某型艦大范圍割焊對軸系影響的探討與應對措施

唐 穩,金志廣

(1.青島地區裝備修理監修室,山東青島 266001;2.4808工廠,山東青島 266001)

某型艦在修理中,包括軸系在內的大型設備要全部出艙修理。為了各個艙室設備修前及修后的出、回艙,在整個施工過程中,艦體將面臨大范圍的切割和焊接,艦體不可避免的將產生應力變形,并引起軸系的相應變化。艦體經過大范圍切割或焊接后,會產生何種變形、對軸系會造成何種影響、軸系本身狀態會有何種變化以及采取的應對措施等,將是面臨的幾個問題。本人根據多年的軸系修理實踐,結合以往該型艦的修理經驗,綜合分析了艦體變形對軸系的影響,提出了針對性的應對措施,以確保該艦軸系的安裝質量。

1 軸系的布置

軸系布置見圖 1。

圖1 軸系布置示意圖

該艦采用雙軸系布置,設置槳軸、艉軸、中間軸。槳軸和艉軸由后托架、中間托架和艉軸管 3個橡膠軸承支撐;3段中間軸由 3個白合金支點軸承和齒輪箱后支點軸承支撐。軸系總長約 56m,屬于長軸系。

2 軸系修前狀態與分析

2.1 負荷法測量

修前浮態下,用負荷法測量了軸系各個支點軸承的支反力,表1為測量數據。圖 2為左軸系 1#支點軸承支反力測力圖。

表1 軸系支點軸承支反力

圖2 左軸系 1#支點測力圖

2.2 橡膠軸承磨損情況

軸系抽出后,測量了橡膠軸承間隙。左軸系艉管軸承、前托架軸承和后托架軸承的磨損量分別為9.93mm、11.73 mm和 3.80 mm;右軸系艉管軸承、前托架軸承和艉托架軸承的磨損量分別為4.70 mm、4.04 mm和 3.17 mm。從數據對比看出,左軸系的磨損程度遠大于右軸系。

左、右軸系經過拆檢和測量,發現軸系的橡膠軸承存在不同程度的磨損,其中,后托架軸承磨損程度較小,而艉軸管和前托架軸承磨損程度較大。橡膠軸承產生不同程度的磨損,主要與其承載面積的大小有關,艉托架軸承的承載面積是其他軸承的2倍,所以,磨損較輕。

但左、右軸系的艉管和前托架軸承磨損程度有較大差異,左軸系的艉管軸承和前托架軸承的磨損程度遠大于右軸系。同樣的軸承承載面積,出現不同程度的磨損,是一種異常現象,這種異常現象的出現,主要與軸系的安裝狀態及其后來對相鄰支點調整有關。因此,左軸系修后安裝時,應充分注意對橡膠軸承的相鄰及其它支點軸承的調整。

2.3 軸系狀態

由于左軸系橡膠軸承磨損大,造成軸線下沉增大。從表 1中支點軸承的支反力實測與建造值對比看出,軸系各支點的支反力有相應變化,與其相鄰的 1#支點支反力明顯增大,2#、3#支點支反力減小,齒輪箱支點支反力增大。

軸系在長期運轉過程中,由于橡膠軸承不斷磨損,造成軸線下沉,導致相鄰支點載荷不斷增大,各支點支反力隨之改變。當相鄰支點載荷超過規定時,可能引起支點發熱、熔化、振動等故障出現,因此,支點需要進行相應調整,使整個軸系不斷適用軸線的變化狀態。該型艦軸系在長期運行過程中,曾出現過對支點軸承進行修刮調整的事例,應與上述情況的影響有關。圖 3為左軸系修前彎曲狀態示意圖。

圖3 左軸系修前彎曲狀態示意圖

3 艦體狀態與分析

3.1 艦體切割與焊接對軸系的影響

由于修理的需要,全部設備需要出、回機艙,所以,機艙和輔助設備艙室,以及相關的上層建筑,需要進行割焊作業。艦體在進行大范圍的割焊作業的過程中,艦體將產生變形,最終影響到軸系,引起軸線的變化。

