船舶無余量長軸系安裝技術

李 均，祝彥兵，陳 博

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

0 引言

在船舶設計與建造過程中，軸系的安裝是輪機專業極為重要的項目，其安裝狀態將直接影響船舶航行的安全性與可靠性[1-2]。無余量長軸系因其艉軸與中間軸在安裝前已進行精加工，安裝過程需具備很強的精度控制意識，不少船廠在首次建造過程中因經驗缺乏而付出了慘痛的代價，二次返工，費時費力[3-5]。

本文以某船無余量長軸系安裝為例，研究其安裝技術要點，對其安裝經驗進行總結歸納，為同類型船舶軸系的安裝提供參考，從而掌握安裝要點，縮短安裝周期。

1 某船軸系及相關設備

本船采用雙機雙槳推進，從艉部向艏部看，為雙槳外旋，即右槳順時針旋轉，左槳逆時針旋轉。軸系艉部配備有前后艉軸架，且艉軸管處安裝水潤滑軸承，以支撐艉軸。主機為2臺中速機，經齒輪箱減速后，通過齒輪箱輸出端帶動軸系轉動；而后軸系將主機功率傳遞給螺旋槳，同時將螺旋槳在水中旋轉產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號中間軸：Ф 400 mm×7 470 mm。

3）2號中間軸：Ф 400 mm×7 470 mm。

4）3號中間軸：Ф 400 mm×7 470 mm。

5）中間軸承：每套軸的3根中間軸對應配備3個白合金中間軸承，采用油潤滑、淡水冷卻。

6）液壓聯軸節：連接艉軸與1號中間軸。

7）水潤滑軸承：包括軸套和塞龍軸承，內場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，采用海水潤滑。

8）艉密封：海水潤滑內密封，修理狀態時（禁止盤車）采用氣密式膨脹密封。

2 無余量長軸系安裝技術要點

2.1 艉軸架安裝的精度控制

在采用軸系無余量安裝的船舶中，為使艉軸架安裝位置符合軸系布置圖要求，需待船體尾部結構現場安裝結束后，預裝前后艉軸架；由激光打出軸系中心線坐標位置，通過前后、左右、高低6向三維坐標來決定艉軸架的位置。圖2為軸系拉線示意圖。控制位置如下：

1）控制前后位置。根據提供的實測軸系長度的木樣棒，定出艉基準點（螺旋槳中心點）和艏基準點（齒輪箱輸出法蘭中心點）；調整前艉軸架、后艉軸架在軸系長度中的對應位置并做好標識；同時，需注意每個艉軸承工作中心的軸向距離均從艉基準點量起。

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

3）控制高低位置。根據激光打出軸系中心線的定位標志來決定高低，同時考慮本軸系與理論基線成 1.149°，因此定位時還需保證整個軸系向艉部傾斜。

初定艉軸架并再次檢查艉軸架三維坐標是否基本到位，加上預估少量反變形，預熱焊接艉軸架。焊接時，應每隔5 min測量1次軸系中心線與艉軸架變化的情況，隨著變化情況及時調整焊接方法，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。

2.2 船體艉部結構分段精度控制

軸系無余量安裝需對船體艉部分段和機艙分段進行精度控制，分段完工后應在內底非構架面劃出中心線、艏艉肋位線、齒輪箱安裝基準肋位線及中間軸承座安裝基準肋位線，并敲上洋沖印。

大合攏時的定位，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肋位的肋位間距在規定范圍內，且整個軸系以齒輪箱安裝基準肋位為基準；中間軸承座定位應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、焊接工藝等程序理論要求與實際狀態有較大差別（例如不同時間段的天氣變化將造成的溫差，并使船底基線產生不同變化）。為防止這類變化對船體精度定位帶來不利影響，同時防止艉段下沉和上翹現象的產生，需對前艉軸架和后艉軸架在大合攏后進行初定位，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為負值。

2.5 前后艉軸架和艉軸管外形尺寸余量控制

通過拉線、照光確定水潤滑軸承在前艉軸架、后艉軸架和艉軸管的中心位置后，對前艉軸架、后艉軸架和艉軸管進行鏜孔。為了保證對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，前艉軸架、后艉軸架和艉軸管毛坯的外形尺寸余量應比常規要求大約 5 mm，使端面余量為15 mm，內孔余量為10 mm。余量放大雖會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，出現超差（由不可抗力引起的）時具有補救余量。

