某船轴系校中工艺研究

2015-11-28郑学贵

中国修船 2015年4期

关键词：中间轴轴系螺旋桨

郑学贵

(渤海船舶职业学院，辽宁葫芦岛 125005)

技术交流

某船轴系校中工艺研究

郑学贵

(渤海船舶职业学院，辽宁葫芦岛 125005)

在船舶建造、修理过程中，轴系校中极为重要，其质量的好坏不但影响到船舶航行的时间长短，更影响到船舶航行时全体船员的人身安全。文章主要介绍某船轴系在修理过程中轴系校中的工艺过程。

船舶轴系;校中;镗孔;曲折;偏移

船舶轴系在运转过程中承受着复杂的负荷，主要有螺旋桨的转矩及其产生的扭应力、推力及其产生的压应力，螺旋桨和轴系部件的重量所造成的负荷及产生的弯曲应力，同时船舶轴系还受主机工况变化、螺旋桨振动产生的附加应力和附加负荷。因此轴系校中质量很关键，若安装质量不好的轴系，其运转时会造成艉轴管轴承迅速磨损以至烧坏，艉轴管的密封元件也因迅速磨损而造成泄露，致使主机曲轴的臂距差超过允许值，从而破坏齿轮箱的正常啮合和支撑轴承的正常工作并引起振动，直接影响船舶的航行安全［1］。为确保轴系能长期正常运转，除在轴系设计时应具备足够的强度和刚度外，轴系校中的质量也很重要。本文主要针对连云港中远船务工程有限公司对印度国籍“GANGA SAGAR”船轴系修理时对轴系重新校中的工艺进行应用研究。

1 轴系基本概况

该船为45 000吨级散货船，主机采用的是B＆W 6L60MCE，4叶螺旋桨，桨质量为14.5 t，其轴系布置图如图1所示。该船在航行中，发生了轴系联轴器法兰螺栓断裂及中间轴承本体座的底部断裂严重事故。进厂后通过对主机拐档差、螺旋桨、激光轴系中心线、螺栓断裂、中间轴承的综合分析，确定了联轴器法兰螺栓孔的严重失圆，法兰面平面度严重超差而引起轴系失中，加大了该区域的回旋振动，致使自身螺栓断裂。同时，这种长期的过大回旋振动，致使中间轴承承受过大附加负荷，引起轴瓦损伤及基座断裂［2］。通过技术改进，制定详细的修理方案，分别进行轴系加工恢复、中间轴承加工、轴系重新校中。下面主要介绍轴系校中的过程和工艺。

2 轴系校中

该轴系校中方案为:首先在船坞内进行轴系预组装、轴系校中状态的初步测量和调整，然后船舶出坞后，进行最终的检查、调整和交验，并以船舶水上测量的结果作为最终交验的依据。此校中根据一次进坞激光中心线数据及船方原热态运行条件下的数据 (主机与轴承分别相对于理论中心线-7.6 mm与-3.5 mm)，两者综合考虑实施。由于激光数据测量后的主机偏离原理论中心线在极限范围内，所以采取原始数据校中后，在顶举试验时，对中间轴承相应调整，最终达到热态运行要求。

图1 轴系布置图

2.1 坞内轴系预装

此阶段是在坞内进行，整套轴系包括螺旋桨在空气中即机械处于尚未运转的冷态状态。

1)二次进坞后，将中间轴Ⅱ与螺旋桨轴吊进舱内，桨叶吊运到坞内，塞入螺旋桨轴，安装螺旋桨。由于中间轴Ⅰ的螺栓孔为椭圆，需要进行现场镗孔，为了节约使用坞期，采用出坞后进行，所以在坞内使用临时支架及临时螺栓连接。平轴时，将中间轴两端临时支架布置在距法兰端面的距离为中间轴全长的0.18～0.22位置处。然后调整偏移值与曲折值，用临时螺栓连接。

2)中间轴与螺旋桨轴法兰、中间轴与飞轮端法兰不连接，自由状态。轴系按直线校中从船尾向船首方向进行。并使两法兰脱开0.5～1.0 mm。在距螺旋桨前末端700 mm后安装1个手拉葫芦，施加50 kN向下的力。

3)调节临时支架的高度，致使螺旋桨轴与中间轴连接法兰的曲折值与偏移值在设定范围内，如图2所示，然后连接预装螺栓 (连接后在两法兰之间不能存在曲折)，并移走手拉葫芦。

图2 中间轴与艉轴法兰理论对中取值图

4)根据前期测量的主机拐档差，在规定的范围内，安装主机飞轮端与中间轴的法兰螺栓，其法兰曲折值与偏移值在设定范围内，如图3所示。

图3 中间轴与主机飞轮端法兰理论对中取值图

5)调整曲折偏移计算。根据上述3)与4)的设定范围，按照如图4所示方法，在法兰的正上方，正确架设百分表A和百分表B。然后将百分表表盘读数拨至“0”位。转动中间轴，读出百分表A在左舷水平位置、下部、右舷水平位置的读数。读出百分表B在左舷水平位置、下部、右舷水平位置的读数。当百分表回到起始位置时，应回到“0”位，否则应重新测量。

