以17.5萬噸好望角型散貨船軸系校中為例，淺析大型船舶軸系校中之合理校中法

◎ 柳春曉　佛山海事局王洋洋　佛山海事局（吉林大學行政學院）

以17.5萬噸好望角型散貨船軸系校中為例，淺析大型船舶軸系校中之合理校中法

◎ 柳春曉佛山海事局
王洋洋佛山海事局（吉林大學行政學院）

船舶軸系校中對保障船舶動力系統正常工作及減小船體振動有重要的影響。本文對軸系的直線校中法和合理校中法進行分析，并簡述了17.5萬噸好望角型散貨船采用合理校中法的實踐經驗，闡明了合理校中法應作為大型船舶軸系校中的優先備選方法。

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1.引言

船舶軸系是船舶動力裝置的重要組成部分，連接船舶主推進動力裝置與螺旋槳，其主要作用是將船舶主機產生的扭矩傳遞給螺旋槳，同時又將水作用于螺旋槳的軸向推力傳遞給船體，以推動船舶運動。船舶軸系校中是船舶建造過程中的重要環節，軸系校中精度的高低，對保障船舶動力系統正常工作及對減小船體振動有著至關重要的影響。目前我國大型造船廠最常使用的方法是直線校中法和合理校中法。

2.直線校中法的實質、現狀及存在問題

2.1直線校中法的實質與現狀

直線校中法實質是：利用調整中間軸軸承及主機的高低和左右位置，使相鄰兩根軸的法蘭既平行又同軸，即偏移和曲折都為零，當連接后整根軸系呈直線狀態，因此稱直線校中法。然而在實際校中時要達到各相鄰法蘭上的偏移和曲折均為零是不可能的,故在按直線校中時允許法蘭上存在很小的偏差值和曲折值。

在軸系校中時，由于中間軸支撐位置安放的情況不同會產生兩種情況：一種是支撐位置離軸端太遠，造成軸端頭因自重下垂而產生偏差；另一種情況是支撐位置離軸端太近，而造成中間軸中部下垂而產生偏差。一般支承位置距法蘭端面的距離為（0.18—0.22）L（L為中間軸長度），則產生偏差最小。

2.2直線校中法存在的問題

按直線校中的軸系，當螺旋槳的質量很大時，會使軸承上的負荷分配很不均勻，甚至超過允許的程度。上述直線校中法在實踐中很難保證安裝質量，存在的問題如下：

（1）軸系中各軸承的負荷很不均勻，尤其是尾管后軸承的負荷很大，而尾管前軸承的負荷卻很小，有的甚至是負值，這樣使軸承磨耗量急劇增加，間隙迅速增大，破壞了尾管軸承的潤滑特性。

（2）實踐證明，當軸系校中不合理時，螺旋槳軸會產生過大的振動，強烈的振動會造成船體的振動、推進效率下降及軸系本身工作條件的惡化。

3.合理校中法工藝及特點簡述

3.1合理校中法的實質

為了改善船舶軸系各軸承上負荷的實際分配狀況，使軸系安全可靠地運轉。目前生產上采用了一種新的軸系校中方法——合理校中法。

船舶軸系合理校中的實質是：根據軸系的結構要素，按允許的軸承負荷、應力、轉角等約束條件，用計算方法求出軸承的高低位置來調整軸系進行校中，使軸系上各軸承的負荷和軸截面上彎矩得以合理分配。合理校中計算的結果，可以是直線校中，也可以是曲線校中，不論何種校中法，法蘭上的偏移和曲折值，都是計算的。這是合理校中優越于其他校中法的本質。

3.2合理校中法的步驟

合理校中的主要計算步驟如下：

（1）求直線校中時的軸承負荷和彎矩。可采用有限單元法，遷移矩陣法，三彎矩法等求出軸系在螺旋槳、軸的自重和軸上附件等載荷的作用下所產生的軸承負荷、軸的彎矩和變形。

（2）求影響系數。所謂影響系數時指當軸系的某一個軸承位移一個單位量的距離而引起的本身和其他軸承負荷及彎矩的變化。

（3）求軸承合理位移量。求出影響系數后，可用優化方法，求出軸承的合理位移量。最后求位移后的軸承負荷和軸的彎矩等。

圖1　該船中間軸承負荷頂升曲線

圖2　該船艉管前軸承負荷頂升曲線

圖3　主機第7道主軸承頂升負荷曲線

（4）求軸系連接法蘭上的偏移和曲折。連接法蘭上的偏移和曲折與軸承的位移量密切相關，同時還與軸端因自重和外力作用所產生的撓度及轉角有關。因此在確定合理的軸承位移量后，就可計算連接法蘭上的偏移和曲折值。

