王 彧

（大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

目前，航運(yùn)已成為最重要的國際運(yùn)輸方式之一。2012 年以來，我國經(jīng)濟(jì)總量已達(dá)到全球第2 位，海上運(yùn)輸量也已排名國際前列。繁忙的海上運(yùn)輸往往會導(dǎo)致船舶事故頻發(fā)。根據(jù)近10 年的統(tǒng)計(jì)，每年沉沒在我國海域的船舶數(shù)量超過300 條，尤其是發(fā)生在港口和航道內(nèi)的事故，往往會導(dǎo)致航運(yùn)全面癱瘓[1]。

自2006 年以來，半潛式船舶迎來迅速發(fā)展，逐漸成為搶險(xiǎn)打撈工程作業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵裝備[2]。

相較于普通貨船和集裝箱船舶，半潛式打撈船具有更大的甲板平臺，可運(yùn)輸更多的貨物。近年來，我國對能源的需求高速增長。為了滿足日益增長的能源需求，石油天然氣的開發(fā)也從陸地、近海走向深遠(yuǎn)海，深海油氣平臺及相關(guān)輔助設(shè)施的運(yùn)輸及安裝需求日益增加，而半潛船正是可以高效安全運(yùn)輸這些設(shè)備的絕佳工具。此外，作為一種具有強(qiáng)大運(yùn)載能力的船型，半潛船隨時(shí)可調(diào)整為一個(gè)大型海上運(yùn)輸平臺，戰(zhàn)略意義十分顯著[3]。

本文基于某120 000 kN 抬浮力半潛式打撈船，對其設(shè)計(jì)情況進(jìn)行介紹，并對安裝工藝的難點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，對軸托工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行有限元分析，以保證軸系的正確安裝。

1 項(xiàng)目介紹

本文研究的120 000 kN半潛式打撈船屬于電力推進(jìn)的自航半潛打撈工程船，其尾部布置有2 個(gè)可拆移動(dòng)式浮箱，并能通過船上的專用設(shè)備進(jìn)行移動(dòng)和重新布置。在淺水區(qū)域，該船采用8 點(diǎn)錨泊定位系統(tǒng)進(jìn)行定位；在深水區(qū)域，該船采用動(dòng)力定位系統(tǒng)進(jìn)行定位。船舶總長169.0 m，型寬39.8 m，型深10.9 m，設(shè)計(jì)吃水7.5 m，打撈吃水8.8 m，最大半潛吃水21.4 m，甲板有效作業(yè)面積5 300 m2，載重量26 000 t，單船單邊最大抬浮力120 000 kN，設(shè)計(jì)航速不低于14 kn。

2 長軸系安裝工藝

如圖1 所示，本船的艉管軸承可分為前段、中段和后段。在設(shè)計(jì)軸系時(shí)，軸承位置會加粗，而其他部分較細(xì)。軸系的前段軸承位于船殼內(nèi)，部分中間段軸承及后端軸承位于船殼外，見圖2。在穿軸的過程中，當(dāng)整個(gè)螺旋槳軸的質(zhì)心進(jìn)入艉管后段軸承時(shí)，整個(gè)軸系的前部會向下傾斜，這個(gè)過程中軸系有很大的可能會碰到艉管內(nèi)的滑油管和儀表管等，進(jìn)而導(dǎo)致軸系自身表面發(fā)生剮蹭。因此，需要在合適的位置上增加軸托，以減少因懸空產(chǎn)生的形變。

圖1 艉管軸承示意圖

圖2 軸系布置示意圖

2.1 軸托工藝設(shè)計(jì)

軸托由頂絲和軸托頭組裝而成，可滿足軸系頂撐的需求。

軸托頂絲示意圖見圖3，底部設(shè)計(jì)為六角螺母以便固定頂絲，頂部進(jìn)行鉆孔處理，預(yù)留軸托頭的安裝位置。為減小摩擦，頂絲頭進(jìn)行去銳角化處理。

圖3 軸托頂絲示意圖（單位：mm）

軸托頂絲整體采用一體式車床加工，材質(zhì)為45 號鋼。為減小摩擦、減輕軸系表面的磨損，軸托頭的頂部設(shè)計(jì)為半球體（見圖4）。軸托頭的材質(zhì)為聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE），相較于鋼材，PTFE 強(qiáng)度較低，質(zhì)地較軟，可有效減輕軸系表面的磨損。

圖4 軸托頭示意圖（單位：mm）

2.2 長軸系彎曲變形理論分析

在安裝長軸的過程中，當(dāng)軸系通過艉軸管后，處于與后段軸承接觸但未達(dá)到中間軸承的狀態(tài)，此時(shí)可將軸系視為一個(gè)懸臂梁模型，其彎曲變形公式為

