船舶無(wú)余量長(zhǎng)軸系安裝技術(shù)

李 均，祝彥兵，陳 博

（1.海裝駐上海地區(qū)第一軍事代表室，上海 201913；2.上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

在船舶設(shè)計(jì)與建造過程中，軸系的安裝是輪機(jī)專業(yè)極為重要的項(xiàng)目，其安裝狀態(tài)將直接影響船舶航行的安全性與可靠性[1-2]。無(wú)余量長(zhǎng)軸系因其艉軸與中間軸在安裝前已進(jìn)行精加工，安裝過程需具備很強(qiáng)的精度控制意識(shí)，不少船廠在首次建造過程中因經(jīng)驗(yàn)缺乏而付出了慘痛的代價(jià)，二次返工，費(fèi)時(shí)費(fèi)力[3-5]。

本文以某船無(wú)余量長(zhǎng)軸系安裝為例，研究其安裝技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)其安裝經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)歸納，為同類型船舶軸系的安裝提供參考，從而掌握安裝要點(diǎn)，縮短安裝周期。

1 某船軸系及相關(guān)設(shè)備

本船采用雙機(jī)雙槳推進(jìn)，從艉部向艏部看，為雙槳外旋，即右槳順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，左槳逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。軸系艉部配備有前后艉軸架，且艉軸管處安裝水潤(rùn)滑軸承，以支撐艉軸。主機(jī)為2臺(tái)中速機(jī)，經(jīng)齒輪箱減速后，通過齒輪箱輸出端帶動(dòng)軸系轉(zhuǎn)動(dòng)；而后軸系將主機(jī)功率傳遞給螺旋槳，同時(shí)將螺旋槳在水中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的軸向反推力通過軸系中的推力軸承傳遞給船舶（見圖1）。

軸系向艉傾斜，與理論基線間的傾斜角約為1.149°，左右 2根軸系平行于船舯線，距舯線理論距離為3 800 mm。軸系各組成部件參數(shù)與作用如下。

1）艉軸即螺旋槳軸（含槳轂）：Ф 400 mm×17480 m～Ф 560 mm×17 480 mm。

2）1號(hào)中間軸：Ф 400 mm×7 470 mm。

3）2號(hào)中間軸：Ф 400 mm×7 470 mm。

4）3號(hào)中間軸：Ф 400 mm×7 470 mm。

5）中間軸承：每套軸的3根中間軸對(duì)應(yīng)配備3個(gè)白合金中間軸承，采用油潤(rùn)滑、淡水冷卻。

6）液壓聯(lián)軸節(jié)：連接艉軸與1號(hào)中間軸。

7）水潤(rùn)滑軸承：包括軸套和塞龍軸承，內(nèi)場(chǎng)用液氮冷凍法將賽龍軸承裝入軸套，再將艉軸套組合件壓入艉軸架和艉軸管，采用海水潤(rùn)滑。

8）艉密封：海水潤(rùn)滑內(nèi)密封，修理狀態(tài)時(shí)（禁止盤車）采用氣密式膨脹密封。

2 無(wú)余量長(zhǎng)軸系安裝技術(shù)要點(diǎn)

2.1 艉軸架安裝的精度控制

在采用軸系無(wú)余量安裝的船舶中，為使艉軸架安裝位置符合軸系布置圖要求，需待船體尾部結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝結(jié)束后，預(yù)裝前后艉軸架；由激光打出軸系中心線坐標(biāo)位置，通過前后、左右、高低6向三維坐標(biāo)來決定艉軸架的位置。圖2為軸系拉線示意圖?？刂莆恢萌缦拢?/p>

1）控制前后位置。根據(jù)提供的實(shí)測(cè)軸系長(zhǎng)度的木樣棒，定出艉基準(zhǔn)點(diǎn)（螺旋槳中心點(diǎn)）和艏基準(zhǔn)點(diǎn)（齒輪箱輸出法蘭中心點(diǎn)）；調(diào)整前艉軸架、后艉軸架在軸系長(zhǎng)度中的對(duì)應(yīng)位置并做好標(biāo)識(shí)；同時(shí)，需注意每個(gè)艉軸承工作中心的軸向距離均從艉基準(zhǔn)點(diǎn)量起。

2）控制左右位置。本軸系為左右雙軸系，安裝艉軸架時(shí)需保證2根軸系中心線與船體中心線平行；根據(jù)激光打出軸系中心線坐標(biāo)位置，初定艉軸架。

3）控制高低位置。根據(jù)激光打出軸系中心線的定位標(biāo)志來決定高低，同時(shí)考慮本軸系與理論基線成 1.149°，因此定位時(shí)還需保證整個(gè)軸系向艉部?jī)A斜。