图4 曲折、偏移测量调整示意图

根据上述方法测量结果，计算配对的法兰在垂直方向和水平方向上各自的偏移量和曲折量。最终坞内曲折值、偏移值分别为:①中间轴与艉轴法兰，曲折值为0.16 mm，偏移值为1.38 mm;②中间轴与主机飞轮法兰，曲折值为0.54 mm，偏移值0.23 mm。

6)安装轴带发电机，确保气隙设定值为5.4～6.6 mm，同时移走临时支架;复测主机拐档差。

7)轴系安装完毕后，采用顶举法校核中间轴承和艉管前轴承的负荷。主要用来测量检查轴系在垂直平面内的校中情况，顶举法进行轴系校中前，采用直线校中工艺检查调整轴系水平面方向的校中情况，然后下述方法测量检查以及调整轴系垂直方向内的校中情况。此船主要以中间轴承与艉管前轴承为主，主机没有进行移动、主机推力轴承负荷可以通过后期检查，如图5所示。

轴承计算结果的校核标准按表1进行参考。

在船舶坞内的状态下顶举系数如表2所示。

表1 轴承计算结果的校核标准

表2 船舶坞内状态下的顶举系数

8)在实施过程中，测量千斤顶活塞直径，校核压力表的准确度;液压千斤顶顶升时，千斤顶向上的作用点必须通过轴的中心;千斤顶顶升点与百分表的位置应在同一横断面上;测量前先作顶升和放下动作各1次;并作详细记录，按照记录绘制图6所示曲线。

图6 压力－顶升曲线图

延长图6中的上升和下降的曲线的直线段，得到Pu和Pd2点，按照下列公式，计算被测轴承的实际负荷［1］:

式中:Pu为上升曲线的直线段延长线与P轴的交点，MPa;Pd为下降曲线的直线段延长线与P轴的交点，MPa;Ci为被测轴承的顶举系数;A为千斤顶的活塞面积，mm2。

按以上顶举位置测量艉轴首轴承、中间轴承、修正后的轴承负荷符合校中计算书的规定，误差没有超过规定值的20%，轴系校中首次在坞内结束。

9)对艉轴下沉量测量、密封油压试验;基本调整到位后出坞。

2.2 浸水状态校中

1)与在坞内方法一样。测量调整轴线曲折值与偏移值，得出螺旋桨在浸水状态曲折值偏移值分别为:①中间轴与艉轴法兰，曲折值为0.17 mm，偏移值为1.39 mm;②中间轴与主机飞轮法兰，曲折值为0.54 mm，偏移值0.23 mm。

与坞内进行比较，曲折值0.01mm偏差，变化不大，可以忽略。

图5 坞内负荷校中顶举布置图

2)中间轴Ⅰ与中间轴Ⅱ连接螺栓孔镗孔。承接坞内静态校中方法，对中间轴Ⅰ与中间轴Ⅱ连接螺栓孔实施现场镗孔，加工新的连接螺栓，如图7，现场镗孔图片，现场镗孔圆度0.02 mm，同轴度0.02 mm。

图7 现场镗孔

3)镗孔完成后连接新制过盈螺栓;再次检查主机拐档差与坞内测量结果进行比较。

4)顶举法负荷校中，图8为顶举位置示意图。

在实际船舶漂浮状态下的顶举系数如表3所示。

表3 船舶漂浮状态下的顶举系数

按照坞内顶举负荷计算的方法，得到的负荷值误差没有超过规定值的20%，校中状态良好。

5)根据校中状态，安装中间轴承垫片，装配定位销及基座左右侧加楔块止动。调节中间轴承轴瓦与轴颈左右侧间隙在0.25 mm，保证两侧相等。

6)最终负荷校中检查交验 (水下漂浮状态)。整个轴系安装完成，进行最终交验。根据此顶举数据进行计算。制定近似曲线图，如图9所示，计算结果分别为千斤顶1:F1= (160.13+240.02)/2×46.6×0.934×9.8=85.36 kN;千斤顶2:F2=(181+250)/2×46.6×0.903×9.8=88.89 kN;千斤顶3:F3= (74+199.7)/2×71.4×1.004×9.8=96.24 kN;对照轴承计算参考值，艉轴管前轴承计算理论F前≈111.8 kN，测校中顶升值范围在 Fmax=111.8×1.2=134.168 kN，Fmin=111.8×0.8=89.44 kN，中间轴承计算理论F中≈94.1 kN，测校中顶升值范围在 Fmax=94.1×1.2=112.92 kN，Fmin=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。