20.5萬t散貨輪軸系校中調整工藝分析

(南通中遠川崎船舶工程有限公司,江蘇 南通 226005)

20.5萬t散貨船是公司為中遠集團香港運輸公司建造的大型散貨船，是公司建造的最大噸位的散貨輪。主機為CMD-MAN B&W 6S70MC-C7船用低速柴油機,最大持續輸出功率18 660 kW×91 r/min。中間軸直徑580 mm×8 201 mm、艉軸直徑750 mm×8 825 mm各1根，中間軸承1只。主機在塢內分為兩段搭載組裝，船舶進水后進行軸系對中調整、主機定位及環氧墊塊澆注等工程。

主機軸系負荷測量、調整是在船舶下水軸系螺栓聯接后進行，軸系負荷調整至規范要求范圍內后主機方可定位，因此主機、軸系調整、負荷測量也是影響系泊試驗周期的關鍵因素。

主機、軸系布置見圖1。

圖1 各軸承頂升(JACK-UP)位置布置示意

1 軸系負荷調整工藝

1.1 調整原理、方法簡述

軸系軸承負荷調整就是使軸系各支撐點承受適中負荷盡量接近校中計算書中規定值，偏差不得超過±20%(有的是±10%)，有效傳遞主機產生的轉矩，避免出現單個軸承負荷太輕或太重，影響軸承的使用壽命，保證船舶的動力。

調整過程分兩個階段進行。第一階段，用“GAP&SAG”法初步確定主機、軸系位置；第二階段，用“JACK-UP”法最后決定主機、軸系位置。

1.2 工藝流程

工藝流程見圖2。

圖2 工藝流程

1.3 作業條件及準備工作

1)進水前將機座調整至水平，要求水平誤差≤0.10 mm/m，并記錄相應的主機臺板同主機臺高度值。進水后，必須保證對稱，左右高度一致上抬或下降(左右的調整值差±0.5 mm以下)，以防止主機扭曲，要求扭曲度誤差≤0.1 mm/m。

2)下水后軸系螺栓聯接前測量主機最后一道軸承的上部和左、右間隙及主機最后一缸的曲軸臂距差值(便于在主機軸系負荷調整時判斷主機狀態。

3)按指定位置制做測量支架及百分表表架。

4)測量前對溫度(海水溫度、大氣溫度及柴油機油底殼溫度)、船舶的吃水進行測量并記錄。

5)軸系排正對軸承法蘭間的SAG和GAP值的公差要求一般為±0.1 mm。校中時，要求船上無較大的振動作業，船上設備的裝載狀態基本保持不變，無影響船舶吃水壓載的變更，油艙、柜無影響船舶吃水的大量加油。因船體受太陽直射的溫差變化的影響，軸系排好后不做任何調整，每天早晚檢查各法蘭的 SAG和GAP值,發現至少有0.20 mm的變化，故實際一般選擇上午的同一時段進行相關報檢。

1.4 排軸、主機定位，連接軸臨時螺栓

按照《軸系校中計算書》在螺旋槳軸法蘭上方施加垂直向下的附加力，使螺旋槳軸與艉管艏軸承充分貼合，以螺旋槳軸為基準軸采用“GAP&SAG”法，由艉軸向前，調整中間軸的臨時支撐和主機座，使艉軸與中間軸、中間軸與主軸曲軸法蘭的開口值(GAP)和位移值(SAG)符合對中圖紙要求，從而確定中間軸承和主機位置。見圖3。

圖3 艉軸、中間軸、主機法蘭“GAP&SAG”示意

1.5 軸系負荷調整

負荷測量前，軸系臨時支承均已拆除，軸系無任何附加物。施工現場環境要整潔安全，應不受振動、高分貝噪聲作業干擾。必須核實頂升油泵面積，油泵應無滲漏現象，壓力表經計量室檢驗合格，要有合格證件，百分表安裝位置與泵中心在同一截面上。測量中間軸頂升過程位移量的數值所選用的百分表亦須經計量室鑒定。

