船舶動力系統安裝工藝淺析

文浩駿，林世龍，徐洪鑾，張培德，張安勇

（濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261061）

在安裝船舶主機與軸系的過程中，校中是最重要的工序之一，直接關系到船舶推進系統的推進效率，并且還會影響船舶的安全運營，通過控制校中過程中的各個環節的影響，進而綜合影響校中的最終結果。在軸系校中及主機安裝過程時，主機的安裝可分為剛性安裝與彈性安裝，因本文主要針對客船中速主機，彈性安裝對主機產生的震動有很好的吸收作用，并進而減少產生的噪聲，故僅對彈性安裝的情況進行分析介紹。

1 軸系中心線的確定

通常在進行船體設計時，會為船體設計一條中心線，在進行船舶主機安裝及軸系校中前，需要先找出這條中心線。一般通過在主機前方、尾軸后方的兩個基準點來確定此中心線，也稱為軸系理論中心線。

1.1 確定理論基準點

在船舶設計建造時，有著用作定位作用的肋位，為方便區分，將兩個基準點分為艏基準點和艉基準點，通常在機艙前倉壁所在的肋位處設置為艏基準點，在零號肋位處設置艉基準點。圖紙對于艏艉基準點的位置有著明確的規定。基準點在垂直方向上的位置，可通過圖紙上測算出基準點至水平基線的高度，并使用鋼尺在艏艉基準點所在的肋位上，測量確定基準點垂直高度。也可以使用連通水平管，連通水平管是一個U型管，可以在船臺上的一端加水，至水線高度達到船體基線標高尺上基準點高度，另一端引入船體內，水線高

度即為基準點高度。此種方法要比使用鋼尺測量準確度更高（圖1）。

圖1 連通水平管示意圖

1.2 確定軸系理論中心線

在基準點確定后，通過在兩點之間拉緊鋼絲線的拉線法，或使用光學儀器發射一條光線同時通過兩點的光學儀器法，來確定軸系理論中心線，主機和軸系安裝、校中都以此中心線為基準。

通過確定軸系理論中心線（圖2）可實現：①可預估主機底盤至船體的基座之間的距離，以確定主機在機艙內的安裝位置；②確定彈性減振器的位置，加工鋼制墊片，并確定連接處的接觸面位置，對接觸面進行表面處理；③通過劃線法預先加工處主機與減振器之間，減振器與船體基座之間的螺紋孔；④可預估軸系至船體的基座之間的距離，以確定各中間軸軸承座的縱向位置和安裝高度；⑤確定推力軸承座和獨立的減速齒輪箱基座的中心點、前后位置、安裝高度等屬性，并加工補足間隙用的墊片；⑥計算中間軸的長度。

圖2 軸系理論中心線示意圖

（1）拉線法。拉線法顧名思義是在此前確定的兩個基準點之間用鋼絲線拉成一條直線，用此鋼絲線代表理論中心線。通常選用0.8～1mm直徑的鋼絲，并且在將鋼絲拉成直線的拉緊力以其的拉斷力的70%～80%為宜，拉緊力過大可能將鋼絲拉斷。如使用的鋼絲生銹或彎折，會造成嚴重的誤差，選用鋼絲時應予以避免。

由于重力作用，鋼絲線或多或少會有些許下垂，所以需要進行適當的修正（圖3）。具體方法為：在鋼絲通過的各隔倉壁，中間軸軸承座等位置的理論中心點上，計算出以上各點的下垂數值，在由鋼絲確定的位置上進行相應修正。

圖3 鋼絲下垂修正示意圖

鋼絲線在不同位置處下垂量X可由下面公式計算：

X=M·L1(L-L1)/2G

式中，M為鋼絲單位長度質量（g）；L1為修正位置到基準點的距離（m）；L為鋼絲線總長度（m）；G為鋼絲線承受的拉力或重錘的重力（N）。

（2）光學儀器法。拉線法產生的誤差會隨著軸系長度的增加而增加，所以在船舶軸系較長時，一般會改用光學儀器法。在艏艉基準點上安裝光靶并進行調整，使其十字線交叉點與基準點重合，調整儀器使光軸穿過艏艉兩個光靶的中心，所確定的光線就表示軸系理論中心線。

光學儀器法中使用的光學儀器主要是帶準儀或經緯儀的望遠鏡，或投射儀。隨著激光技術的日漸成熟，激光經緯儀和激光準直儀已經獲得廣泛的使用。

（3）推薦方法。當前推薦采用將上述兩種方法結合使用，來確定軸系理論中心線。具體方法為：①因光學儀器法較為準確，先用其確定軸系理論中心線，并在貫穿各個倉壁的位置上畫出加工圓線；②通過拉線來確定尾軸管及軸系各節軸承的位置，并使用木樣棒對尾軸，中間軸進行模擬，找出各軸系所在位置；③使用光學儀器法進行復查，確保各軸承位于正確的位置。

此方法相對煩瑣，但是可以提高軸系安裝及校中的質量與準確性。

2 軸系校中

軸系校中是軸系安裝工作中的一項重要工序。良好的校中對軸系平穩傳動有著重要的影響。軸系校中一般通過平軸校中法或者光學儀器校中法來進行，下面對兩種方法進行介紹。

2.1 平軸校中法

在軸系校中過程中，假設每對連接法蘭接觸面完全重合，即偏移值δ為零，曲折值ψ為零，忽略法蘭端受重力影響導致的下垂，即可視為此軸系處于一條直線。但現實情況下，受各種因素影響，各對法蘭接觸面完成重合是不可能實現的，因此需要設定每對法蘭連接時的極限值，在安裝測量時，δ值與ψ值滿足極限值即可認為兩節中間軸處在一條直線。

