“探索一號”科考船的軸系修理校中

孫科 李江 白敬林 姜小亮

摘要：文中主要介紹改裝船舶“探索一號”科考船的軸系修理校中。在塢檢過程中，發現該船艉軸承異常磨損。通過分析，這是由于船體老化變形、加裝設備、作業習慣等因素，對原軸系中心線、主機中心線、舵系中心線、船體基線的相互關系產生了影響。提出了修理的思路和實施方案，使問題得到了解決。

關鍵詞：長軸系;復合材料軸承;主機中線;負荷法;激光測量

中圖分類號：TB4? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻識別碼：B

Abstract： This paper mainly introduces the repair and alignment of? ? ? the refitted research vessel“TAN SUO YI HAO”. During the inspection of the dock， abnormal wear of bearings was found .The influence of factors such as aging and deformation of hull， installation of equipment and working habits on the relationship between original shafting centerline， main engine centerline， rudder centerline and hull baseline is analyzed and introduced. The repair ideas and implementation plan were put forward， and the problem has been solved.

Key words： Long shafting; Composite bearing; Main engine centerline;?Load test; Laser measurement

1 前言

“探索一號”原為“海洋石油299”多功能作業船，動力系統為四機、雙軸、雙槳、長軸系動力裝置，而且軸系設計比較特殊。其主機輸出端到前齒輪箱是由中鼓型齒式聯軸器連接中間軸的，中間軸到后齒輪箱，再由后齒輪尾軸到螺旋槳。因而從尾軸到螺旋槳有三段軸結構性軸承支承，結構比一般船舶軸系復雜。該輪在2016年在文沖修船廠第一期改造為具備DP2動力定位能力的綜合科考船;再分別通過2017年、2019年兩次升級改選，成為一艘具有世界先進水平的深海科考母船。

2016年底進廠改造時，塢檢發現左右雙軸軸線異常偏差。根據判斷，造成異常偏差的原因可以排除尾軸強度疲勞變形和軸承本身材質缺陷因素。原軸系中線發生了變化的原因，是由于船舶改裝、設備變化、船舶用途變化等因素。針對測量的結果，充分考慮船舶技術性能、經濟性、高效性，最后采取了綜合性的解決方案，達到預期效果。

2 軸系修復可選方案情況

（1）第一種情況

根據常規修船方法，以主機曲軸中心線為基準，按原設計圖紙的軸線模擬布置軸線，參照規范檢查船體基線和舵中心線的關系。如果模擬軸線達到規范要求，則通過檢查在此模擬軸系中心線上各軸承中心線是否重合來調整各個軸承;

（2）第二種情況

測量各個軸承中心線的數據若滿足規范要求，則以各個軸承中心線為模擬軸系中心線，檢查和船體基線、舵系中心線的關系是否符合規范要求，并通過調整主機曲軸中心線來達到預期，即移動主機。這種情況主要針對小船，其主機較小、調整簡單。

（3）第三種情況

船舶出現海損，軸系中心線被破壞，單從主機曲軸中心線為基礎受部件尺寸極限無法達到調整要求;單從軸承中心線為基礎也無法達到調整要求，因而需要雙方面都進行調整;

（4）第四種情況

本船軸系結構特殊，加上軸線測量數據偏差超標，故采用單一方法難解決問題，需要綜合采取多種方法并用，分三個單元處理，即兩臺主機共用齒輪箱單元、中間軸單元、尾軸單元。

3 軸系數據測量和分析

3.1 左尾軸、尾軸承和尾管測量數據

（1）左尾軸、尾軸軸承的工作位，第一、二、三軸承測量數據正常，尾軸跳動在正常規范內;第一、二軸承測量正常，第三軸承磨損超標，并且出現偏磨，需要進行更換;第一、二、三軸承內孔精度超差，判斷是因為軸承為合成材料，先安裝再鏜孔，工藝上對內徑精度的要求不高的結果;

（2）前尾軸承后端和后尾軸承后端倒角太大，而且內孔下部磨損明顯，無法獲得精確測量數據。只能通過壁厚的比較，舊的軸承中心出現偏心，可能是軸承內孔發生了磨損，也可能軸承內孔是現場鏜孔，而不是在車床精加工好再進行安裝的;

