大功率艦艇推進軸系合理校中技術及工藝

張金國，舒禮偉，王 雋，楊 俊

（1.武漢第二船舶設計研究所，武漢430064；2.海軍駐武漢第二船舶設計研究所軍代表室，武漢430064）

在艦艇建造和維修過程中，軸系的校中方法很多［1］，但就其校中的基本思想和原理而言可以劃分為三大類：軸系直線校中方法、軸系軸承允許負荷校中方法、軸系合理校中方法。

1 軸系直線校中

直線校中是最早采用的軸系校中方法，采用該方法需在施工過程中嚴格保證各軸承同線、軸系各聯接法蘭的偏中值嚴格限制在規定范圍內。軸系呈直線敷設是直線校中的基本思想。

按軸承上允許負荷校中法是通過把軸承負荷調整在允許范圍內實現校中的。在軸系安裝前，要求對軸承負荷進行專門計算，給出軸承負荷允許范圍，在施工過程中用專門測力計測量軸承實際負荷。該方法通常只能對少數幾個中間軸承實現負荷調整和檢測，無法顧及尾管軸承及齒輪箱前后軸承的負荷分布情況。此外，實施過程中的負荷檢測方法尚存在一定的缺欠和局限性，因此，此方法無論在理論上還是在實施方面都不是一種完善的校中方法。

目前，對小型船舶推進軸系來說，主要采用“曲折和偏移”和負荷法進行安裝，采用“千斤頂頂舉系數”法進行檢驗，這些方法是在軸系實際的安裝條件與校中計算理論模型基本一致的情況下進行的。如果軸系實際安裝條件有變化，比如船體變形、軸承支撐剛度的影響等，用理論計算結果進行軸系安裝與檢驗，就難以滿足軸系實際安裝的需要，可能會帶來不必要的破壞和危險。而且，這些方法在應用中都有一定的局限性，費時費力，比如在“曲折和偏移”法中曲折和偏移的測量，除了調整軸承的變位之外，還需要在每一個法蘭連接處脫開和連接各對法蘭；而千斤頂法需要測量軸承支反力，在某些無法安放千斤頂的地方，就無法測量軸承的支反力；同時，兩種方法都無法用來對軸系運轉狀況進行分析與監測。

目前我國大功率艦艇的軸系校中仍采用了直線校中方法；在實際操作過程中，此方法存在不足。

其一，在艦艇建造過程中，軸系的安裝存在超差問題，其軸系法蘭的曲折值存在超標，且軸系安裝狀態不穩定；碰到此種問題艦艇設計方及建造方均要進行分析研究才能決定是否交驗，給艦艇的交驗造成很大影響。

其二，由于直線校中方法沒有考慮支承負荷的分配問題，通常會使得靠近螺旋槳的軸承負荷過大。此外，齒輪箱前后軸承負荷差難以保證在規定范圍內以及個別軸承可能會出現負負荷現象。顯然，由于實際結構中存在軸系各軸承間距不等、作用力不均衡等多種原因，使軸承負荷分配不合理，各軸段應力分布不均勻，導致軸系校中不良，其危害有：

1）尾軸管后軸承（靠近螺旋槳）負荷過大且單邊承載，長期運轉易造成軸承磨損，出現燒損和泄漏事故；

2）尾軸管前軸承和前中間軸承會因負荷過小或受反向負荷而失去正常的支承作用，發生失載現象，從而改變了軸系原有的動力特性，可能會使軸系的回旋振動臨界轉速進入主機的工作轉速區，產生劇烈振動；

3）減速齒輪箱前后軸承負荷差超出允許范圍，破壞了齒輪間的正常嚙合，產生較大的振動及噪聲，影響齒輪箱使用壽命等等?？梢?，直線校中方法不盡合理。

隨著大功率艦艇功率的增大、推進器重量的增加，導致推進軸系軸徑的增大，軸承負荷的增加，按照直線校中方法進行校中計算過程中發現，很多時候會出現無法滿足有關標準要求的情況；故必須采用更為合理的校中方法對大功率艦艇推進軸系進行校中計算。

2 軸系合理校中方法

所謂軸系合理校中，其實質是在遵守規定的軸承負荷、應力、轉角等限制條件下，通過校中計算以確定各軸承的合理位置，將軸系安裝成規定的曲線狀態，以達到使各個軸承上的負荷合理分配［2］。此法在有的文獻中也稱為“軸系最佳校中”。合理校中的實施包括三個階段：軸系校中方案設計、實施軸系校中、軸承負荷檢測。

