某型艦大范圍割焊對軸系影響的探討與應(yīng)對措施

唐 穩(wěn),金志廣

(1.青島地區(qū)裝備修理監(jiān)修室,山東青島 266001;2.4808工廠,山東青島 266001)

某型艦在修理中,包括軸系在內(nèi)的大型設(shè)備要全部出艙修理。為了各個(gè)艙室設(shè)備修前及修后的出、回艙,在整個(gè)施工過程中,艦體將面臨大范圍的切割和焊接,艦體不可避免的將產(chǎn)生應(yīng)力變形,并引起軸系的相應(yīng)變化。艦體經(jīng)過大范圍切割或焊接后,會產(chǎn)生何種變形、對軸系會造成何種影響、軸系本身狀態(tài)會有何種變化以及采取的應(yīng)對措施等,將是面臨的幾個(gè)問題。本人根據(jù)多年的軸系修理實(shí)踐,結(jié)合以往該型艦的修理經(jīng)驗(yàn),綜合分析了艦體變形對軸系的影響,提出了針對性的應(yīng)對措施,以確保該艦軸系的安裝質(zhì)量。

1 軸系的布置

軸系布置見圖 1。

圖1 軸系布置示意圖

該艦采用雙軸系布置,設(shè)置槳軸、艉軸、中間軸。槳軸和艉軸由后托架、中間托架和艉軸管 3個(gè)橡膠軸承支撐;3段中間軸由 3個(gè)白合金支點(diǎn)軸承和齒輪箱后支點(diǎn)軸承支撐。軸系總長約 56m,屬于長軸系。

2 軸系修前狀態(tài)與分析

2.1 負(fù)荷法測量

修前浮態(tài)下,用負(fù)荷法測量了軸系各個(gè)支點(diǎn)軸承的支反力,表1為測量數(shù)據(jù)。圖 2為左軸系 1#支點(diǎn)軸承支反力測力圖。

表1 軸系支點(diǎn)軸承支反力

圖2 左軸系 1#支點(diǎn)測力圖

2.2 橡膠軸承磨損情況

軸系抽出后,測量了橡膠軸承間隙。左軸系艉管軸承、前托架軸承和后托架軸承的磨損量分別為9.93mm、11.73 mm和 3.80 mm;右軸系艉管軸承、前托架軸承和艉托架軸承的磨損量分別為4.70 mm、4.04 mm和 3.17 mm。從數(shù)據(jù)對比看出,左軸系的磨損程度遠(yuǎn)大于右軸系。

左、右軸系經(jīng)過拆檢和測量,發(fā)現(xiàn)軸系的橡膠軸承存在不同程度的磨損,其中,后托架軸承磨損程度較小,而艉軸管和前托架軸承磨損程度較大。橡膠軸承產(chǎn)生不同程度的磨損,主要與其承載面積的大小有關(guān),艉托架軸承的承載面積是其他軸承的2倍,所以,磨損較輕。

但左、右軸系的艉管和前托架軸承磨損程度有較大差異,左軸系的艉管軸承和前托架軸承的磨損程度遠(yuǎn)大于右軸系。同樣的軸承承載面積,出現(xiàn)不同程度的磨損,是一種異常現(xiàn)象,這種異常現(xiàn)象的出現(xiàn),主要與軸系的安裝狀態(tài)及其后來對相鄰支點(diǎn)調(diào)整有關(guān)。因此,左軸系修后安裝時(shí),應(yīng)充分注意對橡膠軸承的相鄰及其它支點(diǎn)軸承的調(diào)整。

2.3 軸系狀態(tài)

由于左軸系橡膠軸承磨損大,造成軸線下沉增大。從表 1中支點(diǎn)軸承的支反力實(shí)測與建造值對比看出,軸系各支點(diǎn)的支反力有相應(yīng)變化,與其相鄰的 1#支點(diǎn)支反力明顯增大,2#、3#支點(diǎn)支反力減小,齒輪箱支點(diǎn)支反力增大。

軸系在長期運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,由于橡膠軸承不斷磨損,造成軸線下沉,導(dǎo)致相鄰支點(diǎn)載荷不斷增大,各支點(diǎn)支反力隨之改變。當(dāng)相鄰支點(diǎn)載荷超過規(guī)定時(shí),可能引起支點(diǎn)發(fā)熱、熔化、振動(dòng)等故障出現(xiàn),因此,支點(diǎn)需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,使整個(gè)軸系不斷適用軸線的變化狀態(tài)。該型艦軸系在長期運(yùn)行過程中,曾出現(xiàn)過對支點(diǎn)軸承進(jìn)行修刮調(diào)整的事例,應(yīng)與上述情況的影響有關(guān)。圖 3為左軸系修前彎曲狀態(tài)示意圖。

圖3 左軸系修前彎曲狀態(tài)示意圖

3 艦體狀態(tài)與分析

3.1 艦體切割與焊接對軸系的影響

由于修理的需要,全部設(shè)備需要出、回機(jī)艙,所以,機(jī)艙和輔助設(shè)備艙室,以及相關(guān)的上層建筑,需要進(jìn)行割焊作業(yè)。艦體在進(jìn)行大范圍的割焊作業(yè)的過程中,艦體將產(chǎn)生變形,最終影響到軸系,引起軸線的變化。

