和鎖軸裝置等設(shè)備組成；輔助系統(tǒng)含推進(jìn)馬達(dá)滑油系統(tǒng)、齒輪箱滑油系統(tǒng)、艉管滑油系統(tǒng)以及軸承低轉(zhuǎn)速頂舉系統(tǒng)（涉及馬達(dá)軸承、齒輪箱軸承和艉管軸承等）；本船主推進(jìn)系統(tǒng)的整體布置和船上安裝后實(shí)際情況如圖1和圖2所示。

圖1 電力推進(jìn)系統(tǒng)主要設(shè)備示意圖

圖2 外置組合型艉管和軸系實(shí)際安裝

本項(xiàng)目推進(jìn)軸系的主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：

1）作為雙軸系電力推進(jìn)工程船，本船主推進(jìn)配電系統(tǒng)通過6 600 V～690 V變壓器和12脈沖變頻器來驅(qū)動(dòng)和控制推進(jìn)馬達(dá)，再經(jīng)減速齒輪箱和螺旋槳軸將電功率傳遞到定距螺旋槳上，實(shí)現(xiàn)船舶的動(dòng)力推進(jìn)。

2）為滿足DNV Clean Design船級(jí)符號(hào)設(shè)計(jì)要求[1]，艉軸后密封采用了氣封型式，用持續(xù)供給的壓縮空氣隔離油水界面，避免艉管滑油泄露到海水中；

3）根據(jù)本船艉部獨(dú)有的線型特點(diǎn)，采用雙人字架設(shè)計(jì)將艉管穩(wěn)固的懸掛在船體外底板下，其中艉管由四段可拆式艉管組成[2]，方便操作和維護(hù)，如圖3所示；

4）為滿足不同海況條件下的DP3動(dòng)力定位作業(yè)需求，整個(gè)推進(jìn)軸系和螺旋槳需保證在全轉(zhuǎn)速區(qū)間（0 rpm～158 rpm）內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，因此本船的推進(jìn)馬達(dá)軸承、齒輪箱軸承、艉管軸承均設(shè)計(jì)了軸承頂舉系統(tǒng)[3]，該系統(tǒng)在推進(jìn)軸系低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下（0 rpm～35 rpm左右），向軸承底部提供高壓滑油（約2.0 MPa）來建立油膜，將整個(gè)軸系托舉起來進(jìn)而保證低轉(zhuǎn)速下的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，避免軸承在低轉(zhuǎn)速條件下油膜未建立起來而過度磨損。

2 軸系安裝工藝研究

圖3 外置組合型艉管構(gòu)成（共4段）

根據(jù)本項(xiàng)目獨(dú)有的外置四段式組合艉管軸系特點(diǎn)，如下總結(jié)和研究了此型軸系安裝工藝的基本步驟和注意要點(diǎn)，并對(duì)本項(xiàng)目軸系安裝過程中出現(xiàn)的重要問題做了針對(duì)性分析和經(jīng)驗(yàn)分享，供行業(yè)內(nèi)同類型船舶借鑒參考。

2.1 軸系校中

整個(gè)軸系安裝的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)是軸系校中，確保各軸承負(fù)荷在合理范圍之內(nèi)。本船四段式組合艉管依托于兩個(gè)人字架懸掛在船體外部，形式非常特殊，為保證艉管的定位精確，對(duì)艉部結(jié)構(gòu)變形的控制則尤其重要。在此之前船廠沒有相關(guān)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)可供參考，經(jīng)過反復(fù)研究和討論，船廠精度人員對(duì)局部的船體變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為了模擬船舶下水后外板的受力情況，避免下水后因船體變形造成軸承負(fù)荷超標(biāo)，在船臺(tái)照光階段，撤去水線以上的支墩（支墩布置如圖4所示），觀察艉部結(jié)構(gòu)下沉的情況。

1）支墩2和3保留，支墩1、4、6、7、8和9在照光前24小時(shí)拆除，不再恢復(fù)；

2）支墩5和10在照光前24小時(shí)拆除，復(fù)光后恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)拖住而不讓結(jié)構(gòu)繼續(xù)變形的目的；

3）船體底部的建造墩務(wù)必夯實(shí)。

在撤墩后進(jìn)行實(shí)船觀察，發(fā)現(xiàn)艉部結(jié)構(gòu)變形10 mm左右后，不再繼續(xù)變形，最終實(shí)現(xiàn)了艉部結(jié)構(gòu)的變形控制，為軸系安裝奠定了基礎(chǔ)。

2.2 軸系到貨尺寸檢驗(yàn)

螺旋槳軸、艉管和聯(lián)軸節(jié)到貨后，船廠質(zhì)量人員和技術(shù)人員進(jìn)行基本尺寸檢驗(yàn)，對(duì)關(guān)鍵尺寸例如外徑、內(nèi)徑和實(shí)際長度等按正式表格進(jìn)行記錄，做好質(zhì)量控制。

2.3 艉管定位安裝

本船艉管十分特殊，每套艉管由四段組成，首段和尾段需定位安裝，中間段與首段法蘭連接，中間段和尾段之間有一段400 mm長的調(diào)節(jié)艉管（或稱為補(bǔ)償段），骨架密封，如圖3所示。