采用有效的數值計算方法進行校中方案設計計算，將軸系按設計方案安裝后，再對軸承負荷進行實際測量、調整，以確保質量?？梢?，合理校中無疑會大大改善軸系的工作條件，有利于軸系長期安全運行。

國外從上世紀50年代已開始此項技術的研究，建立了合理校中設計計算方法，并將優化設計理論用于校中計算，從而使合理校中的方案設計更加精確。目前國外船級社（如法國、勞氏、挪威、日本、美國）已在船舶規范中作出明文規定，要求提供船舶設計時需提供軸系靜態校中計算書（包括校中軸系的各種狀態參數和工藝參數計算），并作為大型船舶軸系的安裝和交驗依據。

國內從上世紀70年代末期開始研究軸系合理校中技術，提出了三彎距法、有限單元法和遷移矩陣法等理論分析方法，并按照理論分析方法編制了校中計算的應用程序，進行了計算方法、測試方法的臺架試驗等研究，編寫了適用于校中計算安裝軸系的標準（CB＊／Z338-84《船舶推進軸系校中》）；同時在國內實船上進行了應用，早在1981年由上海船廠建造的16 000t出口船舶應用了該技術，其后江南、滬東、大連等船廠在建造出口船舶時也應用了該校中計算方法?，F在民用船舶的軸系安裝已普遍采用此方法，有些軍用艦艇也采用此校中技術，經實踐證明效果明顯。

3 軸系合理校中工藝

軸系合理校中時，可采用如下兩種方法進行。

3.1 按偏移、曲折校中

根據校中計算所給的各聯接法蘭上的偏移、曲折值進行軸系校中，是目前常用的方法。

3.2 按軸承位移校中

對于長軸系，由于聯接法蘭的數量多，如按法蘭的偏移、曲折校中難以達到校中計算的要求時（由于偏移曲折的誤差積累大），應采用光學儀按軸承的位移進行校中。這時，校中后各軸承的位移應符合校中計算文件的規定。

對于大功率艦艇來說，因其推進軸系長度較大，一般采用第二種方法進行軸系合理校中計算和安裝。

4 工程計算實例與分析

圖1為某大功率艦艇推進軸系布置簡圖，按照軸系直線校中方法以及軸系合理校中方法對其進行的校中計算，結果見表1、2。

圖1 軸系布置簡圖

從表1中可知，軸承2的支承力為負值，不滿足CB＊／Z 338-84的要求，因此必須對軸系狀態進行調整。采用合理校中方法，使軸承適當變位（垂向方向），具體措施是：以軸承2為理論中心線，將軸承1相對理論中心線下降2mm，軸承4、5、6下降0.5mm。表2計算結果顯示，六個軸承的支承力滿足標準要求。

表1 按軸系直線校中方法計算的軸承狀態

表2 按軸系合理校中方法計算的軸承狀態

采用合理校中后，尾軸軸承支承點轉角大于CB＊／Z 338-84的要求，可采用尾軸承斜鏜孔方法進行處理。

5 結束語

軸系合理校中方法不僅原理正確、技術方法成熟，而且經過幾十年實踐運行證明該方法比直線校中方法和軸承允許負荷校中方法優越；該方法在國外已廣泛采用，并在船舶規范中明文規定軸系在設計時需提供軸系校中計算書，軸系安裝可參照軸系校中計算結果指導進行；大功率艦艇上采用軸系合理校中方法技術上已具備了條件。

當前情況下，針對大功率艦艇的推進軸系尚需開展如下工作：推進軸系合理校中安裝工藝研究，如推進軸系斜鏜孔工藝；推進軸系動態校中研究與應用［3］，目前軸系動態校中在國內還處于研究階段，實際應用較少。

［1］周繼良，鄒鴻鈞.船舶軸系校中原理及其應用［M］.北京：人民交通出版社，1986.

［2］張洪田.船舶軸系合理校中技術研究［J］.黑龍江工程學院學報：自然科學版，2003（6）：3～7.

［3］游加慰.軸系校中計算動態因素的研究［J］.武漢造船，1998（2）：28～31.