船舶主機安裝誤差對船舶軸系安裝質量的影響

溫小飛，鄭瀚坤，胡賢民，劉群芳，董良雄

(1.浙江海洋大學,浙江 舟山 316022; 2.維多利亞大學 機械工程學院，加拿大V8P 3E6；3.浙江國際海運職業(yè)技術學院,浙江 舟山 316021 )

船舶主機安裝誤差對船舶軸系安裝質量的影響

溫小飛1,2，鄭瀚坤1，胡賢民3，劉群芳3，董良雄1

(1.浙江海洋大學,浙江 舟山 316022; 2.維多利亞大學 機械工程學院，加拿大V8P 3E6；3.浙江國際海運職業(yè)技術學院,浙江 舟山 316021 )

文章針對船舶軸系校中校核有效性問題進行分析和討論，分析在主機安裝誤差變化范圍內，中間軸承和艉軸承負荷、安裝狀態(tài)的法蘭開口及偏移等參數的變化特點，得出船舶主機安裝誤差范圍、軸承負荷控制誤差范圍、連接法蘭偏移值誤差范圍之間的關系，并提出了保障船舶軸系安裝質量的精度控制方面的建議。

船舶軸系；主機；軸系校核；安裝誤差

船舶軸系校中校核作為船舶推進系統(tǒng)安裝質量控制不可缺少的關鍵環(huán)節(jié)，不少規(guī)范、規(guī)定及指南對船舶軸系校中的工藝要求、測量方法和標準等方面做了具體的規(guī)定。但是，在實船建造過程中，經常出現船舶推進系統(tǒng)由于軸系校中不良出現軸承發(fā)熱、軸系振動超標等故障；針對該問題，船廠通常重新進行排軸、校中、校核等工藝環(huán)節(jié)實現故障排除。本文將從船舶軸系安裝質量入手，討論和分析船舶主機裝配誤差的影響。

1 船舶主機安裝工藝

船舶主機安裝工藝，從最早采用機艙及艉部船體成形前主機吊入，船體成形后再找中鉸孔方法[1]，發(fā)展到采用了灌注環(huán)氧樹脂定中安裝工藝[2]，再到更為先進的船舶主機彈性安裝方法及工藝。目前，應用最為廣泛的還是環(huán)氧樹脂定中安裝工藝，在誤差允許值內(開口≤0.15 mm/m，偏移≤0.10 mm)對主機與軸系連接質量進行校正[2-3]。同時文獻[4]提出在主機安裝過程中，需要對主機平整度、曲臂差、軸承間隙、軸承負荷和頂部支撐等方面進行質量控制，以保障船舶主機的安裝質量。而對于船舶主機廠家有特殊規(guī)定的情況，應按照廠家安裝工藝要求進行。

2 船舶軸系校中校核依據

傳統(tǒng)的船舶軸系校中校核方法是以行業(yè)標準及船級社規(guī)范為依據的，主要有CB/Z 338—2005和中國船級社《鋼質海船入級規(guī)范》規(guī)定：檢查各對法蘭偏移和開口，其誤差一般應不超過±0.08 mm。實測負荷與計算值的誤差，一般應不超過計算值±20%。安裝狀態(tài)各軸連接法蘭允許誤差為：偏移不超過±0.10 mm，曲折不大于±D×10-4mm(D為被測法蘭的外徑，單位為mm)。對中間軸承的實際負荷進行檢驗，其允許誤差應不超過計算值的±20%。應用規(guī)范及標準規(guī)定的依據可對軸系負荷進行校核及評價[4]，但是不同的人測量的習慣方法、手感都有差異，稍有不慎就將造成尺寸誤差，在軸系安裝過程如果這些誤差累計在一起，將影響到安裝質量[5]，而正常校核中無法體現。

3 船舶軸系校中計算

本文以某57 000 DWT散貨船軸系作為分析對象，其軸系簡化后的具體型式如圖1所示，采用三彎矩方法對不同主機安裝狀態(tài)軸系進行了校中理論計算。圖1包含了螺旋槳軸、中間軸和曲軸，分別對應1個艉軸承(軸承1)、1個中間軸承(軸承2)和8個主機軸承；同時將軸系附件簡化為集中力，并等效施加到軸系的響應作用位置；軸的連接采用了法蘭型式的剛性連接，為了后續(xù)研究與分析船舶主機裝配誤差的影響需要，規(guī)定螺旋槳軸與中間軸的連接法蘭為1#法蘭，中間軸與主機動力輸出軸的連接法蘭為2#法蘭。另外，圖1中的“F”表示集中力，“FL”表示法蘭，“JK”表示頂升位置，“△”表示軸承。

