20.5萬t散貨輪軸系校中調(diào)整工藝分析

(南通中遠川崎船舶工程有限公司,江蘇 南通 226005)

20.5萬t散貨船是公司為中遠集團香港運輸公司建造的大型散貨船，是公司建造的最大噸位的散貨輪。主機為CMD-MAN B&W 6S70MC-C7船用低速柴油機,最大持續(xù)輸出功率18 660 kW×91 r/min。中間軸直徑580 mm×8 201 mm、艉軸直徑750 mm×8 825 mm各1根，中間軸承1只。主機在塢內(nèi)分為兩段搭載組裝，船舶進水后進行軸系對中調(diào)整、主機定位及環(huán)氧墊塊澆注等工程。

主機軸系負(fù)荷測量、調(diào)整是在船舶下水軸系螺栓聯(lián)接后進行，軸系負(fù)荷調(diào)整至規(guī)范要求范圍內(nèi)后主機方可定位，因此主機、軸系調(diào)整、負(fù)荷測量也是影響系泊試驗周期的關(guān)鍵因素。

主機、軸系布置見圖1。

圖1 各軸承頂升(JACK-UP)位置布置示意

1 軸系負(fù)荷調(diào)整工藝

1.1 調(diào)整原理、方法簡述

軸系軸承負(fù)荷調(diào)整就是使軸系各支撐點承受適中負(fù)荷盡量接近校中計算書中規(guī)定值，偏差不得超過±20%(有的是±10%)，有效傳遞主機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，避免出現(xiàn)單個軸承負(fù)荷太輕或太重，影響軸承的使用壽命，保證船舶的動力。

調(diào)整過程分兩個階段進行。第一階段，用“GAP&SAG”法初步確定主機、軸系位置；第二階段，用“JACK-UP”法最后決定主機、軸系位置。

1.2 工藝流程

工藝流程見圖2。

圖2 工藝流程

1.3 作業(yè)條件及準(zhǔn)備工作

1)進水前將機座調(diào)整至水平，要求水平誤差≤0.10 mm/m，并記錄相應(yīng)的主機臺板同主機臺高度值。進水后，必須保證對稱，左右高度一致上抬或下降(左右的調(diào)整值差±0.5 mm以下)，以防止主機扭曲，要求扭曲度誤差≤0.1 mm/m。

2)下水后軸系螺栓聯(lián)接前測量主機最后一道軸承的上部和左、右間隙及主機最后一缸的曲軸臂距差值(便于在主機軸系負(fù)荷調(diào)整時判斷主機狀態(tài)。

3)按指定位置制做測量支架及百分表表架。

4)測量前對溫度(海水溫度、大氣溫度及柴油機油底殼溫度)、船舶的吃水進行測量并記錄。

5)軸系排正對軸承法蘭間的SAG和GAP值的公差要求一般為±0.1 mm。校中時，要求船上無較大的振動作業(yè)，船上設(shè)備的裝載狀態(tài)基本保持不變，無影響船舶吃水壓載的變更，油艙、柜無影響船舶吃水的大量加油。因船體受太陽直射的溫差變化的影響，軸系排好后不做任何調(diào)整，每天早晚檢查各法蘭的 SAG和GAP值,發(fā)現(xiàn)至少有0.20 mm的變化，故實際一般選擇上午的同一時段進行相關(guān)報檢。

1.4 排軸、主機定位，連接軸臨時螺栓

按照《軸系校中計算書》在螺旋槳軸法蘭上方施加垂直向下的附加力，使螺旋槳軸與艉管艏軸承充分貼合，以螺旋槳軸為基準(zhǔn)軸采用“GAP&SAG”法，由艉軸向前，調(diào)整中間軸的臨時支撐和主機座，使艉軸與中間軸、中間軸與主軸曲軸法蘭的開口值(GAP)和位移值(SAG)符合對中圖紙要求，從而確定中間軸承和主機位置。見圖3。

圖3 艉軸、中間軸、主機法蘭“GAP&SAG”示意

1.5 軸系負(fù)荷調(diào)整

負(fù)荷測量前，軸系臨時支承均已拆除，軸系無任何附加物。施工現(xiàn)場環(huán)境要整潔安全，應(yīng)不受振動、高分貝噪聲作業(yè)干擾。必須核實頂升油泵面積，油泵應(yīng)無滲漏現(xiàn)象，壓力表經(jīng)計量室檢驗合格，要有合格證件，百分表安裝位置與泵中心在同一截面上。測量中間軸頂升過程位移量的數(shù)值所選用的百分表亦須經(jīng)計量室鑒定。

以中間軸承為例簡述實操過程。

1)如圖4所示，在位置③放置一只千斤頂，千斤頂?shù)闹巫芤凶銐虻膭偠龋员苊庖蛴透醉斏^程中船體底板、主機底座產(chǎn)生變形而影響測量準(zhǔn)確性。