（3）軸承的壁厚測量，單邊厚度只有24mm，基本接近大多數材料極限厚度，這對后序的軸系校中和軸承的機加工有很大影響。

3.2 右尾軸、尾軸承和尾管測量數據

右尾軸系的測量情況和左軸的數據相近。說明船舶航行作業基本上都是雙車并行而且一致;同時也說明船體尾部結構為整體性變化，沒有局部變形，船體結構強度可靠。

3.3中間軸平軸法測量數據

左、右軸的偏移值、曲折值測量方法，如圖1所示：

左、右中間軸，由前、后齒輪箱和三條中軸組成。考慮尾軸受尾軸承的限制可調整量不多，但左、右軸的平軸法測量數據，如按CB/T3420-1992船舶軸系修理裝配技術要求和原船圖紙技術參數要求，根本無法做到，故只能考慮綜合性全面折中取中，值校正中間軸部分。

3.4主機輸出端與主機齒輪箱前法蘭中線測量數據

采用法蘭同軸度測量方法，測量主機輸出端與主機齒輪箱的狀況，數據顯示都超出規范要求，需要進行法蘭對中調整，使其達要到求。

3.5尾軸系激光檢查報告數據

左、右尾軸的激光測量報告中的數據趨勢一致，但各個軸承孔的軸線偏離超差嚴重，而且不具線性規律，基本是離散的點。由于對結構復雜的長軸系的調整綜合考慮的因素很多，如有某個配件或配合參數沒考慮到，實施起來就會無法向下推進。

3.6 導流罩與尾軸管中心線偏差量數據

左、右螺旋槳直徑都為4000mm，左軸中心偏差15mm，屬于正常規范內;右軸偏差超過35mm，需要修復;由于導流罩距離第三軸承很近，結構性支撐調整有限，必須對軸承厚度進行補償。

從左、右尾軸的工作位、尾軸的形位尺寸來看，尾軸本身沒有問題;尾軸承第三段測量數據顯示尾軸配合超標，主要是超磨損所致;其他尾軸承、尾管的測量數據表明，這些部件單獨是符合要求的;從部件本身數據來看，之前船舶營運是屬正常損耗，但從軸系中心線來看，其采用平軸法和激光測量法測量的數據情況一致，都嚴重偏離原來軸系中心線設計參數，這從整體來說應該是改裝過程中船體基礎發生變形造成軸線的變化。因此，對超長軸系的船舶進行改裝或加裝設備時，一定要在完工后進行軸系中線的測量檢查，否則會因為軸系中線變化造成重大損失或事故。

4 最優組合修復方案

4.1左軸調整方案

通過上述整體測量情況的分析和尾軸激光檢測報告，以及中間軸通過平軸法和負荷法校核，結合船舶軸系修理裝配技術要求和原船軸系圖紙技術要求，左（右）尾軸中心線的調整方案如下：

（1）尾軸中心線的確定

在滿足CB/T3420-1992船舶軸系修理裝配技術要求和原船軸系圖紙的情況下，以最后的中間軸后端軸中線為基準向后修正，其調整趨勢如圖2所示：

（2）垂直方向的調整

該調整考慮到尾軸與尾軸管軸承間隙約為1mm，尾軸中心在塢里會因重力作用相應地降低0.5mm。后齒輪箱與尾軸的位置關系按原船軸系安裝圖的要求，如圖3所示：

通過對各個部件垂直方向測量數據的分析計算，受到部件形位尺寸極限要求的限制，無法把偏差累積調整到一個部件上進行，故分別對后齒輪箱、第一道尾軸管、第二道尾軸管、第三道尾軸管都進行合理的調整。

（3）水平方向的調整

通過對各個部件水平方向測量數據的分析計算，受到部件形位尺寸極限要求的限制，無法把偏差累積調整到一個部件上進行，故分別對后齒輪箱、第一道尾軸管、第二道尾軸管、第三道尾軸管都進行合理的調整。

通過全盤的建模計算，最終得出按表1數據進行調整是最為合理及經濟的，同時也是最可以保證質量的。

調整示意圖，如圖4所示。

（4）相關零部件尺寸極限調整

經查原船圖紙，第一道尾軸管尾軸直徑 360mm、內徑 412.4mm、外徑 650mm、槽深度20mm、殼體最薄處610mm、殼壁最薄處98.82mm。根據上述數據。調整實施如下：

（A）第一道尾軸管孔鏜孔

尾軸管孔中心線最大偏上4.88mm、偏左1.92mm，即最大鏜孔偏心量為5.24mm、內徑增大為422.88mm、壁厚最大鏜削量為10.48mm左右、最薄壁厚為88.33 mm，滿足CB/T3418-92的要求;

