某船軸系校中工藝研究

鄭學(xué)貴

(渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧葫蘆島 125005)

技術(shù)交流

某船軸系校中工藝研究

鄭學(xué)貴

(渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧葫蘆島 125005)

在船舶建造、修理過(guò)程中，軸系校中極為重要，其質(zhì)量的好壞不但影響到船舶航行的時(shí)間長(zhǎng)短，更影響到船舶航行時(shí)全體船員的人身安全。文章主要介紹某船軸系在修理過(guò)程中軸系校中的工藝過(guò)程。

船舶軸系;校中;鏜孔;曲折;偏移

船舶軸系在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中承受著復(fù)雜的負(fù)荷，主要有螺旋槳的轉(zhuǎn)矩及其產(chǎn)生的扭應(yīng)力、推力及其產(chǎn)生的壓應(yīng)力，螺旋槳和軸系部件的重量所造成的負(fù)荷及產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，同時(shí)船舶軸系還受主機(jī)工況變化、螺旋槳振動(dòng)產(chǎn)生的附加應(yīng)力和附加負(fù)荷。因此軸系校中質(zhì)量很關(guān)鍵，若安裝質(zhì)量不好的軸系，其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)造成艉軸管軸承迅速磨損以至燒壞，艉軸管的密封元件也因迅速磨損而造成泄露，致使主機(jī)曲軸的臂距差超過(guò)允許值，從而破壞齒輪箱的正常嚙合和支撐軸承的正常工作并引起振動(dòng)，直接影響船舶的航行安全［1］。為確保軸系能長(zhǎng)期正常運(yùn)轉(zhuǎn)，除在軸系設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度外，軸系校中的質(zhì)量也很重要。本文主要針對(duì)連云港中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司對(duì)印度國(guó)籍“GANGA SAGAR”船軸系修理時(shí)對(duì)軸系重新校中的工藝進(jìn)行應(yīng)用研究。

1 軸系基本概況

該船為45 000噸級(jí)散貨船，主機(jī)采用的是B＆W 6L60MCE，4葉螺旋槳，槳質(zhì)量為14.5 t，其軸系布置圖如圖1所示。該船在航行中，發(fā)生了軸系聯(lián)軸器法蘭螺栓斷裂及中間軸承本體座的底部斷裂嚴(yán)重事故。進(jìn)廠后通過(guò)對(duì)主機(jī)拐檔差、螺旋槳、激光軸系中心線、螺栓斷裂、中間軸承的綜合分析，確定了聯(lián)軸器法蘭螺栓孔的嚴(yán)重失圓，法蘭面平面度嚴(yán)重超差而引起軸系失中，加大了該區(qū)域的回旋振動(dòng)，致使自身螺栓斷裂。同時(shí)，這種長(zhǎng)期的過(guò)大回旋振動(dòng)，致使中間軸承承受過(guò)大附加負(fù)荷，引起軸瓦損傷及基座斷裂［2］。通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，制定詳細(xì)的修理方案，分別進(jìn)行軸系加工恢復(fù)、中間軸承加工、軸系重新校中。下面主要介紹軸系校中的過(guò)程和工藝。

2 軸系校中

該軸系校中方案為:首先在船塢內(nèi)進(jìn)行軸系預(yù)組裝、軸系校中狀態(tài)的初步測(cè)量和調(diào)整，然后船舶出塢后，進(jìn)行最終的檢查、調(diào)整和交驗(yàn)，并以船舶水上測(cè)量的結(jié)果作為最終交驗(yàn)的依據(jù)。此校中根據(jù)一次進(jìn)塢激光中心線數(shù)據(jù)及船方原熱態(tài)運(yùn)行條件下的數(shù)據(jù) (主機(jī)與軸承分別相對(duì)于理論中心線-7.6 mm與-3.5 mm)，兩者綜合考慮實(shí)施。由于激光數(shù)據(jù)測(cè)量后的主機(jī)偏離原理論中心線在極限范圍內(nèi)，所以采取原始數(shù)據(jù)校中后，在頂舉試驗(yàn)時(shí)，對(duì)中間軸承相應(yīng)調(diào)整，最終達(dá)到熱態(tài)運(yùn)行要求。

圖1 軸系布置圖

2.1 塢內(nèi)軸系預(yù)裝

此階段是在塢內(nèi)進(jìn)行，整套軸系包括螺旋槳在空氣中即機(jī)械處于尚未運(yùn)轉(zhuǎn)的冷態(tài)狀態(tài)。

1)二次進(jìn)塢后，將中間軸Ⅱ與螺旋槳軸吊進(jìn)艙內(nèi)，槳葉吊運(yùn)到塢內(nèi)，塞入螺旋槳軸，安裝螺旋槳。由于中間軸Ⅰ的螺栓孔為橢圓，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鏜孔，為了節(jié)約使用塢期，采用出塢后進(jìn)行，所以在塢內(nèi)使用臨時(shí)支架及臨時(shí)螺栓連接。平軸時(shí)，將中間軸兩端臨時(shí)支架布置在距法蘭端面的距離為中間軸全長(zhǎng)的0.18～0.22位置處。然后調(diào)整偏移值與曲折值，用臨時(shí)螺栓連接。

