船舶无余量长轴系安装技术

李 均，祝彦兵，陈 博

（1.海装驻上海地区第一军事代表室，上海 201913；2.上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

在船舶设计与建造过程中，轴系的安装是轮机专业极为重要的项目，其安装状态将直接影响船舶航行的安全性与可靠性[1-2]。无余量长轴系因其艉轴与中间轴在安装前已进行精加工，安装过程需具备很强的精度控制意识，不少船厂在首次建造过程中因经验缺乏而付出了惨痛的代价，二次返工，费时费力[3-5]。

本文以某船无余量长轴系安装为例，研究其安装技术要点，对其安装经验进行总结归纳，为同类型船舶轴系的安装提供参考，从而掌握安装要点，缩短安装周期。

1 某船轴系及相关设备

本船采用双机双桨推进，从艉部向艏部看，为双桨外旋，即右桨顺时针旋转，左桨逆时针旋转。轴系艉部配备有前后艉轴架，且艉轴管处安装水润滑轴承，以支撑艉轴。主机为2台中速机，经齿轮箱减速后，通过齿轮箱输出端带动轴系转动；而后轴系将主机功率传递给螺旋桨，同时将螺旋桨在水中旋转产生的轴向反推力通过轴系中的推力轴承传递给船舶（见图1）。

轴系向艉倾斜，与理论基线间的倾斜角约为1.149°，左右 2根轴系平行于船舯线，距舯线理论距离为3 800 mm。轴系各组成部件参数与作用如下。

1）艉轴即螺旋桨轴（含桨毂）：Ф 400 mm×17480 m～Ф 560 mm×17 480 mm。

2）1号中间轴：Ф 400 mm×7 470 mm。

3）2号中间轴：Ф 400 mm×7 470 mm。

4）3号中间轴：Ф 400 mm×7 470 mm。

5）中间轴承：每套轴的3根中间轴对应配备3个白合金中间轴承，采用油润滑、淡水冷却。

6）液压联轴节：连接艉轴与1号中间轴。

7）水润滑轴承：包括轴套和塞龙轴承，内场用液氮冷冻法将赛龙轴承装入轴套，再将艉轴套组合件压入艉轴架和艉轴管，采用海水润滑。

8）艉密封：海水润滑内密封，修理状态时（禁止盘车）采用气密式膨胀密封。

2 无余量长轴系安装技术要点

2.1 艉轴架安装的精度控制

在采用轴系无余量安装的船舶中，为使艉轴架安装位置符合轴系布置图要求，需待船体尾部结构现场安装结束后，预装前后艉轴架；由激光打出轴系中心线坐标位置，通过前后、左右、高低6向三维坐标来决定艉轴架的位置。图2为轴系拉线示意图。控制位置如下：

1）控制前后位置。根据提供的实测轴系长度的木样棒，定出艉基准点（螺旋桨中心点）和艏基准点（齿轮箱输出法兰中心点）；调整前艉轴架、后艉轴架在轴系长度中的对应位置并做好标识；同时，需注意每个艉轴承工作中心的轴向距离均从艉基准点量起。

2）控制左右位置。本轴系为左右双轴系，安装艉轴架时需保证2根轴系中心线与船体中心线平行；根据激光打出轴系中心线坐标位置，初定艉轴架。

3）控制高低位置。根据激光打出轴系中心线的定位标志来决定高低，同时考虑本轴系与理论基线成 1.149°，因此定位时还需保证整个轴系向艉部倾斜。

初定艉轴架并再次检查艉轴架三维坐标是否基本到位，加上预估少量反变形，预热焊接艉轴架。焊接时，应每隔5 min测量1次轴系中心线与艉轴架变化的情况，随着变化情况及时调整焊接方法，以控制艉轴架的精度，从而保证艉轴架与轴系安装保持在精度范围内。

2.2 船体艉部结构分段精度控制

轴系无余量安装需对船体艉部分段和机舱分段进行精度控制，分段完工后应在内底非构架面划出中心线、艏艉肋位线、齿轮箱安装基准肋位线及中间轴承座安装基准肋位线，并敲上洋冲印。

大合拢时的定位，须保证中间轴承座肋位与中间轴座肋位间距、中间轴承座肋位与齿轮箱安装基准肋位的肋位间距在规定范围内，且整个轴系以齿轮箱安装基准肋位为基准；中间轴承座定位应保证中间轴承座上表面与轴中心线高度h值符合要求。

2.3 船底基线的精度控制

在大合拢施工中，由于分段吊装的顺序、状态、焊接工艺等程序理论要求与实际状态有较大差别（例如不同时间段的天气变化将造成的温差，并使船底基线产生不同变化）。为防止这类变化对船体精度定位带来不利影响，同时防止艉段下沉和上翘现象的产生，需对前艉轴架和后艉轴架在大合拢后进行初定位，并在轴系照光后再次定位。