式中：x為軸線坐標(biāo)；M為彎矩；R為曲率半徑；E為彈性模量；I為截面抗彎慣性矩。

平面撓曲線上任一點(diǎn)的曲率方程[4]為

隨著人口老齡化和社會發(fā)展，終末期腎病的發(fā)病率越來越高， 血液透析是目前慢性腎衰竭患者腎臟替代治療方法，因患者增加，因此維持性血液透析患者群越來越大。這一群體中存在許多嚴(yán)重的心身問題，如焦慮抑郁情緒，嚴(yán)重影響患者的預(yù)后、依從性和生活質(zhì)量。隨著透析技術(shù)的進(jìn)步，心理健康對維持性透析患者依從性的提高以及生活質(zhì)量的改善影響尤為重要。因此，有必要在血液凈化中心加強(qiáng)對于維持性血液透析患者的心理評估和干預(yù)，通過采用合理積極的心理護(hù)理干預(yù)，促成患者提高生活信心，依從性，克服疾病，促進(jìn)患者身心健康的恢復(fù)[1-2]。本研究選擇2016年4月本研究分析了改善維持性血液透析患者心理健康的心理護(hù)理方法，現(xiàn)報(bào)告如下。

式中：w為撓度。

由于軸的變形量非常小，轉(zhuǎn)角可忽略不計(jì)，因此式（2）可進(jìn)一步表示為

假定軸系受均勻載荷，其彎矩方程為

式中：q為均勻載荷；l為自由端至固定端的長度。

將式（4）代入式（3），可得最大撓度wmax[5]為

由式（5）可知，隨著固定端至自由端的長度越長，軸系的最大撓度越大，即軸系的變形量也越大。

2.3 有限元仿真

本小節(jié)基于SolidWorks Simulation 軟件對長軸系在安裝過程的變形情況進(jìn)行有限元仿真。建立模型，劃分網(wǎng)格，輸入材料參數(shù)，定義外部載荷和邊界條件。

定義2 種極端工況進(jìn)行仿真：

1）工況1，即長軸在通過后段軸承即將達(dá)到中段軸承的狀態(tài)。

2）工況2，即長軸在通過中段軸承尚未達(dá)到前段軸承的狀態(tài)。

2 種工況下軸系的變形情況分別見圖5 和圖6。對于工況1，軸系懸空長度超過7 m，最大撓度變形為16.6 mm。對于工況2，軸系懸空長度約5 m，最大撓度變形為3.8 mm。

圖5 軸系變形情況仿真結(jié)果（工況1）

圖6 軸系變形情況仿真結(jié)果（工況2）

若艉管后段軸承與中段軸承之間不設(shè)軸托，軸系最前端在未達(dá)到中段軸承前很可能碰撞滑油管。因此，考慮在艉管軸承和中間軸承的中間位置增加1 組軸托。增加該軸托后，可將軸系的懸空長度控制在5 m 范圍內(nèi)，且會有效減小懸空部分的撓度。

2.4 軸托安裝過程

若軸托高度太低，可能會導(dǎo)致軸頭碰到滑油管；若軸托高度太高，整個(gè)軸的質(zhì)量會全部落到軸托上，不僅會增大摩擦，還可能會損壞軸系。根據(jù)反復(fù)測試與研究，當(dāng)軸托高度為85 mm 時(shí)，可使直徑為375 mm 的軸系完全落位在艉軸軸承上。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)凸臺完全經(jīng)過軸托時(shí)，將軸托再抬高5 mm，讓整個(gè)直徑為375 mm 軸系的質(zhì)量均落在艉軸承及軸托上。當(dāng)?shù)? 個(gè)凸臺到達(dá)軸托時(shí)，將軸托的高度降低為85 mm，避免質(zhì)量集中在軸托上。經(jīng)過計(jì)算，軸頭能夠正常進(jìn)入前軸承，且不會發(fā)生碰撞。在軸頭穿過前軸承后，可在軸頭增加吊帶，輔助整個(gè)軸系安裝到位。該安裝方法解決了彎曲變形導(dǎo)致的安裝難題，可有效避免滑油管等其他結(jié)構(gòu)對軸系安裝造成的影響。

3 結(jié)論

半潛式打撈船往往擁有較長的軸系，撓度變形也較大。在安裝的過程中，軸系常與周邊的滑油管接觸，產(chǎn)生安裝困難的問題。

本文基于某120 000 kN 抬浮力半潛式打撈船，對其設(shè)計(jì)情況進(jìn)行介紹，并對安裝工藝的難點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，對軸托工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行有限元分析，以保證軸系的正確安裝。本文主要可得到如下結(jié)論：

1）本文提出的軸托設(shè)計(jì)工藝，可在長軸系安裝過程中為懸空部位的軸系提供必要的支撐力。

2）軸系懸空長度越長，撓度變形越大。

3）在沒有軸托的情況下，軸系最大撓度變形為16.6 mm；增加軸托后，可將軸系的最大撓度變形減小至3.8 mm。

4）當(dāng)軸托高度為85 mm 時(shí)，本文提出的安裝方法解決了彎曲變形導(dǎo)致的安裝難題，可有效避免滑油管等其他結(jié)構(gòu)對軸系安裝造成的影響。