2)中間軸與螺旋槳軸法蘭、中間軸與飛輪端法蘭不連接，自由狀態(tài)。軸系按直線校中從船尾向船首方向進(jìn)行。并使兩法蘭脫開(kāi)0.5～1.0 mm。在距螺旋槳前末端700 mm后安裝1個(gè)手拉葫蘆，施加50 kN向下的力。

3)調(diào)節(jié)臨時(shí)支架的高度，致使螺旋槳軸與中間軸連接法蘭的曲折值與偏移值在設(shè)定范圍內(nèi)，如圖2所示，然后連接預(yù)裝螺栓 (連接后在兩法蘭之間不能存在曲折)，并移走手拉葫蘆。

圖2 中間軸與艉軸法蘭理論對(duì)中取值圖

4)根據(jù)前期測(cè)量的主機(jī)拐檔差，在規(guī)定的范圍內(nèi)，安裝主機(jī)飛輪端與中間軸的法蘭螺栓，其法蘭曲折值與偏移值在設(shè)定范圍內(nèi)，如圖3所示。

圖3 中間軸與主機(jī)飛輪端法蘭理論對(duì)中取值圖

5)調(diào)整曲折偏移計(jì)算。根據(jù)上述3)與4)的設(shè)定范圍，按照如圖4所示方法，在法蘭的正上方，正確架設(shè)百分表A和百分表B。然后將百分表表盤(pán)讀數(shù)撥至“0”位。轉(zhuǎn)動(dòng)中間軸，讀出百分表A在左舷水平位置、下部、右舷水平位置的讀數(shù)。讀出百分表B在左舷水平位置、下部、右舷水平位置的讀數(shù)。當(dāng)百分表回到起始位置時(shí)，應(yīng)回到“0”位，否則應(yīng)重新測(cè)量。

圖4 曲折、偏移測(cè)量調(diào)整示意圖

根據(jù)上述方法測(cè)量結(jié)果，計(jì)算配對(duì)的法蘭在垂直方向和水平方向上各自的偏移量和曲折量。最終塢內(nèi)曲折值、偏移值分別為:①中間軸與艉軸法蘭，曲折值為0.16 mm，偏移值為1.38 mm;②中間軸與主機(jī)飛輪法蘭，曲折值為0.54 mm，偏移值0.23 mm。

6)安裝軸帶發(fā)電機(jī)，確保氣隙設(shè)定值為5.4～6.6 mm，同時(shí)移走臨時(shí)支架;復(fù)測(cè)主機(jī)拐檔差。

7)軸系安裝完畢后，采用頂舉法校核中間軸承和艉管前軸承的負(fù)荷。主要用來(lái)測(cè)量檢查軸系在垂直平面內(nèi)的校中情況，頂舉法進(jìn)行軸系校中前，采用直線校中工藝檢查調(diào)整軸系水平面方向的校中情況，然后下述方法測(cè)量檢查以及調(diào)整軸系垂直方向內(nèi)的校中情況。此船主要以中間軸承與艉管前軸承為主，主機(jī)沒(méi)有進(jìn)行移動(dòng)、主機(jī)推力軸承負(fù)荷可以通過(guò)后期檢查，如圖5所示。

軸承計(jì)算結(jié)果的校核標(biāo)準(zhǔn)按表1進(jìn)行參考。

在船舶塢內(nèi)的狀態(tài)下頂舉系數(shù)如表2所示。

表1 軸承計(jì)算結(jié)果的校核標(biāo)準(zhǔn)

表2 船舶塢內(nèi)狀態(tài)下的頂舉系數(shù)

8)在實(shí)施過(guò)程中，測(cè)量千斤頂活塞直徑，校核壓力表的準(zhǔn)確度;液壓千斤頂頂升時(shí)，千斤頂向上的作用點(diǎn)必須通過(guò)軸的中心;千斤頂頂升點(diǎn)與百分表的位置應(yīng)在同一橫斷面上;測(cè)量前先作頂升和放下動(dòng)作各1次;并作詳細(xì)記錄，按照記錄繪制圖6所示曲線。

圖6 壓力－頂升曲線圖

延長(zhǎng)圖6中的上升和下降的曲線的直線段，得到Pu和Pd2點(diǎn)，按照下列公式，計(jì)算被測(cè)軸承的實(shí)際負(fù)荷［1］:

式中:Pu為上升曲線的直線段延長(zhǎng)線與P軸的交點(diǎn)，MPa;Pd為下降曲線的直線段延長(zhǎng)線與P軸的交點(diǎn)，MPa;Ci為被測(cè)軸承的頂舉系數(shù);A為千斤頂?shù)幕钊娣e，mm2。

