某船軸系校中工藝研究

鄭學貴

(渤海船舶職業(yè)學院，遼寧葫蘆島 125005)

技術交流

某船軸系校中工藝研究

鄭學貴

(渤海船舶職業(yè)學院，遼寧葫蘆島 125005)

在船舶建造、修理過程中，軸系校中極為重要，其質量的好壞不但影響到船舶航行的時間長短，更影響到船舶航行時全體船員的人身安全。文章主要介紹某船軸系在修理過程中軸系校中的工藝過程。

船舶軸系;校中;鏜孔;曲折;偏移

船舶軸系在運轉過程中承受著復雜的負荷，主要有螺旋槳的轉矩及其產(chǎn)生的扭應力、推力及其產(chǎn)生的壓應力，螺旋槳和軸系部件的重量所造成的負荷及產(chǎn)生的彎曲應力，同時船舶軸系還受主機工況變化、螺旋槳振動產(chǎn)生的附加應力和附加負荷。因此軸系校中質量很關鍵，若安裝質量不好的軸系，其運轉時會造成艉軸管軸承迅速磨損以至燒壞，艉軸管的密封元件也因迅速磨損而造成泄露，致使主機曲軸的臂距差超過允許值，從而破壞齒輪箱的正常嚙合和支撐軸承的正常工作并引起振動，直接影響船舶的航行安全［1］。為確保軸系能長期正常運轉，除在軸系設計時應具備足夠的強度和剛度外，軸系校中的質量也很重要。本文主要針對連云港中遠船務工程有限公司對印度國籍“GANGA SAGAR”船軸系修理時對軸系重新校中的工藝進行應用研究。

1 軸系基本概況

該船為45 000噸級散貨船，主機采用的是B＆W 6L60MCE，4葉螺旋槳，槳質量為14.5 t，其軸系布置圖如圖1所示。該船在航行中，發(fā)生了軸系聯(lián)軸器法蘭螺栓斷裂及中間軸承本體座的底部斷裂嚴重事故。進廠后通過對主機拐檔差、螺旋槳、激光軸系中心線、螺栓斷裂、中間軸承的綜合分析，確定了聯(lián)軸器法蘭螺栓孔的嚴重失圓，法蘭面平面度嚴重超差而引起軸系失中，加大了該區(qū)域的回旋振動，致使自身螺栓斷裂。同時，這種長期的過大回旋振動，致使中間軸承承受過大附加負荷，引起軸瓦損傷及基座斷裂［2］。通過技術改進，制定詳細的修理方案，分別進行軸系加工恢復、中間軸承加工、軸系重新校中。下面主要介紹軸系校中的過程和工藝。

2 軸系校中

該軸系校中方案為:首先在船塢內進行軸系預組裝、軸系校中狀態(tài)的初步測量和調整，然后船舶出塢后，進行最終的檢查、調整和交驗，并以船舶水上測量的結果作為最終交驗的依據(jù)。此校中根據(jù)一次進塢激光中心線數(shù)據(jù)及船方原熱態(tài)運行條件下的數(shù)據(jù) (主機與軸承分別相對于理論中心線-7.6 mm與-3.5 mm)，兩者綜合考慮實施。由于激光數(shù)據(jù)測量后的主機偏離原理論中心線在極限范圍內，所以采取原始數(shù)據(jù)校中后，在頂舉試驗時，對中間軸承相應調整，最終達到熱態(tài)運行要求。

圖1 軸系布置圖

2.1 塢內軸系預裝

此階段是在塢內進行，整套軸系包括螺旋槳在空氣中即機械處于尚未運轉的冷態(tài)狀態(tài)。

1)二次進塢后，將中間軸Ⅱ與螺旋槳軸吊進艙內，槳葉吊運到塢內，塞入螺旋槳軸，安裝螺旋槳。由于中間軸Ⅰ的螺栓孔為橢圓，需要進行現(xiàn)場鏜孔，為了節(jié)約使用塢期，采用出塢后進行，所以在塢內使用臨時支架及臨時螺栓連接。平軸時，將中間軸兩端臨時支架布置在距法蘭端面的距離為中間軸全長的0.18～0.22位置處。然后調整偏移值與曲折值，用臨時螺栓連接。

