76 000 t散貨船軸系安裝及校中

徐東洋 劉 皓

（1.上海海事大學 商船學院 上海201306；2.江南造船集團有限責任公司 上海201913）

引 言

船舶軸系是指從主機飛輪端到螺旋槳之間的軸及軸承等附件的統稱，承擔著將主機發出的功率傳遞給螺旋槳，以克服螺旋槳在水中轉動的阻力矩，同時又把螺旋槳產生的推力再傳遞給船體，實現船舶的前進或后退。軸系工作的好壞將直接影響船舶的正常航行，并對主機的運轉有直接關系，所以軸系在制造和安裝過程中都有較高的技術要求。［1］本文根據相關工藝并結合實際生產經驗對76 000噸級散貨船軸系的安裝及校中流程和方法進行闡述。

1 船型相關參數

該型船主機型號為MAN B &W 5S60MC-MK6，軸系主要由中間軸、螺旋槳軸、中間軸承和螺旋槳等組成，主機和軸系以及軸系之間采用固定法蘭連接，構成直接傳動型式。動力裝置的安裝沿用傳統的安裝工藝，先安裝軸系再安裝主機。傳動軸系的主要參數：中間軸長度7 390 mm，直徑450 mm，螺旋槳軸長度6 100 mm，基本直徑530 mm。

2 軸系理論中心線

2.1 確定軸系理論中心線的條件

由于軸系安裝質量對于船舶正常航行具有巨大的影響，所以在船舶建造過程中，軸系的安裝需要嚴格按照相關的流程和工藝進行，確定軸系理論中心線工作對船體建造進度和施工環境都有嚴格的要求。對于船體方面，要求機艙前壁之后和主甲板以下的船體結構主要焊接和矯正工作全部結束，機艙內艙柜的密性試驗完成，軸系區域內主要設備的基座焊接安裝完成，設備就位。對于周圍環境方面，為了減小溫度變化引起船體變形的影響，施工需安排在晚上或陰天進行并停止周圍發出嚴重噪聲和振動的作業。［2］

2.2 拉線法確定軸系中心線

軸系理論中心線是根據船上的艏、艉基準點來定位的，如圖1所示。該船的艉基準點在FR0號肋位處，艏基準點在FR33號肋位處，兩基準點位于船體中縱剖面內，距離基線3 872 mm。在FR33號肋位船底板上和FR0號肋位之后分別設置拉線架，保證艏拉線架可靠固定，在艉拉線架處施力保持鋼絲張緊，調整鋼絲使其通過艏、艉基準點，此時保證了軸系中心線前后兩點距基線均為3 872 mm。由于鋼絲自重產生一定的撓度，為了保持鋼絲的直線性，可以按下式計算撓度修正值：

式中：Y為撓度修正值，m；

g為鋼絲線單位長度質量，kg/m；

L為鋼絲兩端點間的距離，m；

X為所求撓度位置到端點的距離，m；

G為吊重物，kg。

檢查軸系中心線與舵系中心線的相交度和垂直度，相交度δ≤3 mm，垂直度每米不大于1 mm；測量中間軸承D處和主機在E、F、G處的高度來估計環氧墊片的厚度；用十字線在尾管端面A、C上畫出鋼絲中心，同時注意保護好艏基準點G點，供照光使用。根據拉線的結果，決定艉軸管A、C端面的鏜切量及主機的實際安裝位置。［3］

圖1 軸系拉線照光圖

2.3 軸系照光

軸系照光是在拉線的基礎上，提高并復核軸系中心線的精度及艉軸管的鏜孔中心。在艉基點B處之后放置光學照光儀，并以B、G點作為基準校準光學儀，使光學儀的中心線與B、G連線重合。在C端面上焊接校準螺釘并放上活動十字光靶，然后調整十字光靶，使十字線中心與軸系中心線重合，然后分別在A、C端面上畫出加工圓、檢查圓以及打樣沖眼。

3 艉軸管鏜孔

在安裝鏜削工具前，校準螺釘以及鏜孔機械的臨時支撐都已安裝完畢。根據艉軸管A、C端面上的檢查圓或加工圓對鏜孔機械進行校中，鏜削工具與軸系中心線的同軸度公差不大于0.02 mm，安裝完成后按照圖紙尺寸開始對艉軸管進行粗鏜、精鏜。在鏜孔過程中，粗加工后必須對鏜孔機械再進行一次校中，才可以進行精鏜，以確保鏜孔中心符合要求。精鏜的切削余量不宜太多，各檔孔徑的最后尺寸應一次鏜出，不允許接刀，然后才開始加工前后端面。全部加工完畢后，復照光檢查鏜孔中心，保證孔中心線與軸系中心線的偏差小于0.08 mm，前后端面與中心線的垂直度每米不大于0.1 mm，最后測量艉軸管各孔徑尺寸并制作樣棒。［4］