按以上頂舉位置測(cè)量艉軸首軸承、中間軸承、修正后的軸承負(fù)荷符合校中計(jì)算書(shū)的規(guī)定，誤差沒(méi)有超過(guò)規(guī)定值的20%，軸系校中首次在塢內(nèi)結(jié)束。

9)對(duì)艉軸下沉量測(cè)量、密封油壓試驗(yàn);基本調(diào)整到位后出塢。

2.2 浸水狀態(tài)校中

1)與在塢內(nèi)方法一樣。測(cè)量調(diào)整軸線曲折值與偏移值，得出螺旋槳在浸水狀態(tài)曲折值偏移值分別為:①中間軸與艉軸法蘭，曲折值為0.17 mm，偏移值為1.39 mm;②中間軸與主機(jī)飛輪法蘭，曲折值為0.54 mm，偏移值0.23 mm。

與塢內(nèi)進(jìn)行比較，曲折值0.01mm偏差，變化不大，可以忽略。

圖5 塢內(nèi)負(fù)荷校中頂舉布置圖

2)中間軸Ⅰ與中間軸Ⅱ連接螺栓孔鏜孔。承接塢內(nèi)靜態(tài)校中方法，對(duì)中間軸Ⅰ與中間軸Ⅱ連接螺栓孔實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)鏜孔，加工新的連接螺栓，如圖7，現(xiàn)場(chǎng)鏜孔圖片，現(xiàn)場(chǎng)鏜孔圓度0.02 mm，同軸度0.02 mm。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)鏜孔

3)鏜孔完成后連接新制過(guò)盈螺栓;再次檢查主機(jī)拐檔差與塢內(nèi)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。

4)頂舉法負(fù)荷校中，圖8為頂舉位置示意圖。

在實(shí)際船舶漂浮狀態(tài)下的頂舉系數(shù)如表3所示。

表3 船舶漂浮狀態(tài)下的頂舉系數(shù)

按照塢內(nèi)頂舉負(fù)荷計(jì)算的方法，得到的負(fù)荷值誤差沒(méi)有超過(guò)規(guī)定值的20%，校中狀態(tài)良好。

5)根據(jù)校中狀態(tài)，安裝中間軸承墊片，裝配定位銷(xiāo)及基座左右側(cè)加楔塊止動(dòng)。調(diào)節(jié)中間軸承軸瓦與軸頸左右側(cè)間隙在0.25 mm，保證兩側(cè)相等。

6)最終負(fù)荷校中檢查交驗(yàn) (水下漂浮狀態(tài))。整個(gè)軸系安裝完成，進(jìn)行最終交驗(yàn)。根據(jù)此頂舉數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。制定近似曲線圖，如圖9所示，計(jì)算結(jié)果分別為千斤頂1:F1= (160.13+240.02)/2×46.6×0.934×9.8=85.36 kN;千斤頂2:F2=(181+250)/2×46.6×0.903×9.8=88.89 kN;千斤頂3:F3= (74+199.7)/2×71.4×1.004×9.8=96.24 kN;對(duì)照軸承計(jì)算參考值，艉軸管前軸承計(jì)算理論F前≈111.8 kN，測(cè)校中頂升值范圍在 Fmax=111.8×1.2=134.168 kN，F(xiàn)min=111.8×0.8=89.44 kN，中間軸承計(jì)算理論F中≈94.1 kN，測(cè)校中頂升值范圍在 Fmax=94.1×1.2=112.92 kN，F(xiàn)min=94.1×0.8=75.28 kN。F前取值89.44～134.168 kN;F中取值75.28 ～112.92 kN。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)分析，此最終校中測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)計(jì)算修正系數(shù)修正后，按照頂舉校中的工藝，按規(guī)定的頂舉位置測(cè)量艉軸首軸承、中間軸承。修正后的軸承負(fù)荷符合校中的規(guī)定誤差，沒(méi)有超過(guò)規(guī)定值的20%。而且趨近最低值，同時(shí)符合目前主機(jī)相對(duì)軸線中心線原值的-7.6 mm下降到-9.43 mm的狀況，有利于航行。

圖8 塢外漂浮狀態(tài)校中布置圖

圖9 負(fù)荷近似曲線示意圖

［1］紀(jì)生華.船舶軸系校中質(zhì)量問(wèn)題分析與解決對(duì)策 ［J］.機(jī)電技術(shù)，2010(4):118-120.

［2］陳祖?zhèn)?超常規(guī)軸系修理項(xiàng)目［Z］.連云港中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，2010:14-19.

［3］CB/Z 338—2005，船舶推進(jìn)軸系校中 ［S］.

The technical course during axis alignment is introduced because of its importance to the sailing longevity and crew＇s personal security.

axis;alignment;bore;circuitous;offset

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.04.001

鄭學(xué)貴 (1977-)，男，遼寧凌源人，副教授，碩士，主要從事船舶輪機(jī)工程技術(shù)方向的研究與實(shí)踐。

2015-03-19