（B）第二道尾軸管孔

尾軸承偏心加工處理以外徑為基準，尾軸承前端的內孔中心抬高2.21+安裝間隙的一半，偏左1.92mm;后端的內孔中心抬高0.03+安裝間隙的一半，偏左2.35mm。按此偏心值精加工內外孔;

（C）第三道尾軸管孔（美人架）

尾軸承偏心加工處理以外徑為基準，尾軸承前端的內孔中心抬高安裝間隙的一半，偏右2mm;后端的內孔中心降低13.73-安裝間隙的一半，左右不變。按此偏心值精加工內外孔;

（D）調整后齒輪箱中心

尾軸承、尾軸等安裝好后，在浮船狀態下以尾軸法蘭用平軸法調整后齒輪箱中心線（按原船軸系安裝圖的要求），如圖5所示.在環境溫度10℃時，尾軸中心線比齒輪箱輸出軸的中心線高0.25mm、偏右0.125mm;

（E）復校中間軸中心線

當調整尾軸中心線時后齒輪箱的位置會發生變化，可把全部中間軸視為同心進行調整，并與前后齒輪箱輸出軸和輸入軸偏移值為0連接，由此會出現如圖6所示的曲折值：

（a）前齒輪箱與中間軸的中線狀態：調整后的上下方向曲折值約為0.44mm/m（上開口）、左右方向曲折值約為-0.60mm/m（左開口），符合CB/T3420-1992船舶軸系修理裝配技術要求中曲折值≤2mm/m的要求。偏移值的調整（見原船軸系安裝圖的要求），如圖7所示：

（b）中間軸與后齒輪箱的中線狀態：調整后的上下方向曲折值約為-0.17mm/m（下開口）、左右方向曲折值約為-0.02mm/m（左開口），將最大的曲折值0.17mm/m轉化為角度值為0.014?，也符合原船軸系安裝要求的0.4?—0.5?;偏移值的調整（見原船軸系安裝圖的要求），如圖8所示：

（F）其他零部件的調整。

對前、后尾軸封的零部件安裝與校核后，中心線的同心要求偏離情況進行調整。如：受形位尺寸的極限影響，根據現場的實際情況進行機加工或更換。

軸系調整工作完成后，頂舉法測量軸系負荷，校核各軸承和尾軸管前軸承的負荷。軸承負荷的計算，參考CB/Z 338-2005 船舶推進軸系校中規定：

（A）軸承材料的許用比壓一般應不超過下列允許值：白合金尾管軸承，0.8 MPa;復合材料尾管軸承，最大為0.3 MPa;中間軸承，0.6 MPa;

（B）中間軸承采用頂舉負荷法校核，計算公式如下：

定義壓力：P=（Pa+Pb）/2

實際負荷：F=0.1KSP

式中：s為千斤頂柱塞機面積，mm2;P為油壓，Pa、Pb分別對應上升和下升頂舉曲線的坐標;

（C）根據頂舉法測量計算出各軸承的負荷，可通過加、減軸承墊片的方法來盡可能使軸承的最小負荷不低于該軸承所支承的軸的重量的20%，最大負荷不大于按軸承材料許用比壓及按軸承結構尺寸計算的負荷;

（D）檢查螺旋槳與導流罩內孔之間的間隙，其偏離度不大于螺旋槳與導流罩間隙的四分之一;

（E）尾軸管密封件壓油試驗，不允許有泄漏現象。;

（F）系泊試驗完成后，用頂舉法測量各中間軸承和尾軸管前軸承的負荷，應符合上述要求，誤差不超過±20%。

5 小結

該輪軸系修理完成后一直運營正常，在各種海況下完成了各項科考任務，一直到第二次再升級進塢測量檢查，軸系狀態都正常良好。長軸系的船舶在有改裝、加裝設備過程中，會由于各種原因使軸系中心線發生變化，影響到船舶動力推進或航行安全，所以一定要引起高度重視;同時，在修復和校正軸系中心線的過程，由于軸系已經設計、建造、安裝完成，并投入了運營，所有結構和零部件都相互關聯和制約，所以在解決問題時采用單一的方法往往是不能解決問題的，需要多方面綜合考慮各種因素，采用多種方法，確保質量和經濟性及符合規范要求。

參考文獻：

[1]中國船舶工業公司. CB/T 3416-3429-92《船舶軸系、螺旋槳和舵系修理技術標準》[S].1992年.

[2]姚壽廣， 肖民. 《船舶動力裝置》[M]. 國防工業出版社，2012年.