定位以舵線為基準(zhǔn)，測(cè)量后軸承座鑄件與舵線的距離相較理論距離的偏差，要求在5 mm以內(nèi)。如有偏差，需用環(huán)氧樹脂澆筑的間隙來相應(yīng)調(diào)整艉管的定位，最終運(yùn)行過程中因溫度等造成的偏差由艉管補(bǔ)償段來彌補(bǔ)。

2.4 齒輪箱定位檢查

檢查齒輪箱中心軸線的距離，考慮齒輪箱落座后兩側(cè)與基座的間隙，避免干涉。

2.5 照光和復(fù)光

采用望遠(yuǎn)鏡照光的方式進(jìn)行軸系對(duì)中，并檢查軸舵系線相交性，允差4 mm以內(nèi)。艉管定位從艉向艏進(jìn)行，復(fù)光從艏向艉進(jìn)行。

2.6 艉管補(bǔ)償段短尺問題

艉管補(bǔ)償段實(shí)際到貨比圖紙尺寸短了100 mm，造成最內(nèi)側(cè)的油封處于失效狀態(tài)。針對(duì)此問題，一共提出了2種解決方案，最終考慮實(shí)際情況，和船東協(xié)商后，該系列船的前3條船采用方案A，最后一條船采用方案B來解決此問題。

圖4 船臺(tái)支墩布置圖（艉部）

方案A：替換滑動(dòng)段骨架；

方案B：按圖紙重新制作，提供正確尺寸的艉管補(bǔ)償段。

由此看來，船廠人員參與重大設(shè)備的FAT試驗(yàn)以及設(shè)備到貨檢驗(yàn)是十分必要的，提前發(fā)現(xiàn)問題，節(jié)省修改成本和工期。

2.7 齒輪箱油底殼處結(jié)構(gòu)修改

齒輪箱位于推進(jìn)器室底部，其油底殼低于艙室甲板，故形成凹坑，存在積水的隱患，且齒輪箱艉部設(shè)有檢修人孔蓋，距離艙壁太近，無法進(jìn)入，基于上述原因?qū)︳翰拷Y(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，增大間距，同時(shí)底部設(shè)計(jì)斜度，保證此處艙底水流向艏部的污水井中，最終利用艙底水泵進(jìn)行排水。

2.8 液壓螺栓拉伸工具干涉問題

液壓聯(lián)軸節(jié)與齒輪箱之間連接法蘭的螺栓為液壓螺栓，原始提供的拉伸工具太長，無法在齒輪箱側(cè)安裝。最終廠家重新提供較小尺寸的拉伸工具用于液壓螺栓安裝，需注意在設(shè)計(jì)階段就要考慮液壓螺栓拉伸工具的操作空間需求。

2.9 環(huán)氧澆筑前后軸負(fù)荷變動(dòng)問題

當(dāng)船舶下水后，需進(jìn)行排軸，根據(jù)軸系校中計(jì)算書中螺旋槳軸聯(lián)軸節(jié)法蘭與齒輪箱輸出軸法蘭的叉口和外圓值，來調(diào)整齒輪箱的定位，同時(shí)預(yù)留環(huán)氧樹脂的壓縮率 1‰。澆注前測(cè)量軸負(fù)荷，滿足廠家要求。隨后進(jìn)行齒輪箱底座澆注，澆筑后復(fù)測(cè)軸負(fù)荷，齒輪箱后軸承負(fù)荷接近 0，超出要求。船廠基于之前經(jīng)驗(yàn)判斷，環(huán)氧樹脂壓縮率變動(dòng)并不會(huì)很大。隨后船廠多次測(cè)量，負(fù)荷變動(dòng)很大，有時(shí)滿足要求，有時(shí)特別低，特別是在溫度低于10℃時(shí)。考慮到齒輪箱工作溫度會(huì)上升，冷態(tài)測(cè)量值并不可靠。最終在約13℃時(shí)測(cè)量結(jié)果良好。在后期試航期間，軸系運(yùn)轉(zhuǎn)良好，熱態(tài)軸負(fù)荷很好。

3 結(jié)論

本項(xiàng)目采用雙軸系電力推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，每套軸系包含置于船體外部的四段靈活艉管，艉密封采用氣封形式來滿足DNV Clean Design船級(jí)符號(hào)要求。通過雙人字架及推進(jìn)器室后艙壁各支撐一段軸承（共3個(gè)艉管軸承），每個(gè)軸承的底部設(shè)置軸承頂舉系統(tǒng)來滿足軸系和螺旋槳在 DP3不同海況下的全轉(zhuǎn)速運(yùn)行（0 rpm～158 rpm），這種獨(dú)特且可靠的軸系設(shè)計(jì)以及船廠優(yōu)化的安裝工藝，使該項(xiàng)目的推進(jìn)系統(tǒng)性能得到了極大的保障，最終在船舶的性能試驗(yàn)以及DP3 FMEA試驗(yàn)中運(yùn)行良好，并在船舶交付運(yùn)營的過程中也獲得了船東的高度評(píng)價(jià)。