（5）安裝后實際負荷的檢測。按合理校中計算進行軸系安裝后，一般應進行軸承負荷的實際值檢測，核對合理校中計算和安裝的誤差。軸承負荷的檢測，以支撐千斤頂較為簡單，因此被廣泛應用。

4.合理校中法的實踐運用——以17.5萬噸好望角型散貨船軸系校中為例

根據自身特點，為使軸系各軸承負荷分配更趨合理，并使規定支承截面上的彎矩、轉角等合理分配在允許范圍內，某造船廠建造的17.5萬噸好望角型散貨船軸系校中采用合理校中法。

4.1采用合理校中法進行軸系校中前的準備

（1）在進行校中前，應在螺旋槳軸法蘭中間處，即距離法蘭外側端面55mm處，加3000Kg的附加壓力，而后左右固定螺旋槳以防止波浪的影響。在距離中間軸艏、艉端法蘭面2000mm處安裝兩個臨時支承。

（2）由于陽光直射下船體變形和潮汐影響的原因，我們首先選在平潮時分，盡可能避免日光曝曬，以期保證測量調節數據的準確性。通過該船測量調節的實踐，發現在軸系校中過程中，由于影響因素較多，影響結果明顯，且難以控制掌握，所以從開始調節到軸系聯結螺栓安裝這一階段要盡可能縮短。

（3）由于上文所述軸承負荷測量校中的缺點，聯系該船屬于超大型船舶，其螺旋槳質量高達36噸，建議在取得根據合理校中書所提供的偏移開口數據后，立即定位中間軸承座高度，并使用冷凍安裝工藝法安裝聯結螺栓，不要選用其他傳統工藝中所采用的檢驗調節方法。

4.2合理校中法的實船操作

在軸系各聯結法蘭連接好后，需要根據頂舉法來用液壓千斤頂分別檢驗中間軸承及艉管前軸承的實際負荷，校對其值偏離校中計算書相應值的誤差。頂舉檢測時千斤頂支撐點盡可能靠近軸承處。在該案例中，檢測中間軸承負荷時千斤頂支撐點在離螺旋槳軸法蘭前端面3652mm處（即離中間軸承軸瓦中心890mm）；檢測艉管前軸承負荷時千斤頂支撐點在距離螺旋槳軸法蘭前端面210mm處。此外，工作人員也對該船主機第7道主軸承進行了負荷檢測，其千斤頂支撐點位于主軸承相鄰的曲拐上。

當經校準的千斤頂設置在預定位置上時，便可開始頂升測量。在本案例中以千斤頂油壓為基準，每2Mpa或2.5Mpa或5Mpa時讀取支撐點處的位移量，建立以油壓為橫坐標、位移量為縱坐標的坐標系，繪制出軸的上升和下降曲線，求出每檔軸承的實際負荷（見圖1～圖3）。

圖1至圖3為該船軸系校中過程中各檔軸承負荷的頂升曲線，可以看出如何選擇頂升曲線中的拐點是難點，拐點的取舍將直接影響到負荷的數值。圖中位于上升曲線和下降曲線之間的虛線和橫坐標的交點讀數即為軸承的負荷，對比誤差為理論計算值的30%的要求，各檔軸承負荷符合要求。

5.小結

通過對比軸系的直線校中法，參照17.5萬噸好望角型散貨船采用合理校中法的實踐經驗，筆者認為合理校中法應作為大型船舶軸系校中的優先備選方法。但是大型船舶軸系校中是一個精度以1/100mm為單位的船舶建造檢驗項目，很多方面的因素都可能對其產生較大影響，所以在進行合理校中計算時應盡可能考慮到相關的影響因素，而實際施工時也要嚴格按照工藝要求進行，以確保誤差積累保持在公差范圍內。

[1]商圣義.民用船舶動力裝置.北京:人民交通出版社,1996.

[2]周瑞平,徐立華,張升平等.船舶推進軸系校中若千技術問題研究.船舶工程.2004(6).

[3]張洪田.船舶推進軸系合理校中技術研究.黑龍江工程學院學報(自然科學版).2003(4).