艦體是一個(gè)應(yīng)力平衡的彈性體,彈性體上任何的改變將引起艦體應(yīng)力的相應(yīng)變化。所以,割艙后,原有的應(yīng)力平衡受到破壞,艦體將出現(xiàn)上拱變形;重新焊接后,由于焊接應(yīng)力的作用,艦體將出現(xiàn)下拱變形。艦體的下拱變形將引起軸系各支點(diǎn)支反力的重新分布,軸系在各支點(diǎn)的約束下呈現(xiàn)下拱變形狀態(tài)。艦體下拱變形的大小,取決于割焊面積的大小和焊縫的大小,如果在軸系安裝區(qū)割焊作業(yè),將對軸系的變形產(chǎn)生較大影響。

對艦體的變形,正常情況下可以通過透光等方法進(jìn)行監(jiān)測。但該型艦中間軸出艙相當(dāng)困難,若要出艙,則需要大面積的切割,在軸系安裝區(qū)域進(jìn)行大面積切割和焊接,對艦體會造成難以預(yù)料的變形,為減少不必要的變形,中間軸留在原位檢修。由于中間軸不出艙,難以采取監(jiān)測手段監(jiān)測艦體變形對軸系的影響,因此,只能通過經(jīng)驗(yàn)來判斷軸系變形的趨向。根據(jù)以往某型船中修改裝主機(jī)的經(jīng)驗(yàn),機(jī)艙經(jīng)過切割和焊接后,船體將出現(xiàn)整體下拱變形。但船體整體下拱變形是一條弧型曲線,故由此而引起的軸線變形亦為相應(yīng)的弧形曲線。一般來說,艦體縱向上、下拱變形對于長軸系的影響不是很嚴(yán)重的,最終可通過在艦體浮態(tài)下調(diào)整支點(diǎn)軸承的措施,使軸系得到符合要求的軸線。

3.2 艦體溫差變形對軸系的影響

艦體溫差變形主要是指陽光照射艦體造成的變形。陽光照射對艦體造成的變形,包括水平方向(左、右)的變形及垂直方向 (上、下)的變形。艦體溫差變形,有左右和垂直方向的變形,以及兩者同時(shí)存在的變形。當(dāng)早晨陽光斜照艦體的一側(cè)時(shí),由于兩舷溫差的作用,艦體向另一側(cè)彎曲變形。當(dāng)午后陽光直射艦體時(shí),由于上甲板與船底板溫差的作用,艦體上拱變形。變形的大小與照射時(shí)間和照射的強(qiáng)度有關(guān)。經(jīng)過某型艦對軸系法蘭的直接監(jiān)測,青島地區(qū)夏季 7:00左右,艦體即開始變形,軸系隨之變化,午后變形最大,22:00時(shí)以后逐漸恢復(fù)常態(tài)。軸系變形規(guī)律直接反應(yīng)在法蘭平面的開口上,法蘭從水平 (左或右)開口一直發(fā)展到垂直 (上)開口,夜間逐漸恢復(fù)。一般來說,溫差變形對艦體和軸系變形影響較明顯,但掌握了溫差變形的規(guī)律,可以避免對軸系變形的影響。

4 應(yīng)對措施

4.1 激光法初調(diào)相鄰支點(diǎn)

軸系原用的橡膠軸承由于使用年限長和磨損等原因,需要更換新的備件。新軸承的內(nèi)徑配合間隙相對于磨損后的舊軸承要小的多,尤其左槳的原艉管軸承和前托架軸承磨損量大,軸線下沉量大。當(dāng)軸系橡膠軸承換新后,軸線將明顯抬高,因此,相鄰支點(diǎn)軸承也要相應(yīng)抬高,方可滿足軸系安裝對接的需要。為此,可以在塢內(nèi)采用激光校中法,檢查中間軸線的狀態(tài),初步確定相鄰支點(diǎn)軸承相對于軸線的位置,必要時(shí)進(jìn)行初步調(diào)整。

4.2 負(fù)荷法調(diào)整軸線

當(dāng)軸系和全部設(shè)備回艙復(fù)位和艦體全部焊接復(fù)原后,由于設(shè)備載荷和焊接應(yīng)力的共同作用,艦體將產(chǎn)生新的應(yīng)力分布,軸系的各支點(diǎn)軸承需要根據(jù)支反力大小,用負(fù)荷法進(jìn)行重新調(diào)整。首先,在塢內(nèi)進(jìn)行初步調(diào)整,出塢后浮態(tài)下,并在艦體應(yīng)力重新分布穩(wěn)定后,對各支點(diǎn)軸承進(jìn)行檢查和調(diào)整,最后,艦體裝 (壓)載后,進(jìn)行復(fù)查和精調(diào),并結(jié)合著色法檢驗(yàn)支點(diǎn)軸承接觸面積。

5 結(jié)束語

本文探討了艦體大范圍切割和焊接產(chǎn)生的變形及對軸系的影響,并對軸系的安裝恢復(fù)提出了具體的應(yīng)對措施。通過工藝措施的控制和精細(xì)調(diào)整,在下一步的安裝工作中,軸系的安裝質(zhì)量是能夠得到保證的。