謝最偉 程 坤 陶 鑫 郝長(zhǎng)亮

（1、海裝廣州局，廣東 廣州510200 2、中船黃埔文沖船舶有限公司，廣東 廣州510715）

某船在恒轉(zhuǎn)速低螺距工況下，螺旋槳產(chǎn)生較大空泡，引起的脈動(dòng)壓力造成船體艉部結(jié)構(gòu)振動(dòng)較大，雖然振動(dòng)測(cè)量結(jié)果滿足規(guī)范要求，但給設(shè)備以及管路的正常運(yùn)行帶來(lái)了影響，同時(shí)也影響了船員工作、生活環(huán)境的舒適性，因此，需對(duì)艉部振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)處理。根據(jù)總體設(shè)計(jì)單位的方案，應(yīng)對(duì)艉部船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，新增材料重量超過(guò)8 噸，施工過(guò)程中需進(jìn)行大量焊接作業(yè)。由圖1 可看出，大量的焊接會(huì)對(duì)艉部船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的熱量輸入，導(dǎo)致船體發(fā)生變形，進(jìn)而會(huì)對(duì)軸系狀態(tài)造成影響。如采用抽軸后的軸系中心線為基準(zhǔn)對(duì)軸系進(jìn)行變形監(jiān)控，則需拆除軸系水下全部部件，拆裝周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，且拆裝過(guò)程中存在不可控風(fēng)險(xiǎn)。在沒(méi)有相關(guān)成功經(jīng)驗(yàn)可借鑒的情況下，本文創(chuàng)新性提出了一種軸系變形監(jiān)控方法，用以監(jiān)控施工過(guò)程中的軸系變形情況，并實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整，海試結(jié)果證明了該方法的合理性與可行性。

1 軸系變形監(jiān)控方法

由圖1 可分析出，如船體艉部結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，將主要引起軸系中心線與軸承間隙變化，本文主要針對(duì)上述兩種情況研究制定監(jiān)控方法。

1.1 軸系中心線變形監(jiān)控

圖1 某船艉部結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)構(gòu)加強(qiáng)施焊前，在艉、中托架前后端外側(cè)，以及Fr33 與Fr-4 外板處分別裝焊光靶架，光靶中心距軸中心水平距離約700mm,高度與軸中心線一致，通過(guò)激光準(zhǔn)直儀將光靶中心調(diào)整在一條直線上，鎖定靶心。通過(guò)靶心拉線，此鋼絲線即為軸系中心線變形監(jiān)控的基準(zhǔn)線（如圖2、圖3 所示）。結(jié)構(gòu)加強(qiáng)焊接過(guò)程中，可通過(guò)觀察安裝在光靶外側(cè)的百分表變化情況（如圖4 所示），實(shí)時(shí)監(jiān)控軸系中心線變化情況。同時(shí)，每?jī)尚r(shí)測(cè)量并記錄一組鋼絲線到光靶檢查圓之間的距離，加強(qiáng)中心線變形監(jiān)控。整個(gè)焊接過(guò)程中，如數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，應(yīng)立即停止作業(yè)，找到原因并采取合理措施進(jìn)行糾正。

圖2 軸系中心線監(jiān)控示意圖

焊接作業(yè)完成后，待船體狀態(tài)穩(wěn)定，以Fr-4 光靶心為艉基點(diǎn)，F(xiàn)r33 光靶心為艏基點(diǎn)進(jìn)行照光，此時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能讓環(huán)境溫度與焊前照光時(shí)保持一致，測(cè)量其它光靶心的偏差，如相對(duì)偏差小于0.8mm，可認(rèn)為整個(gè)焊接對(duì)軸系中心線產(chǎn)生的偏差不影響軸系正常運(yùn)轉(zhuǎn)；如偏差大于0.8mm，則可認(rèn)為監(jiān)控過(guò)程出現(xiàn)了失誤，需抽出螺旋槳軸、尾軸，進(jìn)行軸系對(duì)中處理。