2)中間軸與螺旋槳軸法蘭、中間軸與飛輪端法蘭不連接，自由狀態(tài)。軸系按直線校中從船尾向船首方向進行。并使兩法蘭脫開0.5～1.0 mm。在距螺旋槳前末端700 mm后安裝1個手拉葫蘆，施加50 kN向下的力。

3)調節(jié)臨時支架的高度，致使螺旋槳軸與中間軸連接法蘭的曲折值與偏移值在設定范圍內，如圖2所示，然后連接預裝螺栓 (連接后在兩法蘭之間不能存在曲折)，并移走手拉葫蘆。

圖2 中間軸與艉軸法蘭理論對中取值圖

4)根據(jù)前期測量的主機拐檔差，在規(guī)定的范圍內，安裝主機飛輪端與中間軸的法蘭螺栓，其法蘭曲折值與偏移值在設定范圍內，如圖3所示。

圖3 中間軸與主機飛輪端法蘭理論對中取值圖

5)調整曲折偏移計算。根據(jù)上述3)與4)的設定范圍，按照如圖4所示方法，在法蘭的正上方，正確架設百分表A和百分表B。然后將百分表表盤讀數(shù)撥至“0”位。轉動中間軸，讀出百分表A在左舷水平位置、下部、右舷水平位置的讀數(shù)。讀出百分表B在左舷水平位置、下部、右舷水平位置的讀數(shù)。當百分表回到起始位置時，應回到“0”位，否則應重新測量。

圖4 曲折、偏移測量調整示意圖

根據(jù)上述方法測量結果，計算配對的法蘭在垂直方向和水平方向上各自的偏移量和曲折量。最終塢內曲折值、偏移值分別為:①中間軸與艉軸法蘭，曲折值為0.16 mm，偏移值為1.38 mm;②中間軸與主機飛輪法蘭，曲折值為0.54 mm，偏移值0.23 mm。

6)安裝軸帶發(fā)電機，確保氣隙設定值為5.4～6.6 mm，同時移走臨時支架;復測主機拐檔差。

7)軸系安裝完畢后，采用頂舉法校核中間軸承和艉管前軸承的負荷。主要用來測量檢查軸系在垂直平面內的校中情況，頂舉法進行軸系校中前，采用直線校中工藝檢查調整軸系水平面方向的校中情況，然后下述方法測量檢查以及調整軸系垂直方向內的校中情況。此船主要以中間軸承與艉管前軸承為主，主機沒有進行移動、主機推力軸承負荷可以通過后期檢查，如圖5所示。

軸承計算結果的校核標準按表1進行參考。

在船舶塢內的狀態(tài)下頂舉系數(shù)如表2所示。

表1 軸承計算結果的校核標準

表2 船舶塢內狀態(tài)下的頂舉系數(shù)

8)在實施過程中，測量千斤頂活塞直徑，校核壓力表的準確度;液壓千斤頂頂升時，千斤頂向上的作用點必須通過軸的中心;千斤頂頂升點與百分表的位置應在同一橫斷面上;測量前先作頂升和放下動作各1次;并作詳細記錄，按照記錄繪制圖6所示曲線。

圖6 壓力－頂升曲線圖

延長圖6中的上升和下降的曲線的直線段，得到Pu和Pd2點，按照下列公式，計算被測軸承的實際負荷［1］:

式中:Pu為上升曲線的直線段延長線與P軸的交點，MPa;Pd為下降曲線的直線段延長線與P軸的交點，MPa;Ci為被測軸承的頂舉系數(shù);A為千斤頂?shù)幕钊娣e，mm2。

