偏心軸承整體艉管安裝定位工藝控制要點(diǎn)

中國(guó)船級(jí)社 林虹兆

軸系合理校中對(duì)大型軸系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和船舶安全可靠的航行至關(guān)重要，它是根據(jù)船舶軸系的實(shí)際結(jié)構(gòu)，按照規(guī)定的約束條件，即規(guī)定的軸承負(fù)荷、應(yīng)力和轉(zhuǎn)角等允許范圍，通過(guò)校中計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝確定各軸承的合理位置，把軸系安裝成規(guī)定的曲線狀態(tài)，使各軸承的負(fù)荷分配均勻，支承截面上的彎矩和轉(zhuǎn)角在允許范圍內(nèi)。現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝中，為確保軸系校中盡可能接近理論計(jì)算狀態(tài)，水上階段軸承斜率的精確定位尤為重要。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)建造檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)歸納出帶斜率或抬高中心線的軸承（以下統(tǒng)稱偏心軸承）在軸系水上定位安裝的工藝要點(diǎn)。

偏心軸承簡(jiǎn)介

大型軸系的重量帶來(lái)的軸系擾度不可忽略，特別是艉軸后軸承位置，由于螺旋槳的額外重量，該處的彎曲一般比較大。為避免軸承局部比壓過(guò)大，增加軸與軸承之間的有效接觸面積，確保潤(rùn)滑油膜的有效建立，現(xiàn)在主流的做法是將軸承內(nèi)孔中心線設(shè)計(jì)成帶有一定斜率或者整體抬高一點(diǎn)，軸承外圓仍然與艉管同心（斜鏜孔方式已不常見(jiàn)）。根據(jù)CCS船舶建造檢驗(yàn)管理軸系課題組發(fā)布的艉軸承高溫原因研究報(bào)告顯示，由于鏜孔壓裝或整體艉管定位偏差導(dǎo)致軸與軸承的相對(duì)傾角得不到有效保證是引起艉軸承高溫最常見(jiàn)的原因，雙斜率軸承和沒(méi)有前軸承的軸系尤為敏感。

基于上述原因，《鋼制海船入級(jí)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱規(guī)范）第3篇12.5.3.6條規(guī)定，在尾管后軸承支點(diǎn)處，螺旋槳軸與尾管后軸承的相對(duì)傾角，在靜態(tài)下應(yīng)不超過(guò) 3.5×10-4 rad（ 約0.35mm/m）。以某13800DWT項(xiàng)目軸系為例，如圖1所示，按照批準(zhǔn)的《軸系校中計(jì)算書(shū)》中簡(jiǎn)化的軸系支撐計(jì)算理論曲線圖顯示，尾軸在后軸承支撐點(diǎn)位置與水平的傾斜角大約為0.4mm/m（以下均簡(jiǎn)稱），如果采用常規(guī)軸承則超過(guò)規(guī)范要求。

廠家結(jié)合其他限制計(jì)算結(jié)果和成熟經(jīng)驗(yàn)，最終確定艉軸后軸承中心線斜率為0.24mm/m，艉軸前軸承中心線抬高0.3mm，如圖2所示。因此理論上軸與后軸承之間的傾斜角降低為0.16mm/m，滿足規(guī)范要求的軸與軸承靜態(tài)下傾斜角不超過(guò)0.35mm/m。

圖2 某13800DWT艉軸前后軸承內(nèi)孔結(jié)構(gòu)形式

偏心軸承軸系的水上安裝方法

按照CCS持證規(guī)則要求，艉軸承和艉管均需按照批準(zhǔn)的圖紙尺寸加工并持有產(chǎn)品證書(shū)，也就是說(shuō)軸承內(nèi)孔本身的偏心加工數(shù)據(jù)已經(jīng)得到我社產(chǎn)品驗(yàn)船師的認(rèn)可，作為建造現(xiàn)場(chǎng)的驗(yàn)船師，則需要保證軸承最終上船定位后其空間位置的準(zhǔn)確性，即軸承內(nèi)孔中心線與水平面之間的斜率值等于設(shè)計(jì)值。

目前船廠在水上主要采用兩種軸系安裝工藝：一是采用艉管定位并鏜孔，船廠自己壓裝軸承的方式；二是采用先將軸承壓入艉管，該過(guò)程由外包方進(jìn)行，船廠僅對(duì)整體艉管進(jìn)行環(huán)氧定位。根據(jù)規(guī)范第3篇12.5.5.4條要求：尾軸承壓裝完成后，應(yīng)測(cè)量尾軸承處斜度，因此前者對(duì)船廠技術(shù)能力要求較高，主要難點(diǎn)為：鏜孔精度要求較高，并需要考慮鏜排擾度對(duì)軸承外圓和艉管內(nèi)孔配合的精度影響；壓裝結(jié)束后，需要測(cè)量安裝好的軸承相對(duì)水平面的斜率和抬高值，限于篇幅本文不再詳述。后者相對(duì)簡(jiǎn)單，以13800DWT項(xiàng)目為例，船廠艉管和軸承打包給某廠家，艉管和軸承分別由我社認(rèn)可廠家生產(chǎn)并持證，該廠家完成軸承壓裝工作，并提供壓裝和測(cè)量過(guò)程的數(shù)據(jù)報(bào)告，船廠和建造驗(yàn)船師的主要工作就是怎樣將艉管準(zhǔn)確的定位在船上，定位工藝的控制要點(diǎn)將在下一節(jié)詳述。

