船舶动力系统安装工艺浅析

文浩骏，林世龙，徐洪銮，张培德，张安勇

（潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261061）

在安装船舶主机与轴系的过程中，校中是最重要的工序之一，直接关系到船舶推进系统的推进效率，并且还会影响船舶的安全运营，通过控制校中过程中的各个环节的影响，进而综合影响校中的最终结果。在轴系校中及主机安装过程时，主机的安装可分为刚性安装与弹性安装，因本文主要针对客船中速主机，弹性安装对主机产生的震动有很好的吸收作用，并进而减少产生的噪声，故仅对弹性安装的情况进行分析介绍。

1 轴系中心线的确定

通常在进行船体设计时，会为船体设计一条中心线，在进行船舶主机安装及轴系校中前，需要先找出这条中心线。一般通过在主机前方、尾轴后方的两个基准点来确定此中心线，也称为轴系理论中心线。

1.1 确定理论基准点

在船舶设计建造时，有着用作定位作用的肋位，为方便区分，将两个基准点分为艏基准点和艉基准点，通常在机舱前仓壁所在的肋位处设置为艏基准点，在零号肋位处设置艉基准点。图纸对于艏艉基准点的位置有着明确的规定。基准点在垂直方向上的位置，可通过图纸上测算出基准点至水平基线的高度，并使用钢尺在艏艉基准点所在的肋位上，测量确定基准点垂直高度。也可以使用连通水平管，连通水平管是一个U型管，可以在船台上的一端加水，至水线高度达到船体基线标高尺上基准点高度，另一端引入船体内，水线高

度即为基准点高度。此种方法要比使用钢尺测量准确度更高（图1）。

图1 连通水平管示意图

1.2 确定轴系理论中心线

在基准点确定后，通过在两点之间拉紧钢丝线的拉线法，或使用光学仪器发射一条光线同时通过两点的光学仪器法，来确定轴系理论中心线，主机和轴系安装、校中都以此中心线为基准。

通过确定轴系理论中心线（图2）可实现：①可预估主机底盘至船体的基座之间的距离，以确定主机在机舱内的安装位置；②确定弹性减振器的位置，加工钢制垫片，并确定连接处的接触面位置，对接触面进行表面处理；③通过划线法预先加工处主机与减振器之间，减振器与船体基座之间的螺纹孔；④可预估轴系至船体的基座之间的距离，以确定各中间轴轴承座的纵向位置和安装高度；⑤确定推力轴承座和独立的减速齿轮箱基座的中心点、前后位置、安装高度等属性，并加工补足间隙用的垫片；⑥计算中间轴的长度。

图2 轴系理论中心线示意图

（1）拉线法。拉线法顾名思义是在此前确定的两个基准点之间用钢丝线拉成一条直线，用此钢丝线代表理论中心线。通常选用0.8～1mm直径的钢丝，并且在将钢丝拉成直线的拉紧力以其的拉断力的70%～80%为宜，拉紧力过大可能将钢丝拉断。如使用的钢丝生锈或弯折，会造成严重的误差，选用钢丝时应予以避免。

由于重力作用，钢丝线或多或少会有些许下垂，所以需要进行适当的修正（图3）。具体方法为：在钢丝通过的各隔仓壁，中间轴轴承座等位置的理论中心点上，计算出以上各点的下垂数值，在由钢丝确定的位置上进行相应修正。

图3 钢丝下垂修正示意图

钢丝线在不同位置处下垂量X可由下面公式计算：

X=M·L1(L-L1)/2G

式中，M为钢丝单位长度质量（g）；L1为修正位置到基准点的距离（m）；L为钢丝线总长度（m）；G为钢丝线承受的拉力或重锤的重力（N）。

（2）光学仪器法。拉线法产生的误差会随着轴系长度的增加而增加，所以在船舶轴系较长时，一般会改用光学仪器法。在艏艉基准点上安装光靶并进行调整，使其十字线交叉点与基准点重合，调整仪器使光轴穿过艏艉两个光靶的中心，所确定的光线就表示轴系理论中心线。

光学仪器法中使用的光学仪器主要是带准仪或经纬仪的望远镜，或投射仪。随着激光技术的日渐成熟，激光经纬仪和激光准直仪已经获得广泛的使用。

（3）推荐方法。当前推荐采用将上述两种方法结合使用，来确定轴系理论中心线。具体方法为：①因光学仪器法较为准确，先用其确定轴系理论中心线，并在贯穿各个仓壁的位置上画出加工圆线；②通过拉线来确定尾轴管及轴系各节轴承的位置，并使用木样棒对尾轴，中间轴进行模拟，找出各轴系所在位置；③使用光学仪器法进行复查，确保各轴承位于正确的位置。

此方法相对烦琐，但是可以提高轴系安装及校中的质量与准确性。

2 轴系校中

轴系校中是轴系安装工作中的一项重要工序。良好的校中对轴系平稳传动有着重要的影响。轴系校中一般通过平轴校中法或者光学仪器校中法来进行，下面对两种方法进行介绍。

2.1 平轴校中法

在轴系校中过程中，假设每对连接法兰接触面完全重合，即偏移值δ为零，曲折值ψ为零，忽略法兰端受重力影响导致的下垂，即可视为此轴系处于一条直线。但现实情况下，受各种因素影响，各对法兰接触面完成重合是不可能实现的，因此需要设定每对法兰连接时的极限值，在安装测量时，δ值与ψ值满足极限值即可认为两节中间轴处在一条直线。

