主機(jī)對(duì)中的實(shí)踐性研究及其系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)

竺玲瓏，鄒 翀，湯明超

(1.滬東中華造船(集團(tuán))有限公司，上海 200129；2.中國(guó)船舶工業(yè)貿(mào)易公司，北京 100048)

艦船交付使用后，特別是作戰(zhàn)艦艇交付后，動(dòng)力系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)工作是保證全艦正常戰(zhàn)備的重要基礎(chǔ)，而主機(jī)對(duì)中是保證動(dòng)力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的人工測(cè)量主機(jī)對(duì)中技術(shù)[1-3]主要利用千分尺等方式進(jìn)行，該方法由于極易受工裝、環(huán)境等因素影響，測(cè)量誤差較大[4]，在具體實(shí)踐中可造成主機(jī)拐點(diǎn)差超差，軸承高溫或震動(dòng)過大等情況[5]。以某兩型出口艦艇在海外現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行對(duì)中實(shí)踐為基礎(chǔ)，本文對(duì)主機(jī)對(duì)中的實(shí)踐細(xì)節(jié)進(jìn)行了討論，并對(duì)主機(jī)對(duì)中實(shí)踐設(shè)計(jì)了新型的在線系統(tǒng)。

1 主機(jī)對(duì)中的實(shí)踐需求

為滿足軍用艦船的技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)，主機(jī)的設(shè)計(jì)除關(guān)注動(dòng)力特性外，還需參考總噪聲的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。為降低主機(jī)結(jié)構(gòu)噪聲對(duì)艦船自噪聲的貢獻(xiàn)比及輻射噪聲的總量，改善艦船的環(huán)境振動(dòng)，在作戰(zhàn)艦艇的主機(jī)中往往采用隔振措施。

在某型出口艦艇的總體布置中，由于動(dòng)力系統(tǒng)本身特性要求較高，主機(jī)尺寸與重量較大，其運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍較寬，擾動(dòng)力較為豐富，主機(jī)經(jīng)選型論證后采取了單層隔振的布置形式。為保證隔振效果，采用了出口型艦艇中較先進(jìn)的DYG-50型低頻大載荷橡膠隔振器作為隔振元件。

橡膠型隔振器在長(zhǎng)期使用中，特別是在持續(xù)的靜應(yīng)力作用下有固有的缺點(diǎn)，即會(huì)逐漸增大范式形變，甚至超出設(shè)計(jì)裕量。這種超量的范式形變量稱為橡膠型隔振器的蠕變。蠕變作為橡膠隔振器的一種固有特性，與隔振器本身材質(zhì)的剛度、硬度及主機(jī)運(yùn)行工況等相關(guān)，在隔振器的全壽命期內(nèi)均會(huì)存在。因?yàn)橛羞@種特性存在，在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，會(huì)造成主機(jī)功率輸出端高彈性聯(lián)軸器與中間支架對(duì)中數(shù)據(jù)超差。橡膠隔振器的蠕變特性曲線如圖1所示，ΔS為隔振器的蠕變范式形變量。

圖1 橡膠隔振器蠕變特性曲線

根據(jù)維護(hù)保養(yǎng)要求，需在艦船自安裝、單機(jī)恢復(fù)到運(yùn)行期間定期測(cè)量監(jiān)控主機(jī)的對(duì)中數(shù)據(jù)，在必要時(shí)可提前對(duì)艦船進(jìn)行塢修、中或大修等特定性能節(jié)點(diǎn)的修理。

2 主機(jī)對(duì)中的理論與方式

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在完成主機(jī)安裝且該型隔振器承載30 d后，開始進(jìn)行初期的主機(jī)對(duì)中試驗(yàn)。此時(shí)主機(jī)與進(jìn)排氣、燃油、滑油、冷卻水管等管道及高彈性聯(lián)軸器均已連接并完成測(cè)試，同時(shí)油、水等均已完成注入，且隔振器的承載已經(jīng)基本到位。

在該型艦艇中使用的DYG-50型隔振器作為一種低頻的大載荷橡膠隔振器，其蠕變量約為4～5 mm。主機(jī)與相關(guān)部件安裝后穩(wěn)定48 h開始對(duì)中工作，此時(shí)雖然隔振器的蠕變量已經(jīng)達(dá)到預(yù)期蠕變總量的一半以上，但仍有范式形變?cè)Ａ浚诠こ虒?shí)踐中要求主機(jī)軸線比ZZ320型中間支架略高。通過主機(jī)系泊試驗(yàn)和航行試驗(yàn)中的主機(jī)長(zhǎng)跑后，再次進(jìn)行主機(jī)復(fù)校對(duì)中試驗(yàn)，在必要時(shí)進(jìn)行微調(diào)。

主機(jī)對(duì)中軸線的ZZ320型中間支架是推進(jìn)柴油機(jī)功率輸出傳動(dòng)件的重要組成部分，用于支撐高彈性聯(lián)軸器和萬向聯(lián)軸器并傳遞柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩。輸入法蘭與LS3420G高彈性聯(lián)軸器及WL390.5萬向聯(lián)軸器之間均通過螺栓硬連接，故而調(diào)節(jié)一個(gè)部分可以相當(dāng)方便的調(diào)節(jié)全部聯(lián)軸器組。主機(jī)對(duì)中的技術(shù)要求按照LS3420G彈性聯(lián)軸器的對(duì)中要求進(jìn)行(參考CB/Z 338—2005《船舶推進(jìn)軸系校中》)。主機(jī)對(duì)中的軸向偏差≤0.70 mm，角向偏差≤0.60 mm，徑向偏差≤0.70 mm，其計(jì)算方式如下。