偏心軸承整體艉管定位的工藝要點(diǎn)

首先，對(duì)于偏心軸承的整體艉管，驗(yàn)船師必須驗(yàn)證壓裝數(shù)據(jù)報(bào)告，若船廠無(wú)入庫(kù)測(cè)量斜率的能力，驗(yàn)船師有權(quán)要求見(jiàn)證廠家壓裝測(cè)量的全過(guò)程，確保艉軸承壓入艉管之后不會(huì)因其外圓與艉管內(nèi)孔配合的誤差影響整體艉管的偏心值，做到過(guò)程監(jiān)控?zé)o死角。圖3為13800DWT經(jīng)驗(yàn)船師見(jiàn)證的軸承壓裝測(cè)量數(shù)據(jù)報(bào)告。

圖3 某13800DWT外協(xié)廠軸承壓裝測(cè)量報(bào)告

其次，檢查整體艉管的定位標(biāo)記，正常情況會(huì)有4個(gè)TOP標(biāo)記，分別在前軸承、艉管前軸承座、后軸承、艉管后軸承座上，這四個(gè)標(biāo)記點(diǎn)理論上必須在同一面上，且該面通過(guò)艉管的中心線，如圖4所示，為13800DWT艉軸前軸承和前軸承座上的TOP標(biāo)記。該標(biāo)記主要有兩個(gè)作用：一是確保前后軸承壓裝方向的準(zhǔn)確性，防止前后軸承壓裝的相對(duì)位置出現(xiàn)周向旋轉(zhuǎn)偏差；二是作為現(xiàn)場(chǎng)艉管周向定位使用，確保艉管在順逆時(shí)針?lè)较蛏系臏?zhǔn)確性。

圖4 13800DWT艉管前軸承座及前軸承上的TOP標(biāo)記

最后，艉管在船上的定位，確保軸承與水平方向的偏心值滿足設(shè)計(jì)要求。偏心軸承的整體艉管的定位跟普通整體艉管的定位在基本工藝上是一致的，采用拉線、照光、拉線照光結(jié)合的方式都是可以的，相對(duì)來(lái)所照光方式更加準(zhǔn)確，不同之處有兩點(diǎn)：一是偏心軸承的整體艉管的定位是以軸承外圓或者艉管軸承座內(nèi)圓為參考，讓理論軸系中心線跟上述兩者的中心線重合；二是偏心軸承艉管需要特別注意艉管周向的定位，通過(guò)旋轉(zhuǎn)艉管的方式，最終需要讓4個(gè)TOP標(biāo)記點(diǎn)在12點(diǎn)鐘方向。如圖5所示，13800DWT最終艉管定位后，其中艉軸承座的TOP標(biāo)記的位置正好在12點(diǎn)方向。

圖5 某13800DWT艉管定位后12點(diǎn)鐘方向的TOP標(biāo)記

工藝的改進(jìn)

偏心軸承整體艉管精確定位的難度就在于周向定位的準(zhǔn)確性，如果不能夠精確的保證軸承在周向的位置，則出現(xiàn)的直接后果就是軸與軸承之間的實(shí)際傾斜角不能達(dá)到理論要求，同時(shí)軸承的左右間隙可能出現(xiàn)嚴(yán)重不均的現(xiàn)象，后者尤為明顯。從目前廠家采用的TOP定位標(biāo)記來(lái)說(shuō)，很難精確地將軸承定位在設(shè)計(jì)的理想位置，因?yàn)門OP標(biāo)記由3個(gè)字母組成，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)船師也只能通過(guò)肉眼觀察的方式將其定位在12點(diǎn)鐘方向。

筆者通過(guò)思考，提出改進(jìn)建議：船廠在與廠家進(jìn)行技術(shù)協(xié)議簽訂時(shí)，要求廠家將TOP標(biāo)記改為標(biāo)記線，即在軸承和艉管端面分別做4根豎直的標(biāo)記線（如圖6所示）。現(xiàn)場(chǎng)在進(jìn)行周向定位時(shí)，讓艉管旋轉(zhuǎn)到該標(biāo)記線位于最上方且垂直水平面時(shí)，即可認(rèn)為艉管周向上定位已經(jīng)到位。船廠接受了筆者的建議，在后續(xù)船舶建造時(shí)采取了改進(jìn)工藝，從測(cè)試的數(shù)據(jù)來(lái)看，后續(xù)船的軸承左右間隙在均勻性上得到了極大的改善。

圖6 某13800DWT項(xiàng)目改進(jìn)的TOP標(biāo)記線

總結(jié)

偏心軸承整體艉管的定位相對(duì)普通整體艉管的定位技術(shù)難度更大，熟練掌握整個(gè)工藝過(guò)程的要點(diǎn)和不同點(diǎn)是大型軸系水上安裝的關(guān)鍵，也是合理校中的前期保障。工藝精度的提升是基于實(shí)踐的總結(jié)，創(chuàng)新的提出將TOP標(biāo)記改為標(biāo)記線，解決了艉管周向定位誤差大的問(wèn)題，改善了軸承左右間隙的均勻性。