2.6 水潤滑軸承定位安裝的控制

水潤滑軸承定位安裝時，首先應確定軸系布置圖所標定的理論點，其次應根據水潤滑軸承所承受的承壓力中心點（本船為軸承長度的中點）進行定位，而后根據木樣棒中的標志來決定最終端面鏜削量，以確保每個水潤滑軸承的定位均在精度控制范圍之內。

2.7 計量工具和環境溫度的控制

為保證各施工單位軸系長度測量的同一性，要求測量標準尺需經過計量檢驗，且各施工單位共用同一把標準尺；其次，船體尾部結構分段定位、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滑軸承壓入定位時的測量時間段均應保持一致，以確保測量時環境溫度基本相同，從而保證了測量的準確性。在晝夜溫差較大時，這一點顯得尤其重要（日光直射處和背光處的溫差越大，對應船體的變形量也越大）。

2.8 軸系負荷測量的控制

各軸按對中程序要求的偏移和曲折布置后，下一步則是進行軸系負荷測量工作。當船舶采用短軸系時，由于主機直接參與軸系對中和負荷測量的調整，調整點僅為1個中間軸承和主機，因此測量和調整過程較簡單；當測量和調整工作結束時，軸系和主機的定位也隨之完成。但本船采用長軸系，主機不直接參與軸系對中和負荷測量的調整，而是整個軸系與齒輪箱進行對中和負荷測量調整，在此過程中，每次測量和調整均須監控齒輪箱位置調整后，主機所處位置是否滿足設計要求；此外，3個中間軸承和齒輪箱共有4個位置需進行調整，每個位置的調整變化都會使各中間軸承和齒輪箱輸出端負荷發生變化，因此整個測量和調整過程需花費較長的時間與精力。

為了對各軸承負荷測量和調整進行有效控制，首先應掌握主機基座支撐墊塊的厚度在何種范圍內有效；其次，對各軸承負荷進行調整時，在滿足規范要求（各軸承實際負荷不超出±20%理論計算值）的情況下，對整個軸系的曲線是形成弓形還是凹形作一個預判斷，以預估齒輪箱的位置將對主機的最終定位產生多大影響。因此，預判斷是否準確，對軸系負荷測量和調整的過程產生較大影響。

2.9 浮態情況下對船舶水平姿態的控制

該船為雙軸系設計，兩軸系在施工中無法實現理論上所要求的兩邊完全一致，因而兩軸系的負荷測量數值不可避免地存在差異；若船舶水平傾斜度控制不當，將使差異更加明顯，從而使軸系負荷測量數據無法真實反映軸系各負荷。因此，浮態情況下的船舶姿態應盡可能保持水平，可通過油水或壓鐵壓載對其水平姿態進行調整。

3 安裝技術總結

從該船無余量長軸系安裝實踐與經驗來看，其主要特點如下：

1）由于軸系中的艉軸和中間軸為精加工，因而對船體的建造精度要求更高。

2）艉軸架的定位應與軸系對中相結合，且兩軸系應盡可能保持三維坐標一致。

3）艉軸架燒焊前須預熱并進行實時監控，隨時調整接焊工藝控制的安裝精度。

4）各組成部件的測量時間段應保持一致，以確保測量的準確性。

5）在對軸系負荷進行測量和調整時，應對軸系狀態作準確的預判，從而縮短整個軸系（包括主機）的安裝周期。

6）在浮態下應通過壓載使船舶盡可能保持水平。

4 結束語

該船通過航行試驗驗證，軸系運轉良好，無異常振動和噪聲，且各軸承溫度正常。由此可知，無余量長軸系的安裝過程雖比短軸系更復雜、安裝周期更長，但只要嚴格對各關鍵點進行精度控制，加強管理與實時監控，完全能夠達到原定的設計要求。相關研究人員通過本次無余量長軸系安裝實踐，取得了諸多寶貴的經驗。此類經驗，可作為同類型船舶軸系安裝的參考案例，也可供后續掌握同型船舶軸系安裝特點，結合實際情況后為縮短安裝周期提供參考。