在校中過程中，根據軸系理論中心線先安裝尾軸，并以尾軸前端法蘭為標準，安裝下一節中間軸時，使用直尺和塞尺對兩個法蘭之間的偏移量和曲折值進行測量（圖4），如果測量結果大于極限值，則對第二節尾軸進行調整，直至測量結果小于極限值。然后，自船尾向前依次安裝并調整各中間軸，確保軸系各對連接法蘭的的偏移量及曲折值均小于極限值。最后，以推力軸的前法蘭為基準進行主機定位。

圖4 直尺和塞尺測量方法

2.2 光學儀器校中法

光學儀器校中法是利用光沿著直線傳播的屬性，借助光學儀器發射光線，并以該光線作為理論中心線，對尾軸管、人字架進行校準，并對各中間軸承進行定位，使各倉壁孔，軸承中心與儀器發射的光線重合。確定軸系各中間軸軸承的位置，并用墊片和地腳螺栓對其進行固定后，將尾軸和各中間軸進行安裝，安裝完成后，使用連接螺栓連接各對法蘭。激光技術已經非常成熟，可以采用激光儀器代替傳統儀器，提升校中的精度。

使用光學儀器校中不僅精度較高，還可以將軸系理論中心線的確定工作與校中工作相結合，同時進行，能極大地提升效率。但使用這種方法安裝軸系時，各軸承承受的實際載荷與理想狀態會存在差異，所以在受力情況復雜的大型船舶上不推薦使用此方法。目前這種校中方法主要用于中、小型船舶。

在對軸系進行校中時，還應考慮各軸承上的負荷、應力等要求，對各軸承的位移量和各連接法蘭上的偏移值和曲折值的計算，對各軸承進行一定調整，整個軸系可能呈現出曲線狀態，但是可以對各軸承上的負荷進行合理分配。

3 主機安裝與校中

軸系中心線確定后，可以確定主機在機艙內的安裝位置，并估計主機機座墊片的厚度。將主機吊裝到預先確定的位置，并使用臨時墊片進行支撐。

3.1 主機彈性安裝

將彈性減振器高度調節螺栓頂部與主機底盤支撐架底部貼合，若彈性減振器與船體基座之間的間隙超過減振器可調節的高度，使用剛度足夠且厚度合適的鋼墊片置于減振器與基座之間。旋緊減振器上高度調節螺栓使減振器承受載荷，注意保證每個減震器總是承受均勻的載荷，不得一次將某個高度調節螺栓完全受力，而應該圍繞主機依次逐個將螺栓旋緊，將主機頂起，避免任何一個減振器承受載荷過高。抽出主機下的臨時墊塊。待每個減震器均受到載荷后，靜置48小時待減震器內的橡膠蠕變壓縮。蠕變結束后，再次通過高度調節螺栓，調整主機垂直高度，在高度調整完畢，將減振器上緊固螺母以規定的力矩進行旋緊（圖5）。

圖5 彈性減振器調整示意圖

待彈性安裝完畢后，在飛輪軸向端面及徑向圓周面安裝兩只千分表，兩只千分表支架固定在齒輪箱輸入軸上，按主機正常工作時的方向進行盤車，在主機工作時，曲軸會由于軸承的間隙在徑向上產生位移，同時也會由于推力軸承的間隙而在軸向上移動，分別在垂直的兩條直徑上測量四個點，進行計算。徑向測量值可判斷主機曲軸中心線是否偏離理論軸線，軸向測量值可判斷主機輸出軸是否與齒輪箱輸入軸平行（圖6）。

圖6 千分表安裝示意圖

3.2 主機臂距差測量

主機安裝較中后，需要測量主機臂距差。如圖7所示，臂距差測量需要測量五個位置，分部是上止點，90°位置，150°位置，210°位置及270°位置（當曲軸位于下止點位置時，連桿會擋住千分表的安裝，故取150°位置，210°位置兩個位置的平均值）。

圖7 臂距差測量點

盤車至第一個活塞位于下止點位置，根據主機轉向在150°位置或210°位置將千分表放置在平衡重的沖孔標記中，并在該位置進行調零，為起始點記錄為X點。按照主機正常工作方向盤車，其余位置依次記為P、T、S、Y點，并記錄測量偏差，記錄時注意標準讀數位置，及正、負。依次按相同順序完成剩余各缸的測量（圖8）。

圖8 臂距差千分表安裝位置

曲拐撓度=曲拐正好相反位置（即成180°的兩個位置）上的千分表讀數差（圖9）。

圖9 臂距差讀數為負

垂直撓度=從頂部到底部的讀數差，水平撓度=水平方向上的讀數差。

主機在冷態下的曲拐水平撓、離飛輪最近的曲拐的垂直撓度、其他曲拐的垂直撓度等都規定了極限值。如果讀數超過極限值，需要重新進行校中。

4 結語

如今船舶建造的技術在不斷地發展，對船舶設備，特別是客船的要求越來越高，主機是船舶航行的動力源，并且也是船舶最大的振動，噪聲源頭，因此主機安裝質量和軸系校中的好壞直接影響動力系統的正常運行，對船舶的航行性能及船員和乘客在船上的舒適性起著至關重要的作用。希望本文可為今后客船主機的安裝與校中提供一定的技術借鑒和支持。