圖4 中間軸承頂升示意

2)在油缸中心正上方軸頸上放置一個百分表，固定百分表的支架要牢固。

3)驅(qū)動油泵從而頂升中間軸，當(dāng)頂升油缸壓力到達5 MPa(此數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)油缸的活塞面積現(xiàn)場修改)，要求油缸每升高1.0 MPa或0.5 MPa，記錄對應(yīng)的軸上升量，直到將中間軸頂高約0.3 mm(尾軸、主機曲軸分別以尾密封和主軸承間隙為界)，慢慢地泄放油壓，每降1.0 MPa或0.5 MPa一次，記錄對應(yīng)的軸下降量(具體油壓的升降以實際所繪負(fù)荷曲線為準(zhǔn))。見圖5。

圖5 中間軸承負(fù)荷分析

4)以同樣的方法測量艉管前軸承及主機最后兩道主軸承的負(fù)荷，見圖6、7。

圖6 主機飛輪頂升示意

圖7 主機倒數(shù)第二道軸承頂升示意

5)測量主機最后兩缸的曲軸臂距差。

曲軸臂距差值是判斷主機是否處于正常狀態(tài)的一個重要參數(shù)，主機曲軸臂距差的調(diào)整是通過改變主機首部尾部的位置(將主機的一端固定，調(diào)整另一端)來實現(xiàn)的，主機尾部抬高或降低對第6缸的影響較為明顯。調(diào)整時需注意盡可能避免碰撞造成主機扭曲變化。

6)測量主機臺板下凹量。

船舶航行時，氣缸內(nèi)產(chǎn)生大量熱能使主機呈上拱趨勢，因此在調(diào)整階段應(yīng)使主機機座呈下凹狀態(tài)，但下凹量不宜過大，應(yīng)在B&W公司的認(rèn)可范圍內(nèi)。主機撓度的調(diào)整是靠主機的底腳頂絲來實現(xiàn)的。當(dāng)主機撓度值過大時，調(diào)整局部地腳頂絲使撓度值變小，當(dāng)撓度值過小或主機機座呈上拱狀態(tài)時不宜強行使主機呈下凹狀態(tài)。

7)測量主軸承間隙。

根據(jù)測量結(jié)果，如數(shù)據(jù)不符合要求，則須根據(jù)圖紙中各軸承的OFFSET關(guān)系，適當(dāng)調(diào)整相關(guān)中間軸承或主機高度修正GAP&SAG值,直至上述各軸承負(fù)荷、主機最后一個缸的曲軸臂距差、臺板下凹及扭曲度均滿足圖紙及主機專利公司MAN B&W要求[1]。

1.6 主機環(huán)氧墊塊澆注

主機環(huán)氧墊塊澆注前認(rèn)真做好澆注結(jié)合面的清潔工作，施工中加強關(guān)注環(huán)氧、機座的溫度控制，嚴(yán)格按照澆注要求操作，做好相關(guān)記錄。

1.7 螺栓緊固

1)環(huán)氧硬化后，測量環(huán)氧硬度，安裝并緊固主機地腳螺絲。

2)用干冰冷凍安裝工藝將合格的緊配螺栓(連接前需噴涂二硫化鉬)分別連接主機和中間軸的法蘭、中間軸與螺旋槳軸法蘭，按要求上緊。

1.8 中間軸承墊塊拂配，軸系調(diào)整相關(guān)數(shù)據(jù)確認(rèn)

中間軸承墊塊拂配、安裝，最終確認(rèn)艉管艏軸承、中間軸承、主機最后兩道軸承的負(fù)荷后進行主機、軸系對中報檢。

2 調(diào)整要點及改善要點

軸系負(fù)荷調(diào)整過程中，須對許多細(xì)節(jié)過程進行必要的工藝控制和改進，以過程保證結(jié)果，進一步提高負(fù)荷測量的精確性和工作效率。

2.1 保證主機的獨立受力狀態(tài)，避免因外力影響導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真

負(fù)荷測量前，保證主機的獨立狀態(tài)，外界與機體連接的所有附件應(yīng)脫開，(如排煙總管、高低溫水管、主滑油管、露臺、梯等)脫開盤車機，否則在調(diào)整過程中油缸在克服軸系重力的同時克服主機連接附件對主機產(chǎn)生的附加力，在上升過程中相對真實受力會變大，下降過程受力會變小，導(dǎo)致負(fù)荷值變大失真。在軸系校中計算書所示的位置安裝千斤頂，檢查千斤頂座架是否牢固，松開中間軸承上軸瓦。在千斤頂所對應(yīng)的軸頸上，放置一個百分表，并檢查百分表的支架是否牢固。