以中間軸承為例簡述實操過程。

1)如圖4所示，在位置③放置一只千斤頂，千斤頂的支撐座架要有足夠的剛度，以避免因油缸頂升過程中船體底板、主機底座產生變形而影響測量準確性。

圖4 中間軸承頂升示意

2)在油缸中心正上方軸頸上放置一個百分表，固定百分表的支架要牢固。

3)驅動油泵從而頂升中間軸，當頂升油缸壓力到達5 MPa(此數據應根據油缸的活塞面積現場修改)，要求油缸每升高1.0 MPa或0.5 MPa，記錄對應的軸上升量，直到將中間軸頂高約0.3 mm(尾軸、主機曲軸分別以尾密封和主軸承間隙為界)，慢慢地泄放油壓，每降1.0 MPa或0.5 MPa一次，記錄對應的軸下降量(具體油壓的升降以實際所繪負荷曲線為準)。見圖5。

圖5 中間軸承負荷分析

4)以同樣的方法測量艉管前軸承及主機最后兩道主軸承的負荷，見圖6、7。

圖6 主機飛輪頂升示意

圖7 主機倒數第二道軸承頂升示意

5)測量主機最后兩缸的曲軸臂距差。

曲軸臂距差值是判斷主機是否處于正常狀態的一個重要參數，主機曲軸臂距差的調整是通過改變主機首部尾部的位置(將主機的一端固定，調整另一端)來實現的，主機尾部抬高或降低對第6缸的影響較為明顯。調整時需注意盡可能避免碰撞造成主機扭曲變化。

6)測量主機臺板下凹量。

船舶航行時，氣缸內產生大量熱能使主機呈上拱趨勢，因此在調整階段應使主機機座呈下凹狀態，但下凹量不宜過大，應在B&W公司的認可范圍內。主機撓度的調整是靠主機的底腳頂絲來實現的。當主機撓度值過大時，調整局部地腳頂絲使撓度值變小，當撓度值過小或主機機座呈上拱狀態時不宜強行使主機呈下凹狀態。

7)測量主軸承間隙。

根據測量結果，如數據不符合要求，則須根據圖紙中各軸承的OFFSET關系，適當調整相關中間軸承或主機高度修正GAP&SAG值,直至上述各軸承負荷、主機最后一個缸的曲軸臂距差、臺板下凹及扭曲度均滿足圖紙及主機專利公司MAN B&W要求[1]。

1.6 主機環氧墊塊澆注

主機環氧墊塊澆注前認真做好澆注結合面的清潔工作，施工中加強關注環氧、機座的溫度控制，嚴格按照澆注要求操作，做好相關記錄。

1.7 螺栓緊固

1)環氧硬化后，測量環氧硬度，安裝并緊固主機地腳螺絲。

2)用干冰冷凍安裝工藝將合格的緊配螺栓(連接前需噴涂二硫化鉬)分別連接主機和中間軸的法蘭、中間軸與螺旋槳軸法蘭，按要求上緊。

1.8 中間軸承墊塊拂配，軸系調整相關數據確認

中間軸承墊塊拂配、安裝，最終確認艉管艏軸承、中間軸承、主機最后兩道軸承的負荷后進行主機、軸系對中報檢。

2 調整要點及改善要點

軸系負荷調整過程中，須對許多細節過程進行必要的工藝控制和改進，以過程保證結果，進一步提高負荷測量的精確性和工作效率。

2.1 保證主機的獨立受力狀態，避免因外力影響導致數據失真

負荷測量前，保證主機的獨立狀態，外界與機體連接的所有附件應脫開，(如排煙總管、高低溫水管、主滑油管、露臺、梯等)脫開盤車機，否則在調整過程中油缸在克服軸系重力的同時克服主機連接附件對主機產生的附加力，在上升過程中相對真實受力會變大，下降過程受力會變小，導致負荷值變大失真。在軸系校中計算書所示的位置安裝千斤頂，檢查千斤頂座架是否牢固，松開中間軸承上軸瓦。在千斤頂所對應的軸頸上，放置一個百分表，并檢查百分表的支架是否牢固。