根據實際船舶軸系安裝工藝的0.01 mm精度控制特點，設計了如表1所列的不同主機基座誤差狀態(tài)軸承變位表，表1共包含了21個不同主機安裝狀態(tài)，主機安裝誤差以理想狀態(tài)即理論計算值為真值，將其誤差限制為±0.5 mm范圍內，其中誤差增量分為2檔：0.01 mm和0.1 mm。

圖1 軸系簡化示意圖

表1 不同主機基座誤差的軸承變位表 mm

4 軸承負荷變化規(guī)律分析

通過數值計算的參數設置及計算邊界變化，完成21個不同船舶主機裝配誤差工況進行數值模擬計算，并對其計算結果進行整理與分析，得到了圖2所示的軸承負荷變化曲線。通過比較分析，中間軸承負荷變化與艉軸承負荷變化趨勢相反，即隨著主機安裝誤差的增大，中間軸承負荷逐漸減小，而艉軸承負荷逐漸增大。進一步分析其軸承反力影響系數，可以得出在對應的船舶主機裝配誤差條件下，中間軸承反力等效影響系數為負值，而艉軸承反力的等效影響系數為正值，這與圖2所反映的軸承負荷變化規(guī)律相吻合。另外，圖2中，以中間軸承計算負荷1.2倍和0.8倍，分別設置了軸承負荷上限和下限；通過2條限制線，可得出在船舶主機裝配誤差±0.2 mm的范圍內，其中間軸承負荷測量值均可滿足規(guī)范或船舶標準相關規(guī)定的要求，但是其已不滿足船舶主機裝配對精度控制的要求，將會增加或直接導致船舶軸系運行故障。

圖2 軸承負荷變化曲線

5 連接法蘭開口與偏移響應分析

由于船舶軸系安裝工藝基本采用測量法蘭開口和偏移值來評價軸系位置相對關系是否正確，因此對相應設定的船舶主機裝配誤差范圍內，對連接法蘭開口和偏移變化，也進行比較分析。通過對21個工況數值計算結果的整理和分析，得到如圖3所示的安裝狀態(tài)下法蘭開口與偏移變化曲線。

圖3 法蘭開口與偏移變化曲線(安裝狀態(tài))

在圖3中，僅考慮了主機基座垂向位置發(fā)生誤差，故通過理論分析可以預測：1#法蘭開口和偏移保持不變，2#法蘭開口也具有相同的結論，而2#連接法蘭偏移將隨著船舶主機裝配誤差而變化；因此圖中除了2#法蘭偏移發(fā)生變化外，其它均保持不變。依據軸系計算書的規(guī)定2個連接法蘭開口測量值誤差控制在±0.05 mm，偏移測量值誤差控制在±0.10 mm。在圖3以±0.10 mm為誤差范圍對2#法蘭偏移進行了限制，并據此可以得到對應的主機安裝誤差值界限也為±0.10 mm。因此通過法蘭偏移值測量可以在更小范圍內限制主機安裝誤差的影響，但仍然會增加船舶軸系運行故障風險。

6 結束語

船舶主機裝配誤差對船舶軸系安裝質量具有很大的影響，但是通過現有軸系安裝工藝及校核方法無法對其誤差進行有效的、高精度的指示及評價。為了保障船舶軸系安裝質量，應通過精度控制方法盡量降低船舶主機裝配誤差，提高法蘭開口及偏移值、軸承負荷等測量精度并盡量保持理論值的一致性等。

[1] 章煒梁,馮運檀.萬噸級船舶主機先進艙后找中鏜孔工藝[J].造船技術,1994(3):18-20.

[2] 李錦通,呂庭豪.1200TEU船主機軸系安裝工藝[J].船海工程,2001(6):14-16.

[3] 雍智勇,趙漢星.25000噸級化學品和成品油船的主機校中與彈性安裝[J].造船技術,2008(2):19-22.

[4] 宋世奎,張雁鵬,尹曰建,等.基于頂舉法測量船舶軸系校核前后的中間軸承負荷[J].中國修船,2015,28(3):38-40.

[5] 周聯(lián)宇,汪家政,劉立軍,等.新建船舶尾管后軸承高溫磨損的原因與改進[J].船舶標準化工程師,2014(1):49-53.

The effectiveness of marine shaft alignment verifying is concerned in this article.Some analysis and discussion are done about the change range of these forces on intermediate shaft learing,the stern-tube bearing,gapes and sages of connected flange in the conditions where the error of mounting marine engine is alterable.Then the correlations about error range that is among of marine main engine,bearing forces,sages and gapes of flanges,are obtained.Finally,some advice of quality control is put forward for installation and measurement.

marine shaft;marine main engine;shafting verifying;mounting error

舟山市公益類科技項目(2014C31050)；浙江省自然科學基金資助項目(LY16E090003)

溫小飛(1977-)，男，浙江松陽人，副教授，碩士，研究方向為船舶動力系統(tǒng)優(yōu)化設計及故障診斷技術。

U664

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.04.005

2017-02-10