船舶轴系失中的原因分析及修理方案

欧海真　杨胜强

摘 要：船舶轴系设计的理论中心线是指导轴系敷设的理论依据，然而船舶在建造、航行过程中会因为外界或人为因素导致船舶轴系的实际中心线与理论中心线发生较大偏离，通常我们称这种现象为轴系失中。一旦出现这种轴系失中，将会导致轴系振动加剧，各轴承负荷改变甚至烧毁，最终使船舶失去动力而无法航行。本文分析了造成船舶轴系失中的原因，并提出了对失中后的轴系进行修复的方案，从而为船舶的航行安全和船员的生命安全提供有力保障。

关键词：轴线失中原因；校中敷设；修理方法

中途分类号：U664.2 文献标识码：A

1 轴系失中的影响因素

船舶轴系的尺寸大、重量大、长度长，在自重及支撑的作用下会产生一定的弯曲变形；同时，轴系在运转情况下不仅承担主机输出的扭力，而且还受到水流对螺旋桨的反作用力；此外，还受到船体变形、船舶振动、主机的频繁动车、紧急停车和台风等恶劣海况的影响。这些因素都将成为轴线失中的影响因素。

2 轴系校中的方法

当发现轴系的实际中心线与理论中心线偏差较大时，应采取有效措施进行修复。船厂在实际施工过程中，通常是在不同的阶段采用不同的校中方法，如图1所示为新船建造轴系校中流程图。

2.1 照光法和拉线法的综合应用

（1）照光必须按照主机飞轮与中间轴法兰连接面的直径大小、螺栓孔中心距及螺栓孔直径做一个特制的望远镜架子，并按照望远镜的外径尺寸制作一根长500 mm的假轴和一个假轴套；

（2）按尾轴承孔的直径准备2组光靶及2种靶心，并准备准直望远镜1台、0.5 mm钢丝若干米、特制的划卡1个、36 V手拉灯2组、磁力百分表2组；

（3）照光前测量主机的拐挡差应在标准范围内；

（4）照光前机舱内的大型设备必须固定安装完毕，照光后不得有大型设备和集中负荷的迁移，机舱内、尾尖舱、舵承孔及挂舵臂附近的焊接工程必须结束；

（5）照光时船应在水上处于自由漂浮状态，并且压载水不得少于75%。照光检测和交验时必须在阴雨天，或晚上8点以后到早上6点之前的夜间进行，避免阳光照射造成船体变形，照光时工作区域不得有震动和敲击现象存在。

（6）将望远镜架子安装在主机飞轮上，假轴内套装后用顶丝顶在中心，假轴穿入内套孔内，在假轴的两端上方支上2组百分表（图2）；用盘车机转动主机，检查假轴上的2组百分表，并用架子上8组顶丝调整轴套使假轴与主机曲轴同心，假轴上的2组百分表最大的跳动量不得超过0.015 mm；将假轴从套管中抽出，换上准直望远镜，再一次盘车，用2组百分表校验一次望远镜的外径的跳动量，不得超过0.015 mm，之后在尾轴管的前后各支上一组光靶，先对前端尾軸管进行照光，调整光靶顶丝，使带有刻度的靶心上的中心点与望远镜中心点重合，此时靶心上的中心点就是该处轴线的中心点；将带有刻度的靶心轻轻抽出来，换上带有0.5 mm小孔的测量靶心，用划卡测量靶心中心点与尾轴管内壁上、下、左、右的距离（图4），测量的4个点应互成90°。从测量的上下和左右差值，就可确定尾轴管前端的轴线偏差值。再将前端靶心抽出，用同样的方法即可检测出尾轴管后端的轴线的偏差。

（7）对轴线偏差太大，需要光车尾轴管内孔来解决轴线偏差时，应将光靶移到尾轴管的外面，先在尾轴管的前后端距端面500 mm左右，各焊上一组高度合适的光靶支架，将光靶支上（图5）。按上述同样的方法，对尾轴管前后光靶进行照光，将尾轴管前后端的轴线中心在光靶上找出；将带刻度的靶心抽出，更换两个带0.5 mm小孔的测量靶心，通过两个靶心小孔拉出一条0.5 mm粗的钢丝线，线头一端固定在支架上，另一端按钢丝粗细挂上重物T，T按表1选取；在尾轴管的前后端面上、下、左、右互成90°，各焊上4组基准点，按钢丝线调整基准点，使每一端面的4各基准点与钢丝的距离相等，误差不得超过0.05 mm，最后基准点应用电焊焊牢。但是在调整基准点距离时，在上、下要考虑钢丝的下沉量，即钢丝距上基准点应减去下沉量Δ值，钢丝线距下基准点应加上下沉Δ值。钢丝下沉量计算公式如下：