初定艉軸架并再次檢查艉軸架三維坐標(biāo)是否基本到位，加上預(yù)估少量反變形，預(yù)熱焊接艉軸架。焊接時(shí)，應(yīng)每隔5 min測(cè)量1次軸系中心線與艉軸架變化的情況，隨著變化情況及時(shí)調(diào)整焊接方法，以控制艉軸架的精度，從而保證艉軸架與軸系安裝保持在精度范圍內(nèi)。

2.2 船體艉部結(jié)構(gòu)分段精度控制

軸系無(wú)余量安裝需對(duì)船體艉部分段和機(jī)艙分段進(jìn)行精度控制，分段完工后應(yīng)在內(nèi)底非構(gòu)架面劃出中心線、艏艉肋位線、齒輪箱安裝基準(zhǔn)肋位線及中間軸承座安裝基準(zhǔn)肋位線，并敲上洋沖印。

大合攏時(shí)的定位，須保證中間軸承座肋位與中間軸座肋位間距、中間軸承座肋位與齒輪箱安裝基準(zhǔn)肋位的肋位間距在規(guī)定范圍內(nèi)，且整個(gè)軸系以齒輪箱安裝基準(zhǔn)肋位為基準(zhǔn)；中間軸承座定位應(yīng)保證中間軸承座上表面與軸中心線高度h值符合要求。

2.3 船底基線的精度控制

在大合攏施工中，由于分段吊裝的順序、狀態(tài)、焊接工藝等程序理論要求與實(shí)際狀態(tài)有較大差別（例如不同時(shí)間段的天氣變化將造成的溫差，并使船底基線產(chǎn)生不同變化）。為防止這類變化對(duì)船體精度定位帶來不利影響，同時(shí)防止艉段下沉和上翹現(xiàn)象的產(chǎn)生，需對(duì)前艉軸架和后艉軸架在大合攏后進(jìn)行初定位，并在軸系照光后再次定位。

2.4 中間軸承基座安裝的精度控制

與艉軸承的安裝情況相類似，雙軸系中共 6個(gè)中間軸承基座，其定位和安裝也須考慮前后、左右及高低位置（包括艉傾等），且其高度方向上的公差應(yīng)為負(fù)值。

2.5 前后艉軸架和艉軸管外形尺寸余量控制

通過拉線、照光確定水潤(rùn)滑軸承在前艉軸架、后艉軸架和艉軸管的中心位置后，對(duì)前艉軸架、后艉軸架和艉軸管進(jìn)行鏜孔。為了保證對(duì)中后軸架與軸管的鏜孔余量以及端面的鏜削余量在可控范圍內(nèi)，前艉軸架、后艉軸架和艉軸管毛坯的外形尺寸余量應(yīng)比常規(guī)要求大約 5 mm，使端面余量為15 mm，內(nèi)孔余量為10 mm。余量放大雖會(huì)增加鏜孔加工和端面鏜削的工作量，但能確保前艉軸架、后艉軸架和艉軸管在定位過程中，出現(xiàn)超差（由不可抗力引起的）時(shí)具有補(bǔ)救余量。

2.6 水潤(rùn)滑軸承定位安裝的控制

水潤(rùn)滑軸承定位安裝時(shí)，首先應(yīng)確定軸系布置圖所標(biāo)定的理論點(diǎn)，其次應(yīng)根據(jù)水潤(rùn)滑軸承所承受的承壓力中心點(diǎn)（本船為軸承長(zhǎng)度的中點(diǎn)）進(jìn)行定位，而后根據(jù)木樣棒中的標(biāo)志來決定最終端面鏜削量，以確保每個(gè)水潤(rùn)滑軸承的定位均在精度控制范圍之內(nèi)。

2.7 計(jì)量工具和環(huán)境溫度的控制

為保證各施工單位軸系長(zhǎng)度測(cè)量的同一性，要求測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)尺需經(jīng)過計(jì)量檢驗(yàn)，且各施工單位共用同一把標(biāo)準(zhǔn)尺；其次，船體尾部結(jié)構(gòu)分段定位、船體基線控制、艉軸架安裝定位、中間軸承基座定位以及水潤(rùn)滑軸承壓入定位時(shí)的測(cè)量時(shí)間段均應(yīng)保持一致，以確保測(cè)量時(shí)環(huán)境溫度基本相同，從而保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性。在晝夜溫差較大時(shí)，這一點(diǎn)顯得尤其重要（日光直射處和背光處的溫差越大，對(duì)應(yīng)船體的變形量也越大）。