1.2 軸承間隙變化監(jiān)控

結(jié)構(gòu)加強(qiáng)施焊前，割除保護(hù)罩與防繩罩，測(cè)量并記錄艉、中托架處軸承前后兩端與軸之間的間隙。結(jié)構(gòu)加強(qiáng)施焊過(guò)程中，在軸承前后端加裝百分表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軸承間隙變化情況，安裝施工圖如圖5 所示。軸承間隙每?jī)尚r(shí)測(cè)量一次，若百分表示數(shù)變化變化明顯時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即測(cè)量如圖6 所示位置1 或1' 處的間隙，如0.2mm 塞尺插不進(jìn)，立即停止焊接作業(yè)，及時(shí)調(diào)整焊接順序和焊接位置，如間隙無(wú)法得到好轉(zhuǎn)，則只能抽軸后進(jìn)行軸系對(duì)中處理。

圖3 軸系中心線監(jiān)控施工圖

圖4 光靶位置變化監(jiān)控示意圖

2 軸系變形監(jiān)控結(jié)果

采取上述方法對(duì)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)焊接作業(yè)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，焊接工作結(jié)束后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行測(cè)量。

2.1 軸系中心線變化情況

根據(jù)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)前后的2 次照光數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出軸系中心線在焊接后的最大偏差值為0.496mm，小于工藝要求的0.8mm，偏差值在允許范圍內(nèi)，該偏移不影響后續(xù)軸系的正常運(yùn)行。從結(jié)果可分析出，焊接作業(yè)導(dǎo)致的外板變形，確實(shí)對(duì)軸系中心線產(chǎn)生了影響。

2.2 軸承間隙變化情況

通過(guò)測(cè)量結(jié)構(gòu)加強(qiáng)前后的軸承間隙，得出結(jié)論如下：中軸承與軸的間隙變化極小，最大偏移為0.05mm，且大部分間隙無(wú)明顯變化；艉軸承與軸的間隙受焊接變形影響相對(duì)較大，最大偏移為0.1mm，焊接后的軸承間隙滿足技術(shù)要求。艉軸承間隙的偏移值相比中軸承間隙變化明顯，其原因是艉軸承離集中施焊部位更近一些。

圖5 軸承間隙變化監(jiān)控施工圖

圖6 軸承間隙變化監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)

3 監(jiān)控效果驗(yàn)證

3.1 軸承負(fù)荷復(fù)測(cè)驗(yàn)證

船舶海試前，如何判斷軸系狀態(tài)是否符合設(shè)計(jì)要求，軸承負(fù)荷測(cè)量是最重要的手段。船舶下水后，按要求進(jìn)行軸承負(fù)荷復(fù)測(cè)，測(cè)得軸承實(shí)際負(fù)荷與理論負(fù)荷的最大誤差為13.038%，滿足“偏差小于等于理論負(fù)荷±20%”的要求。

3.2 海試驗(yàn)證

在海試過(guò)程中，對(duì)船舶振動(dòng)與軸系運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果如下：

（1）依據(jù)規(guī)范要求，對(duì)船體結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，所有測(cè)點(diǎn)振動(dòng)測(cè)量值均位于良好區(qū)。

（2）在主機(jī)正常工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，對(duì)軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，各諧次均未測(cè)到明顯的共振轉(zhuǎn)速，表明主機(jī)軸系在正常工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可以安全運(yùn)行。

（3）在主機(jī)正常工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，對(duì)軸系的橫向振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，未測(cè)到1 諧次共振轉(zhuǎn)速，也未測(cè)到葉頻次共振轉(zhuǎn)速，滿足規(guī)范要求。

（4）推進(jìn)系統(tǒng)各熱工參數(shù)均處于要求范圍內(nèi)，整個(gè)海試過(guò)程中，系統(tǒng)運(yùn)行正常。

4 結(jié)論

本文根據(jù)某船處理振動(dòng)問(wèn)題的實(shí)際工程需要，創(chuàng)新性的提出了一種軸系變形監(jiān)控的方法。通過(guò)采用該方法，能避免抽軸以及抽軸帶來(lái)的牽連工程，規(guī)避軸系拆裝過(guò)程中的不可控風(fēng)險(xiǎn)，可高效地將焊接變形對(duì)軸系的影響控制在允許范圍內(nèi)。軸承負(fù)荷復(fù)測(cè)以及海試結(jié)果表明，在船舶振動(dòng)問(wèn)題得到顯著改善的同時(shí)，軸系以及推進(jìn)系統(tǒng)的考核指標(biāo)滿足要求，這充分證明了該方法的合理性與可行性。該方法對(duì)同型船其余船只，以及其他船型的軸系變形監(jiān)控具有很高的指導(dǎo)與參考價(jià)值。