按以上頂舉位置測量艉軸首軸承、中間軸承、修正后的軸承負荷符合校中計算書的規(guī)定，誤差沒有超過規(guī)定值的20%，軸系校中首次在塢內結束。

9)對艉軸下沉量測量、密封油壓試驗;基本調整到位后出塢。

2.2 浸水狀態(tài)校中

1)與在塢內方法一樣。測量調整軸線曲折值與偏移值，得出螺旋槳在浸水狀態(tài)曲折值偏移值分別為:①中間軸與艉軸法蘭，曲折值為0.17 mm，偏移值為1.39 mm;②中間軸與主機飛輪法蘭，曲折值為0.54 mm，偏移值0.23 mm。

與塢內進行比較，曲折值0.01mm偏差，變化不大，可以忽略。

圖5 塢內負荷校中頂舉布置圖

2)中間軸Ⅰ與中間軸Ⅱ連接螺栓孔鏜孔。承接塢內靜態(tài)校中方法，對中間軸Ⅰ與中間軸Ⅱ連接螺栓孔實施現(xiàn)場鏜孔，加工新的連接螺栓，如圖7，現(xiàn)場鏜孔圖片，現(xiàn)場鏜孔圓度0.02 mm，同軸度0.02 mm。

圖7 現(xiàn)場鏜孔

3)鏜孔完成后連接新制過盈螺栓;再次檢查主機拐檔差與塢內測量結果進行比較。

4)頂舉法負荷校中，圖8為頂舉位置示意圖。

在實際船舶漂浮狀態(tài)下的頂舉系數(shù)如表3所示。

表3 船舶漂浮狀態(tài)下的頂舉系數(shù)

按照塢內頂舉負荷計算的方法，得到的負荷值誤差沒有超過規(guī)定值的20%，校中狀態(tài)良好。

5)根據(jù)校中狀態(tài)，安裝中間軸承墊片，裝配定位銷及基座左右側加楔塊止動。調節(jié)中間軸承軸瓦與軸頸左右側間隙在0.25 mm，保證兩側相等。

6)最終負荷校中檢查交驗 (水下漂浮狀態(tài))。整個軸系安裝完成，進行最終交驗。根據(jù)此頂舉數(shù)據(jù)進行計算。制定近似曲線圖，如圖9所示，計算結果分別為千斤頂1:F1= (160.13+240.02)/2×46.6×0.934×9.8=85.36 kN;千斤頂2:F2=(181+250)/2×46.6×0.903×9.8=88.89 kN;千斤頂3:F3= (74+199.7)/2×71.4×1.004×9.8=96.24 kN;對照軸承計算參考值，艉軸管前軸承計算理論F前≈111.8 kN，測校中頂升值范圍在 Fmax=111.8×1.2=134.168 kN，F(xiàn)min=111.8×0.8=89.44 kN，中間軸承計算理論F中≈94.1 kN，測校中頂升值范圍在 Fmax=94.1×1.2=112.92 kN，F(xiàn)min=94.1×0.8=75.28 kN。F前取值89.44～134.168 kN;F中取值75.28 ～112.92 kN。

3 結束語

經(jīng)過分析，此最終校中測量數(shù)據(jù)，根據(jù)計算修正系數(shù)修正后，按照頂舉校中的工藝，按規(guī)定的頂舉位置測量艉軸首軸承、中間軸承。修正后的軸承負荷符合校中的規(guī)定誤差，沒有超過規(guī)定值的20%。而且趨近最低值，同時符合目前主機相對軸線中心線原值的-7.6 mm下降到-9.43 mm的狀況，有利于航行。

圖8 塢外漂浮狀態(tài)校中布置圖

圖9 負荷近似曲線示意圖

［1］紀生華.船舶軸系校中質量問題分析與解決對策 ［J］.機電技術，2010(4):118-120.

［2］陳祖?zhèn)?超常規(guī)軸系修理項目［Z］.連云港中遠船務工程有限公司，2010:14-19.

［3］CB/Z 338—2005，船舶推進軸系校中 ［S］.

The technical course during axis alignment is introduced because of its importance to the sailing longevity and crew＇s personal security.

axis;alignment;bore;circuitous;offset

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.04.001

鄭學貴 (1977-)，男，遼寧凌源人，副教授，碩士，主要從事船舶輪機工程技術方向的研究與實踐。

2015-03-19