1)軸向偏差。

(1)

式中：ΔdA為軸向偏差；dA1、dA2、dA3及dA4為軸向測(cè)點(diǎn)安裝距離；dA為平均安裝距離，即飛輪外切面與中間支撐法蘭距離，該型艦艇上為500 mm。

根據(jù)對(duì)中技術(shù)要求，其判定的標(biāo)準(zhǔn)為|ΔdA|≤0.70 mm。

2)角向偏差。

(2)

(3)

(4)

式中：ΔdW為角向偏差；dW1、dW2、dW3、dW4為角向測(cè)點(diǎn)安裝距離；ΔdW1，2及ΔdW3，4分別為角向垂直及水平平均偏差。

根據(jù)對(duì)中技術(shù)要求，判定的標(biāo)準(zhǔn)為ΔdW≤0.60 mm，該判據(jù)為在法蘭端面處，徑向垂直測(cè)點(diǎn)位置為535 mm，其余部位根據(jù)不同弧度進(jìn)行調(diào)整。

3)徑向偏差。

(5)

(6)

(7)

式中：dR1及dR2分別為徑向垂直測(cè)點(diǎn)；dR3及dR4分別為徑向水平測(cè)點(diǎn)；ΔdR1,2及ΔdR3,4分別為徑向垂直及水平平均偏差；ΔdR為徑向安裝偏差。

根據(jù)對(duì)中技術(shù)的要求，考慮到使用一定時(shí)間后，軸將會(huì)有一定量的下沉空間，為保證軸系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，一般在進(jìn)行最終判定前需提高0.5 mm的余量，調(diào)整后的判定標(biāo)準(zhǔn)為ΔdR≤0.70 mm。對(duì)該型艦艇主機(jī)對(duì)中期間測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表1所示。

表1 主機(jī)對(duì)中試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 mm

經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后，該艦在環(huán)境溫度28.3 ℃、相對(duì)濕度45%的條件下進(jìn)行了主機(jī)對(duì)中。對(duì)2號(hào)主機(jī)例行檢查的測(cè)算，出現(xiàn)了角向超差1.40 mm>0.60 mm及徑向超差0.76 mm>0.70 mm。

可以看出，即便在主機(jī)對(duì)中實(shí)踐中為蠕變留有一定的裕量，在較長(zhǎng)期的運(yùn)行中依然會(huì)出現(xiàn)超限的可能。應(yīng)當(dāng)在主機(jī)的運(yùn)行過程中，視艦艇的主機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行定期檢查。但常規(guī)的對(duì)中方法所需消耗的人力物力過大，且會(huì)受人為因素和工裝的狀態(tài)影響，因此我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工作實(shí)踐，提出了整合傳感器及吊裝機(jī)構(gòu)的主機(jī)對(duì)中監(jiān)控系統(tǒng)的基本構(gòu)想。

3 主機(jī)對(duì)中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

主機(jī)對(duì)中長(zhǎng)期超差不僅會(huì)造成總體速度下降，也會(huì)造成機(jī)槳功率降低及船體振動(dòng)加大等危害，對(duì)艦船長(zhǎng)期運(yùn)行不利，也不符合艦船的日常保養(yǎng)維護(hù)條例。人工利用千分尺進(jìn)行主機(jī)對(duì)中可能會(huì)受工裝和環(huán)境影響。利用以紅外傳感器作為基準(zhǔn)傳感器，輔助CMS視頻傳感器和吊裝機(jī)構(gòu)組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)可以有效的提高一次性對(duì)中成功的概率。其控制系統(tǒng)由硬件和軟件2部分組成，設(shè)計(jì)原理圖如圖2;系統(tǒng)硬件構(gòu)架如圖3；對(duì)中監(jiān)控系統(tǒng)程序流程圖如圖4；監(jiān)控系統(tǒng)控制原理圖如圖5。

圖2 主機(jī)對(duì)中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖

圖3 主機(jī)對(duì)中監(jiān)控系統(tǒng)硬件構(gòu)架圖

圖4 主機(jī)對(duì)中監(jiān)控系統(tǒng)程序流程圖

圖5 主機(jī)對(duì)中監(jiān)控系統(tǒng)控制原理圖

CMS視頻傳感器可以做較大幅度調(diào)整的監(jiān)測(cè)通道，紅外傳感器作為微調(diào)的主探頭監(jiān)測(cè)通道，吊裝的三維度運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)用來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的調(diào)整，從而形成了軸系對(duì)中調(diào)整的閉環(huán)回路。同時(shí)可以人工增加經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到同樣數(shù)據(jù)的時(shí)候，就可以及時(shí)發(fā)出預(yù)警或主動(dòng)停機(jī)，使得操作誤差影響降到最小[3]。

4 結(jié)束語

本文對(duì)主機(jī)對(duì)中過程進(jìn)行了理論和實(shí)踐的分析，提出了對(duì)主機(jī)對(duì)中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并對(duì)該系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了分析。但本文的主要側(cè)重點(diǎn)不在離線的對(duì)中實(shí)踐，而在主機(jī)和軸系在線的情況下，以較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)(包括軟硬件)來輔助軸系和主機(jī)對(duì)中進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)工作，既保證了主機(jī)的正常運(yùn)行和艦船的在役時(shí)間，又能對(duì)主機(jī)和軸系問題做到提前診斷、主動(dòng)觀測(cè)，在實(shí)踐上、技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上均具有較大的參考價(jià)值。