4 艉軸管裝置、艉軸及螺旋槳安裝

4.1 艉軸管安裝

艉軸管軸承外徑加工需按照上述測量的尺寸和制作的樣棒進行，同時結合圖紙的工藝要求。該船軸承內孔采用巴氏合金材料，軸承與艉軸管為過盈配合，軸承安裝采用液壓拉伸器將軸承壓入艉軸管孔內，其壓入方法如圖2所示。

圖2 艉軸承壓裝圖

軸承安裝前，應確保艉軸管內清潔干凈，檢查液壓拉伸器的安全可靠性，在同溫度下復查軸承及艉軸管的尺寸是否符合要求。從軸承壓入開始，每壓入50 mm長度是否都要測量記錄壓入壓力，隨著壓入面積的增加，壓入油壓力也隨之上升，直到全部壓入到位，其最終壓力應符合設計要求。壓裝結束后，要測量檢查軸承內徑變化情況。按圖紙要求鉆眼攻絲，配上制動螺絲并安裝溫度傳感器和密封油管等附件。

4.2 艉軸及中間軸吊裝

該船艉軸前端為固定法蘭，必須將軸吊入船內向外安裝，在艉軸吊裝前先對艉軸表面和艉軸管內進行清潔并涂抹滑油，在吊裝時要時刻關注艉軸進入艉軸管的情況，避免艉軸與艉軸承白合金軸瓦碰撞。艉軸安裝到位后，在艉軸前端法蘭后設置一個臨時支撐，以固定艉軸，防止艉軸發生過大的偏轉和竄動。安裝到位后，用塞尺測量檢查艉軸管前后軸承端面上的上下左右四個位置的間隙，要求數據符合技術要求。吊裝中間軸，并臨時安裝中間軸承，在中間軸前段設置臨時支撐將其固定。

4.3 尾密封裝置安裝

該船艉軸管密封裝置由前密封和后密封兩個裝置組成。前密封裝置套在艉軸上隨艉軸一起安裝，后密封裝置在艉軸對中安裝完成后，從后部套入艉軸并安裝。密封裝置安裝緊固后，連接安裝滑油管、冷卻管及閥件等，然后可以進行泵油試驗。檢查時在重力油柜中注滿滑油，以油箱內油的靜壓力進行密性試驗，24小時內油位應無明顯變化。后密封裝置有3道密封圈，需要對每一道密封進行壓油試驗，每道密封密性試驗應在4小時以上，且無漏油現象。

4.4 螺旋槳安裝

該船螺旋槳和艉軸采用液壓連接方式，先將螺旋槳吊裝到位，跟艉軸一起放置2小時左右，使螺旋槳和艉軸溫度基本均衡，然后旋上液壓螺母。按圖3所示連接油泵、安裝千分表等，先對軸向加壓5 MPa（1號油泵）后，將2只千分表重新歸零，然后同時加軸向和徑向壓力（軸向壓力略大于徑向壓力），每壓入0.5 mm記錄一次壓力。當螺旋槳壓入到位后，先釋放徑向壓力，保壓30 min，觀察千分表無變化后逐步釋放軸向壓力，確認螺旋槳無滑動時即用扳手旋緊液壓螺母，再用錘使螺母向旋緊方向再旋緊10°～15°。安裝液壓螺母止動塊、槳帽及鎖緊絲，并向槳帽注入防銹油脂并在其外表面涂抹環氧水泥。［5］

圖3 螺旋槳安裝圖

5 軸系校中及軸承負荷測量

5.1 軸系校中

軸系校中是軸系安裝工作中的重要部分，校中質量的好壞對軸系運行具有重大影響［6］。本船在下水之后開始軸系校中工作，校中前先調節船舶狀態，分別向艏、艉壓載艙加水，使得艏吃水為1 m、艉吃水為4 m，使艉軸處于自由狀態，螺旋槳半浸狀態。采用圖4所示軸系模型校中，在螺旋槳軸法蘭上施加50 kN的力，調整臨時支撐T.S1、T.S2和主機，使螺旋槳軸和中間軸的法蘭與主機和中間軸的法蘭的開口（GAP）、偏移（SAG）滿足圖中要求。檢查中間軸承負荷、主機甩檔符合設計要求。軸系校中完成后，采用低溫冷裝法將螺旋槳軸和中間軸的法蘭，以及中間軸法蘭和主機飛輪端用螺栓連接并緊固。

圖4 軸系校中模型

圖5 軸承負荷頂升圖

5.2 軸承負荷測量

用頂舉法測量軸承負荷，首先脫開軸系臨時支撐，松開中間軸承蓋以及主機盤車機，然后分別用液壓千斤頂頂升圖5所示L1、L2、主機飛輪端以及第5缸曲柄中心位置，千分表放置于各個頂升位置上方。注意頂升量不能超過軸承間隙，記錄頂升量與頂升壓力。頂升和下降過程中按照圖6畫出壓力-頂升曲線，并求出P1和P2數值，同時按公式計算軸承負荷，式中：C為修正系數，A為油缸活塞面積。對中間軸承和主機進行調節，使軸承的實際負荷與主機廠家推薦值在20%之間，檢查主機甩檔及各主軸承負荷是否滿足設計要求。測量中間軸承墊片高度，進行拂配、鉆孔及安裝工作。［7］