2.8 軸系負(fù)荷測(cè)量的控制

各軸按對(duì)中程序要求的偏移和曲折布置后，下一步則是進(jìn)行軸系負(fù)荷測(cè)量工作。當(dāng)船舶采用短軸系時(shí)，由于主機(jī)直接參與軸系對(duì)中和負(fù)荷測(cè)量的調(diào)整，調(diào)整點(diǎn)僅為1個(gè)中間軸承和主機(jī)，因此測(cè)量和調(diào)整過程較簡(jiǎn)單；當(dāng)測(cè)量和調(diào)整工作結(jié)束時(shí)，軸系和主機(jī)的定位也隨之完成。但本船采用長(zhǎng)軸系，主機(jī)不直接參與軸系對(duì)中和負(fù)荷測(cè)量的調(diào)整，而是整個(gè)軸系與齒輪箱進(jìn)行對(duì)中和負(fù)荷測(cè)量調(diào)整，在此過程中，每次測(cè)量和調(diào)整均須監(jiān)控齒輪箱位置調(diào)整后，主機(jī)所處位置是否滿足設(shè)計(jì)要求；此外，3個(gè)中間軸承和齒輪箱共有4個(gè)位置需進(jìn)行調(diào)整，每個(gè)位置的調(diào)整變化都會(huì)使各中間軸承和齒輪箱輸出端負(fù)荷發(fā)生變化，因此整個(gè)測(cè)量和調(diào)整過程需花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間與精力。

為了對(duì)各軸承負(fù)荷測(cè)量和調(diào)整進(jìn)行有效控制，首先應(yīng)掌握主機(jī)基座支撐墊塊的厚度在何種范圍內(nèi)有效；其次，對(duì)各軸承負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整時(shí)，在滿足規(guī)范要求（各軸承實(shí)際負(fù)荷不超出±20%理論計(jì)算值）的情況下，對(duì)整個(gè)軸系的曲線是形成弓形還是凹形作一個(gè)預(yù)判斷，以預(yù)估齒輪箱的位置將對(duì)主機(jī)的最終定位產(chǎn)生多大影響。因此，預(yù)判斷是否準(zhǔn)確，對(duì)軸系負(fù)荷測(cè)量和調(diào)整的過程產(chǎn)生較大影響。

2.9 浮態(tài)情況下對(duì)船舶水平姿態(tài)的控制

該船為雙軸系設(shè)計(jì)，兩軸系在施工中無(wú)法實(shí)現(xiàn)理論上所要求的兩邊完全一致，因而兩軸系的負(fù)荷測(cè)量數(shù)值不可避免地存在差異；若船舶水平傾斜度控制不當(dāng)，將使差異更加明顯，從而使軸系負(fù)荷測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)法真實(shí)反映軸系各負(fù)荷。因此，浮態(tài)情況下的船舶姿態(tài)應(yīng)盡可能保持水平，可通過油水或壓鐵壓載對(duì)其水平姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

3 安裝技術(shù)總結(jié)

從該船無(wú)余量長(zhǎng)軸系安裝實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)來看，其主要特點(diǎn)如下：

1）由于軸系中的艉軸和中間軸為精加工，因而對(duì)船體的建造精度要求更高。

2）艉軸架的定位應(yīng)與軸系對(duì)中相結(jié)合，且兩軸系應(yīng)盡可能保持三維坐標(biāo)一致。

3）艉軸架燒焊前須預(yù)熱并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)調(diào)整接焊工藝控制的安裝精度。

4）各組成部件的測(cè)量時(shí)間段應(yīng)保持一致，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。

5）在對(duì)軸系負(fù)荷進(jìn)行測(cè)量和調(diào)整時(shí)，應(yīng)對(duì)軸系狀態(tài)作準(zhǔn)確的預(yù)判，從而縮短整個(gè)軸系（包括主機(jī)）的安裝周期。

6）在浮態(tài)下應(yīng)通過壓載使船舶盡可能保持水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

該船通過航行試驗(yàn)驗(yàn)證，軸系運(yùn)轉(zhuǎn)良好，無(wú)異常振動(dòng)和噪聲，且各軸承溫度正常。由此可知，無(wú)余量長(zhǎng)軸系的安裝過程雖比短軸系更復(fù)雜、安裝周期更長(zhǎng)，但只要嚴(yán)格對(duì)各關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行精度控制，加強(qiáng)管理與實(shí)時(shí)監(jiān)控，完全能夠達(dá)到原定的設(shè)計(jì)要求。相關(guān)研究人員通過本次無(wú)余量長(zhǎng)軸系安裝實(shí)踐，取得了諸多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。此類經(jīng)驗(yàn)，可作為同類型船舶軸系安裝的參考案例，也可供后續(xù)掌握同型船舶軸系安裝特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況后為縮短安裝周期提供參考。