在校中过程中，根据轴系理论中心线先安装尾轴，并以尾轴前端法兰为标准，安装下一节中间轴时，使用直尺和塞尺对两个法兰之间的偏移量和曲折值进行测量（图4），如果测量结果大于极限值，则对第二节尾轴进行调整，直至测量结果小于极限值。然后，自船尾向前依次安装并调整各中间轴，确保轴系各对连接法兰的的偏移量及曲折值均小于极限值。最后，以推力轴的前法兰为基准进行主机定位。

图4 直尺和塞尺测量方法

2.2 光学仪器校中法

光学仪器校中法是利用光沿着直线传播的属性，借助光学仪器发射光线，并以该光线作为理论中心线，对尾轴管、人字架进行校准，并对各中间轴承进行定位，使各仓壁孔，轴承中心与仪器发射的光线重合。确定轴系各中间轴轴承的位置，并用垫片和地脚螺栓对其进行固定后，将尾轴和各中间轴进行安装，安装完成后，使用连接螺栓连接各对法兰。激光技术已经非常成熟，可以采用激光仪器代替传统仪器，提升校中的精度。

使用光学仪器校中不仅精度较高，还可以将轴系理论中心线的确定工作与校中工作相结合，同时进行，能极大地提升效率。但使用这种方法安装轴系时，各轴承承受的实际载荷与理想状态会存在差异，所以在受力情况复杂的大型船舶上不推荐使用此方法。目前这种校中方法主要用于中、小型船舶。

在对轴系进行校中时，还应考虑各轴承上的负荷、应力等要求，对各轴承的位移量和各连接法兰上的偏移值和曲折值的计算，对各轴承进行一定调整，整个轴系可能呈现出曲线状态，但是可以对各轴承上的负荷进行合理分配。

3 主机安装与校中

轴系中心线确定后，可以确定主机在机舱内的安装位置，并估计主机机座垫片的厚度。将主机吊装到预先确定的位置，并使用临时垫片进行支撑。

3.1 主机弹性安装

将弹性减振器高度调节螺栓顶部与主机底盘支撑架底部贴合，若弹性减振器与船体基座之间的间隙超过减振器可调节的高度，使用刚度足够且厚度合适的钢垫片置于减振器与基座之间。旋紧减振器上高度调节螺栓使减振器承受载荷，注意保证每个减震器总是承受均匀的载荷，不得一次将某个高度调节螺栓完全受力，而应该围绕主机依次逐个将螺栓旋紧，将主机顶起，避免任何一个减振器承受载荷过高。抽出主机下的临时垫块。待每个减震器均受到载荷后，静置48小时待减震器内的橡胶蠕变压缩。蠕变结束后，再次通过高度调节螺栓，调整主机垂直高度，在高度调整完毕，将减振器上紧固螺母以规定的力矩进行旋紧（图5）。

图5 弹性减振器调整示意图

待弹性安装完毕后，在飞轮轴向端面及径向圆周面安装两只千分表，两只千分表支架固定在齿轮箱输入轴上，按主机正常工作时的方向进行盘车，在主机工作时，曲轴会由于轴承的间隙在径向上产生位移，同时也会由于推力轴承的间隙而在轴向上移动，分别在垂直的两条直径上测量四个点，进行计算。径向测量值可判断主机曲轴中心线是否偏离理论轴线，轴向测量值可判断主机输出轴是否与齿轮箱输入轴平行（图6）。

图6 千分表安装示意图

3.2 主机臂距差测量

主机安装较中后，需要测量主机臂距差。如图7所示，臂距差测量需要测量五个位置，分部是上止点，90°位置，150°位置，210°位置及270°位置（当曲轴位于下止点位置时，连杆会挡住千分表的安装，故取150°位置，210°位置两个位置的平均值）。

图7 臂距差测量点

盘车至第一个活塞位于下止点位置，根据主机转向在150°位置或210°位置将千分表放置在平衡重的冲孔标记中，并在该位置进行调零，为起始点记录为X点。按照主机正常工作方向盘车，其余位置依次记为P、T、S、Y点，并记录测量偏差，记录时注意标准读数位置，及正、负。依次按相同顺序完成剩余各缸的测量（图8）。

图8 臂距差千分表安装位置

曲拐挠度=曲拐正好相反位置（即成180°的两个位置）上的千分表读数差（图9）。

图9 臂距差读数为负

垂直挠度=从顶部到底部的读数差，水平挠度=水平方向上的读数差。

主机在冷态下的曲拐水平挠、离飞轮最近的曲拐的垂直挠度、其他曲拐的垂直挠度等都规定了极限值。如果读数超过极限值，需要重新进行校中。

4 结语

如今船舶建造的技术在不断地发展，对船舶设备，特别是客船的要求越来越高，主机是船舶航行的动力源，并且也是船舶最大的振动，噪声源头，因此主机安装质量和轴系校中的好坏直接影响动力系统的正常运行，对船舶的航行性能及船员和乘客在船上的舒适性起着至关重要的作用。希望本文可为今后客船主机的安装与校中提供一定的技术借鉴和支持。