2.2 選用合適的千斤頂及正確的安裝操作方法

為了減少外界因素對測量產(chǎn)生的誤差，應(yīng)選用新購置的千斤頂。因為在實際測量時發(fā)現(xiàn)有時會出現(xiàn)千斤頂?shù)倪\行不平穩(wěn)，造成數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。并且在讀數(shù)據(jù)時，因回油有緩沖，因此讀數(shù)據(jù)時當(dāng)油缸泄油到某數(shù)值時要稍等再讀，使百分表數(shù)據(jù)穩(wěn)定，防止產(chǎn)生千斤頂進行減壓時，百分表讀出的數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)不相符，造成不必要的誤差。千斤頂油缸中心必須在軸的正下方，且與百分表支點在同一直線上。

2.3 千斤頂?shù)淖x數(shù)測量注意點

千斤頂?shù)牟涣嘉恢脮a(chǎn)生過大的阻力，頂升曲線中會產(chǎn)生更大的遲滯現(xiàn)象，影響測量的準(zhǔn)確性。液壓千斤頂上的阻力是不可避免的，負(fù)荷響應(yīng)曲線在一定的范圍內(nèi)存在“滯后”；艉管結(jié)構(gòu)特殊，在負(fù)荷由軸承完全轉(zhuǎn)移到液壓千斤頂上時，受到螺旋槳的浮力，艉管內(nèi)油壓波動的影響及艉管后軸承與前軸承不像其它軸承的負(fù)荷曲線均勻，會出現(xiàn)波動。考慮到上述干擾，在測量時應(yīng)緩慢升高油泵壓力，在油泵壓力達到穩(wěn)定時再讀數(shù)值，以消除液體壓力“滯后”的影響。

2.4 合理設(shè)立位移變形監(jiān)控點

在升高或降低某一軸承位置的同時需掌握其它位置的變化，以提高負(fù)荷調(diào)整的精度和速度。在分布軸承負(fù)荷的調(diào)整(特別是微調(diào))過程中，當(dāng)對某一檔軸承負(fù)荷進行調(diào)整時，可在相鄰測量點放置1～2個百分表進行監(jiān)測。這樣可以在調(diào)整過程中清楚看到各軸承負(fù)荷的關(guān)聯(lián)變化，對于負(fù)荷拐點的判斷具有較強的指導(dǎo)意義，避免調(diào)整的盲目性，提高施工效率。

2.5 重視拐點

數(shù)據(jù)分析時，取點要多且正確，特別注意拐點前后的數(shù)據(jù)，畫平行線盡量以拐點為基點。有時由于上升過程中相鄰軸承作用，曲線上可能出現(xiàn)兩個拐點，應(yīng)選用第1個為準(zhǔn)，見圖8。

圖8 軸承負(fù)荷曲線拐點分析示意

對有較大負(fù)荷的軸承(如尾管軸承)每次記錄讀數(shù)時，要等百分表指針完全穩(wěn)定后再取值，否則會導(dǎo)致上升曲線與下降曲線不平行出現(xiàn)喇叭口。

2.6 軸承間隙的比較分析

在進行主機飛輪及主軸承的負(fù)荷分析時需結(jié)合檢查主機最后三個主軸承的間隙與原始記錄進行比較，看一下是否因調(diào)整太大而使主軸承懸空，即主軸承上瓦間隙比原始記錄小。這樣可以避免在調(diào)整過程中走彎路。

2.7 飛輪負(fù)荷的特別注意

主機最后一道主軸承(飛輪)負(fù)荷，主機專利公司MAN B&W推薦要求盡可能地調(diào)整在允許負(fù)荷的下限值，以接近0為宜，但必須有負(fù)荷。

2.8 及時對船舶壓載與溫差變化記錄分析

調(diào)整過程中，要關(guān)注并認(rèn)真記錄船舶壓載與溫差變化造成的船體變形對軸系負(fù)荷的影響[2]，及時對相關(guān)數(shù)據(jù)分析總結(jié)找出規(guī)律，這有助于提高同型船的連續(xù)建造的效率。

3 結(jié)束語

從以上20.5 萬t散貨輪軸系負(fù)荷測量、調(diào)整工藝可以看出，軸系調(diào)整負(fù)荷測量是一個較為復(fù)雜的過程。生產(chǎn)實踐表明，采用上述措施軸系負(fù)荷調(diào)整質(zhì)量可以得到保證，滿足校中計算書要求。在實際施工中要不斷分析總結(jié)，優(yōu)化調(diào)整方法，不斷提高調(diào)整質(zhì)量及施工效率。

[1] 陸金銘.船舶推進軸系校中優(yōu)化[J].船海工程，2010，39(3)：51-54.

[2] 石 磊.用于軸系校中的船體變形計算研究[J].船舶工程,2010,39(3)：13-16.