（8）照光检查或拉线做基准点自检合格后，交船东和验船师验收。

2.2 平轴法校中轴线偏差要求

（1）用轴系照光或平轴法测量，轴线总偏差合乎表2规定者，均为合格；

（2）表2中L计算为轴系受连接偏中影响后弯曲部分长度，如图7所示。在主机安装时，应按表2值缩小50%。

①轴系中心允许总偏差，按下列公式计算：

当ψ总 =0时，δ总=5.2×10-3×L2计算/d （2）

当δ总=0 时 ，ψ总=7.8×10-3×L计算/d （3）

式中：ψ总—轴系中心线总曲折值，mm/m；

δ总——轴系中心线偏移值，mm；

②根据L计算和轴径，查表2（或者计算）找出δ总和ψ总，按这二个数值，作出ψ总—δ总的座标三角形（图8）。

如测得轴系总偏差值ψA—δA在阴影部分的交点A处，则ψA—δA为合格。反之，如图8中B点，虽然ψB和δB单独看小于δ总和ψ总，但它们的交点则处在阴影三角形之外，则轴线ψB—δB是不合格的。

③ 如果轴系总偏差按表 2中规定有所超过，尚可按负荷法和计算法来交验。

3 轴系失中的修理

对轴线总偏差超差太大时，经验船师同意后，可采取以下方法进行修理：

（1）根据轴线的偏移方向和尺寸，可将尾轴管内径焊补“长肉”，重新光车尾轴管，纠正轴线的偏差；

（2）如果用轴承内径车偏心来弥补中心线的偏差时，光车内孔除了考虑轴线的偏差，还要考虑轴线抬高轴承间隙的1/2；

（3）在万不得已时，还可以移动主机位置来纠正轴线偏差；

（4）轴系各法兰校中要求：

① 对轴系各法兰校中安装时，各法兰应合乎表3规定；

②中间轴相邻法兰的偏移和曲折值，均可参照尾轴和相邻中间轴法兰的要求稍许降低，各中间轴法兰的△与ψ值，基本上是平均分配，但靠近轴系中间部分的法兰要求尚可相应降低些，但△=0时应ψmax≤0.60 mm/m；

③无论用何方法校中和交验轴系，在曲轴最后一道拐挡差允许范围之内，推力轴轴心线（电机轴或齿轮轴）应比曲轴轴心低0.05～0.10 mm，且曲轴法兰与推力轴法兰的曲折值不大于0.10 mm/m （排除大飞轮重量的影响）；

④当轴径D>400 mm时，各法兰的曲折值按表3的75%执行；

⑤修理船舶轴系的某项质量指标略有超过上述规定值，如果船舶轴系运营正常（不过热、不振动等），则允许继续使用。

（5）轴承负荷调整

①参数

油顶面积：S2=d02×π/4 （cm2），d0为油泵注塞直径（cm）；

中间轴直径：d1按图纸尺寸或实测（cm）；

中间轴承宽度：H按图纸尺寸实测（cm）；

设计中间轴承负荷：F按船方提供资料（kg）；

设计中间轴承每 cm2所能承受的负荷：P0按船方提供资料（kg）；

测量位置距离：L按船方提供资料（mm）。

②计算

中间轴承投影面积：S1=d1×H（cm2）；

轴承每平方厘米所承受的负荷：P0=F/S1（kg）；

轴承负荷：P0×S1（kg）；

油泵顶升压力：P1=F/S2（kg/cm2）。

③准备工作

·大于轴承设计负荷F油顶1个、相应油管一根、大于顶升压力P1的手动油泵1台、压力表一只、百分表一只和磁力表座一套；

·制作高度合適的支架1个；

·负荷找正座标纸若干；

·机舱内所有能产生震动的工作停止；

·按规定的位置和L距离，将油顶支架上方调到0位。

④负荷试验

顶升过程

· 顶升高度按轴承间隙的50%～60%进行；

·油泵缓缓泵油，观察百分表，压力每升高20 kg记录一次所对应的百分表升高值，当压力达到60 kg后，压力再每提高10 kg记录一次相对应的高度值（图10），直到规定的顶升高度；

回落过程

·当顶升到位后，停留5分钟稳定一下，再做回落试验；

·控制泄油阀，按顶升的各压力点进行回落，记录相对应的百分表下降数值。

做顶升和回落轨迹图

·在座标纸上，描绘上升和回落轨迹，分别将上升和回落轨迹按直线部分连接起来，并延长相交到零位线上的P2和P3点上；

·实际轴承承受的负荷压力值：P1=（P2+P3）/2 （kg/ cm2）

如果测得压力P1过高或过低，均应用轴承底座垫调整，P1过高应减薄座垫厚度，过低则增加座垫厚度。

⑤交验

顶升和回落合格后，将轴承底座把牢，请船东和验船师到场，作顶升回落负荷交验；

顶升压力P1（和负荷F）允许误差±10%。

4 结束语

本文针对造成船舶轴系失中的原因以及对失中后的轴系进行修复的方案进行探讨，其中一些方法是作者在实践过程中心得体会，各位同行可根据本厂的实际情况对校中过程进行改进。

参考文献

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3416～3429-9.

[2] 中船澄西远航船舶（广州）有限公司修船技术标准[S].中船澄西（广

州）公司. 2012，坞修部分.

[3] 周瑞平，胡 义.船舶推进轴系校中[J].武汉理工. 2004，1-3.