艦體是一個應力平衡的彈性體,彈性體上任何的改變將引起艦體應力的相應變化。所以,割艙后,原有的應力平衡受到破壞,艦體將出現上拱變形;重新焊接后,由于焊接應力的作用,艦體將出現下拱變形。艦體的下拱變形將引起軸系各支點支反力的重新分布,軸系在各支點的約束下呈現下拱變形狀態。艦體下拱變形的大小,取決于割焊面積的大小和焊縫的大小,如果在軸系安裝區割焊作業,將對軸系的變形產生較大影響。

對艦體的變形,正常情況下可以通過透光等方法進行監測。但該型艦中間軸出艙相當困難,若要出艙,則需要大面積的切割,在軸系安裝區域進行大面積切割和焊接,對艦體會造成難以預料的變形,為減少不必要的變形,中間軸留在原位檢修。由于中間軸不出艙,難以采取監測手段監測艦體變形對軸系的影響,因此,只能通過經驗來判斷軸系變形的趨向。根據以往某型船中修改裝主機的經驗,機艙經過切割和焊接后,船體將出現整體下拱變形。但船體整體下拱變形是一條弧型曲線,故由此而引起的軸線變形亦為相應的弧形曲線。一般來說,艦體縱向上、下拱變形對于長軸系的影響不是很嚴重的,最終可通過在艦體浮態下調整支點軸承的措施,使軸系得到符合要求的軸線。

3.2 艦體溫差變形對軸系的影響

艦體溫差變形主要是指陽光照射艦體造成的變形。陽光照射對艦體造成的變形,包括水平方向(左、右)的變形及垂直方向 (上、下)的變形。艦體溫差變形,有左右和垂直方向的變形,以及兩者同時存在的變形。當早晨陽光斜照艦體的一側時,由于兩舷溫差的作用,艦體向另一側彎曲變形。當午后陽光直射艦體時,由于上甲板與船底板溫差的作用,艦體上拱變形。變形的大小與照射時間和照射的強度有關。經過某型艦對軸系法蘭的直接監測,青島地區夏季 7:00左右,艦體即開始變形,軸系隨之變化,午后變形最大,22:00時以后逐漸恢復常態。軸系變形規律直接反應在法蘭平面的開口上,法蘭從水平 (左或右)開口一直發展到垂直 (上)開口,夜間逐漸恢復。一般來說,溫差變形對艦體和軸系變形影響較明顯,但掌握了溫差變形的規律,可以避免對軸系變形的影響。

4 應對措施

4.1 激光法初調相鄰支點

軸系原用的橡膠軸承由于使用年限長和磨損等原因,需要更換新的備件。新軸承的內徑配合間隙相對于磨損后的舊軸承要小的多,尤其左槳的原艉管軸承和前托架軸承磨損量大,軸線下沉量大。當軸系橡膠軸承換新后,軸線將明顯抬高,因此,相鄰支點軸承也要相應抬高,方可滿足軸系安裝對接的需要。為此,可以在塢內采用激光校中法,檢查中間軸線的狀態,初步確定相鄰支點軸承相對于軸線的位置,必要時進行初步調整。

4.2 負荷法調整軸線

當軸系和全部設備回艙復位和艦體全部焊接復原后,由于設備載荷和焊接應力的共同作用,艦體將產生新的應力分布,軸系的各支點軸承需要根據支反力大小,用負荷法進行重新調整。首先,在塢內進行初步調整,出塢后浮態下,并在艦體應力重新分布穩定后,對各支點軸承進行檢查和調整,最后,艦體裝 (壓)載后,進行復查和精調,并結合著色法檢驗支點軸承接觸面積。

5 結束語

本文探討了艦體大范圍切割和焊接產生的變形及對軸系的影響,并對軸系的安裝恢復提出了具體的應對措施。通過工藝措施的控制和精細調整,在下一步的安裝工作中,軸系的安裝質量是能夠得到保證的。