2.4 中间轴承基座安装的精度控制

与艉轴承的安装情况相类似，双轴系中共 6个中间轴承基座，其定位和安装也须考虑前后、左右及高低位置（包括艉倾等），且其高度方向上的公差应为负值。

2.5 前后艉轴架和艉轴管外形尺寸余量控制

通过拉线、照光确定水润滑轴承在前艉轴架、后艉轴架和艉轴管的中心位置后，对前艉轴架、后艉轴架和艉轴管进行镗孔。为了保证对中后轴架与轴管的镗孔余量以及端面的镗削余量在可控范围内，前艉轴架、后艉轴架和艉轴管毛坯的外形尺寸余量应比常规要求大约 5 mm，使端面余量为15 mm，内孔余量为10 mm。余量放大虽会增加镗孔加工和端面镗削的工作量，但能确保前艉轴架、后艉轴架和艉轴管在定位过程中，出现超差（由不可抗力引起的）时具有补救余量。

2.6 水润滑轴承定位安装的控制

水润滑轴承定位安装时，首先应确定轴系布置图所标定的理论点，其次应根据水润滑轴承所承受的承压力中心点（本船为轴承长度的中点）进行定位，而后根据木样棒中的标志来决定最终端面镗削量，以确保每个水润滑轴承的定位均在精度控制范围之内。

2.7 计量工具和环境温度的控制

为保证各施工单位轴系长度测量的同一性，要求测量标准尺需经过计量检验，且各施工单位共用同一把标准尺；其次，船体尾部结构分段定位、船体基线控制、艉轴架安装定位、中间轴承基座定位以及水润滑轴承压入定位时的测量时间段均应保持一致，以确保测量时环境温度基本相同，从而保证了测量的准确性。在昼夜温差较大时，这一点显得尤其重要（日光直射处和背光处的温差越大，对应船体的变形量也越大）。

2.8 轴系负荷测量的控制

各轴按对中程序要求的偏移和曲折布置后，下一步则是进行轴系负荷测量工作。当船舶采用短轴系时，由于主机直接参与轴系对中和负荷测量的调整，调整点仅为1个中间轴承和主机，因此测量和调整过程较简单；当测量和调整工作结束时，轴系和主机的定位也随之完成。但本船采用长轴系，主机不直接参与轴系对中和负荷测量的调整，而是整个轴系与齿轮箱进行对中和负荷测量调整，在此过程中，每次测量和调整均须监控齿轮箱位置调整后，主机所处位置是否满足设计要求；此外，3个中间轴承和齿轮箱共有4个位置需进行调整，每个位置的调整变化都会使各中间轴承和齿轮箱输出端负荷发生变化，因此整个测量和调整过程需花费较长的时间与精力。

为了对各轴承负荷测量和调整进行有效控制，首先应掌握主机基座支撑垫块的厚度在何种范围内有效；其次，对各轴承负荷进行调整时，在满足规范要求（各轴承实际负荷不超出±20%理论计算值）的情况下，对整个轴系的曲线是形成弓形还是凹形作一个预判断，以预估齿轮箱的位置将对主机的最终定位产生多大影响。因此，预判断是否准确，对轴系负荷测量和调整的过程产生较大影响。

2.9 浮态情况下对船舶水平姿态的控制

该船为双轴系设计，两轴系在施工中无法实现理论上所要求的两边完全一致，因而两轴系的负荷测量数值不可避免地存在差异；若船舶水平倾斜度控制不当，将使差异更加明显，从而使轴系负荷测量数据无法真实反映轴系各负荷。因此，浮态情况下的船舶姿态应尽可能保持水平，可通过油水或压铁压载对其水平姿态进行调整。

3 安装技术总结

从该船无余量长轴系安装实践与经验来看，其主要特点如下：

1）由于轴系中的艉轴和中间轴为精加工，因而对船体的建造精度要求更高。

2）艉轴架的定位应与轴系对中相结合，且两轴系应尽可能保持三维坐标一致。

3）艉轴架烧焊前须预热并进行实时监控，随时调整接焊工艺控制的安装精度。

4）各组成部件的测量时间段应保持一致，以确保测量的准确性。

5）在对轴系负荷进行测量和调整时，应对轴系状态作准确的预判，从而缩短整个轴系（包括主机）的安装周期。

6）在浮态下应通过压载使船舶尽可能保持水平。

4 结束语

该船通过航行试验验证，轴系运转良好，无异常振动和噪声，且各轴承温度正常。由此可知，无余量长轴系的安装过程虽比短轴系更复杂、安装周期更长，但只要严格对各关键点进行精度控制，加强管理与实时监控，完全能够达到原定的设计要求。相关研究人员通过本次无余量长轴系安装实践，取得了诸多宝贵的经验。此类经验，可作为同类型船舶轴系安装的参考案例，也可供后续掌握同型船舶轴系安装特点，结合实际情况后为缩短安装周期提供参考。