圖6 壓力-頂升曲線

6 軸承負荷調整及分析

根據MAN B &W公司的安裝工藝要求，該船的各檔軸承負荷范圍要求見表1所示。

表1 軸承負荷范圍

6.1 艉管前軸承負荷

按照前面圖5所示安放千斤頂和測量的千分表，在頂升過程中，油壓每升高20 bar（2 MPa）記錄一次頂升位移，達到180 bar后，慢慢泄放油壓。同樣20 bar記錄一次數據，其繪制的曲線如圖7所示。根據上述公式計算可得艉管前軸承負荷為28.6 kN，數據較為理想。同時觀察曲線可以看出，上升和下降的曲線并不像其他軸承曲線一樣平滑均勻，有些點的數據出現波動。進一步分析可得：由于該檔軸承特殊性，在頂升過程中，尾軸管內油壓變化、前后尾軸承的影響導致了數據波動。另外，螺旋槳浮力以及波浪對螺旋槳沖擊的影響也是導致數據波動的原因。

圖7 艉管前軸承頂升曲線

6.2 中間軸承負荷

中間軸承頂升過程中，壓力同樣按照20 bar為間隔進行記錄，描繪的曲線如圖8所示，計算求得中間軸承負荷為66.3 kN，符合要求。分析曲線可得：在負荷慢慢轉移到千斤頂上時，軸被抬起的高度變化不大，這與一般常識相符。隨著負荷轉移到千斤頂上后，頂升位移量隨著壓力的升高迅速變化，這個“拐點”一般出現在0.05 mm左右。中間軸承的負荷可以通過調整中間軸承高度和升降主機首尾來實現。在一般情況下，中間軸承升高0.1 mm，其負荷增加15～20 kN；主機首部上升0.5 mm或者主機尾部下降0.1 mm，導致負荷增加15 kN左右，上述情況反之亦然。

圖8 中間軸承頂升曲線

6.3 主機軸承負荷

按照工藝要求，需要調整主機最后兩道軸承的負荷，這兩道軸承在頂升過程中，以40 bar為間隔記錄位移變化。對于這兩道軸承，一般調整主機首尾高度，可以迅速使其負荷變化。最后一道軸承后面為主機飛輪，由于飛輪的質量較大，主機運行過程中，飛輪旋轉會給最后一道軸承帶來較大的負荷，所以該道軸承負荷不宜太大，而最后第二道軸承負荷可以大一點。具體測量結果如圖9、圖10所示，計算后軸承負荷分別為23.8 kN和190.5 kN。另外，

圖9 主機最后檔軸承頂升曲線

7 結 論

從整個軸系安裝程序可以看出，這是由軸系安裝精度決定的較復雜的安裝過程。在安裝過程中要合理分析主機和軸系的狀態，同時也要綜合考慮溫度、波浪、船體振動、變形以及船舶吃水等環境因素的影響。對于軸承負荷的調整，既需要掌握一定的理論基礎，又要有足夠的生產經驗，才可以從艉管前軸承逐步向主機方向調整，調整過程中要緩慢升降中間軸承或主機首尾位置，同時，對于頂升曲線中出現的波動也要進行合理的分析處理。而由于外部環境不同，每次軸承負荷的測量數據也會因時因地發生變化。在主機未連接軸系前，曲軸會由于自身重力而緊貼下軸瓦，此時可測得主機最后一道軸承的軸瓦間隙，并在軸系安裝后測量此處間隙，從而初步推斷最后一道軸承負荷。

［1］ 許樂平，詹玉龍.船舶動力裝置技術管理［M］.大連：大連海事大學出版社，2006.

［2］ CB/T 4000-2005，中國造船質量標準［S］．2005.

［3］ 丁彰雄，田野.船舶機械修理工藝學［M］.武漢：武漢理工大學出版社，2013.

［4］ 鄭波，董三國，唐華庚，等.軸系安裝新工藝的探討［J］.上海造船，2007（2）：15-17.

［5］ 劉永興.53 500噸散貨船軸系安裝及校中［J］.造船技術，2010（3）：15-18.

［6］ 施晴，張富明.27 000 t散貨船軸系校中問題處理［J］.船舶，2004（5）：40-45.

［7］ ［德］漢斯海因里希，邁爾·彼特，弗蘭克·伯恩哈德.船舶工程技術手冊［M］.陳剛，宋新新譯.上海：上海交通大學出版社，2009.