2.2 選用合適的千斤頂及正確的安裝操作方法

為了減少外界因素對測量產生的誤差，應選用新購置的千斤頂。因為在實際測量時發現有時會出現千斤頂的運行不平穩，造成數據不穩定。并且在讀數據時，因回油有緩沖，因此讀數據時當油缸泄油到某數值時要稍等再讀，使百分表數據穩定，防止產生千斤頂進行減壓時，百分表讀出的數據與真實數據不相符，造成不必要的誤差。千斤頂油缸中心必須在軸的正下方，且與百分表支點在同一直線上。

2.3 千斤頂的讀數測量注意點

千斤頂的不良位置會產生過大的阻力，頂升曲線中會產生更大的遲滯現象，影響測量的準確性。液壓千斤頂上的阻力是不可避免的，負荷響應曲線在一定的范圍內存在“滯后”；艉管結構特殊，在負荷由軸承完全轉移到液壓千斤頂上時，受到螺旋槳的浮力，艉管內油壓波動的影響及艉管后軸承與前軸承不像其它軸承的負荷曲線均勻，會出現波動。考慮到上述干擾，在測量時應緩慢升高油泵壓力，在油泵壓力達到穩定時再讀數值，以消除液體壓力“滯后”的影響。

2.4 合理設立位移變形監控點

在升高或降低某一軸承位置的同時需掌握其它位置的變化，以提高負荷調整的精度和速度。在分布軸承負荷的調整(特別是微調)過程中，當對某一檔軸承負荷進行調整時，可在相鄰測量點放置1～2個百分表進行監測。這樣可以在調整過程中清楚看到各軸承負荷的關聯變化，對于負荷拐點的判斷具有較強的指導意義，避免調整的盲目性，提高施工效率。

2.5 重視拐點

數據分析時，取點要多且正確，特別注意拐點前后的數據，畫平行線盡量以拐點為基點。有時由于上升過程中相鄰軸承作用，曲線上可能出現兩個拐點，應選用第1個為準，見圖8。

圖8 軸承負荷曲線拐點分析示意

對有較大負荷的軸承(如尾管軸承)每次記錄讀數時，要等百分表指針完全穩定后再取值，否則會導致上升曲線與下降曲線不平行出現喇叭口。

2.6 軸承間隙的比較分析

在進行主機飛輪及主軸承的負荷分析時需結合檢查主機最后三個主軸承的間隙與原始記錄進行比較，看一下是否因調整太大而使主軸承懸空，即主軸承上瓦間隙比原始記錄小。這樣可以避免在調整過程中走彎路。

2.7 飛輪負荷的特別注意

主機最后一道主軸承(飛輪)負荷，主機專利公司MAN B&W推薦要求盡可能地調整在允許負荷的下限值，以接近0為宜，但必須有負荷。

2.8 及時對船舶壓載與溫差變化記錄分析

調整過程中，要關注并認真記錄船舶壓載與溫差變化造成的船體變形對軸系負荷的影響[2]，及時對相關數據分析總結找出規律，這有助于提高同型船的連續建造的效率。

3 結束語

從以上20.5 萬t散貨輪軸系負荷測量、調整工藝可以看出，軸系調整負荷測量是一個較為復雜的過程。生產實踐表明，采用上述措施軸系負荷調整質量可以得到保證，滿足校中計算書要求。在實際施工中要不斷分析總結，優化調整方法，不斷提高調整質量及施工效率。

[1] 陸金銘.船舶推進軸系校中優化[J].船海工程，2010，39(3)：51-54.

[2] 石 磊.用于軸系校中的船體變形計算研究[J].船舶工程,2010,39(3)：13-16.