船舶轴系校中的原理及方法分析

船舶轴系校中的原理及方法分析

【摘要】船舶轴系是船舶动力装置的重要组成部分之一。本论文对影响轴系校中质量有关发面进行了分析，同时介绍了轴系校中的一些方法。最后以水下轴系校中为例，从中提出轴系校中工艺方面的意见，确保整个轴系在安装过程中，尽可能接近轴系校中计算书所计算出的状态。

【关键词】船舶；轴系；校中；安装；工艺

1.影响船舶轴系校中质量优劣的因素主要有

1.1传动轴的加工精度

传动轴（包括艉轴、中间轴、推力轴）是组成轴系的主要部件，在加工制造时必须按照规定的精度要求进行加工。若加工误差过大，传动轴对轴系校中的质量会造成不良的影响。

1.2轴系的安装弯曲

在安装轴系时，为获得良好的校中质量，往往将轴系按一定的弯曲状态敷设，也就是轴系的安装弯曲。但，当轴系存在安装弯曲时，在各支承轴承上就会造成附加负荷，该附加负荷的大小及方向由轴系的弯曲度及方向所决定。

1.3船体变形

船体在安装轴系范围内发生变形则会造成安装在其上的轴系随之发生弯曲。轴系的这种弯曲是附加的，且往往使难以控制。

1.4轴法兰端的下垂

各轴端因自重或其他载荷的作用而引起轴系的下垂，以至造成主机和基座高度的改变，或重镗尾轴管。

影响轴系校中质量的因素，除上述几种之外，还包括轴系的结构设计、尾轴管轴承中的油膜、海水或润滑油压力的影响，螺旋桨水动力不平衡力矩及推力中心偏心所形成力矩的影响，减速齿轮箱运转时温升的影响等。在研究轴系校中质量时，这些因素均应予以考虑或研究。

2.船舶轴系校中指导

2.1轴系校中方法

轴系校中的方法一般有三种：平轴法、负荷法、合理校中法。修船从前向后，造船从后向前，平轴法用于中小型船舶，对于螺旋桨>300mm的船舶，我国船级社要求按合理校中法校中。轴系合理校中是通过校中计算确定各轴承的合理变位，使支撑螺旋桨的艉管后轴承的负荷减为最小；把轴承的负荷限制在某个最大与最小值间的范围内；把轴的弯曲应力也限制在允许值内；使施加到柴油机输出法兰的弯矩与剪力在允许范围内等。此种校中方法更贴合实际，避免校中不良而引起的严重后果。轴系合理校中一般分为：静态校中（热态、冷态、安装状态）、动态校中、运转状态校中。

2.2轴系校中时需要进行的计算

（1）进行轴系各结构要素的处理、建立轴系计算的物理模型。

（2）计算按直线校中时轴系各支座处的弯矩、反力、挠度及截面转角。

（3）计算能表征轴承负荷与位移关系的轴承负荷影响数(必要时也计算弯矩影响数)。

（4）根据给定的约束条件，用线性规划法或试错法确定轴承的最佳位移或合理位移量。

（5）根据轴承位移及轴承负荷影响数求出轴承上的实际负荷。

（6）根据轴承最佳或合理位移量，计算轴系有关连接法兰上允许的偏移、曲折值。

（7）计算当采用顶举法检验轴承负荷时的轴承负荷顶举系数。

2.3船台到水下的轴系校中工艺介绍

2.3.1轴系校中前需具备的条件（船台）

（1）主机安装到位，主要部件已装配完，主要部件螺栓按要求锁紧，机外接口未安装（排气、滑油、启动空气等）。

（2）主机具备盘车条件。

（3）大链条按要求锁紧。

（4）船舶在船台上。

（5）主机机座扭曲在船台已向船东提交。

2.3.2船台轴系与主机校中的过程方法

（1）校中前应在推力轴端及艉轴端位置装妥可调临时支撑二只，将中间轴排放好，临时支撑的架设必须有足够的强度。

（2）艉轴安装到位后，在艉轴法兰上外加7000Kg的力，且艉轴法兰左右及下方用螺栓顶牢，使艉轴所施加的压力不变，左右位置不变。

（3）调整中间轴的二只临时支撑，使艉轴与中间轴Ⅱ、中间轴Ⅱ与中间轴Ⅰ的法兰对中数据符合表1的要求。

（4）主机用如下图所示的方式临时固定

调整主机座的螺钉使中间轴Ⅰ与主机曲轴的联接法兰的对中数据符合规定的要求。应注意在调整主机座的同时，使主机曲轴开档满足MBD的要求。

（5）考虑到主机所浇注的环氧树脂垫片的干涸过程中约有1/1000的收缩量，所以在调整主机座时，应有意识地将主机稍稍顶高，顶高的具体数据应根据垫片的厚度来确定。(即:δ/1000;δ为最终垫片厚度40~60mm,浇注目标厚度为50mm)。

（6）螺旋桨轴与中间轴Ⅱ、中间轴Ⅱ与中间轴Ⅰ以及中间轴Ⅰ与主机飞轮端法兰处的联轴节数据调妥后（但不去掉7000 kg附加力），检查如下对中数据，并经检查员确认提交给船东、船检。

a）法兰对中的偏移（sag）和开口（gap）。

b)主机机座的水平挠度（sag）。

c)主机机座的扭曲。

d)第九缸曲轴甩档。

e)主机最后两档轴承间隙(0.40mm~0.58mm)。

（7）在此过程中，应检查轴法兰的对中情况,以便能及时发现偏差做出纠正，并最后向检查员、船东、船检报验。对中数据经检查合格，并得到确认后，用液压螺栓将轴系进行临时联接。

（8）船舶下水后第二或第三天，拆卸连接轴系法兰的临时液压螺栓，检查开口及偏移值.（此值仅作为参考）。

2.3.3水下轴承负荷测量的条件要求（水下）

（1）船舶按照下水状态（螺旋桨处于半浸没或浸没状态），左右横倾小于±30，船前后吃水基本不变，并记录首尾吃水和环境温度。

（2）中间轴承座焊接完毕，主机座临时侧向支撑挡板焊接完毕，中间轴临时支撑已割除。

（3）中间轴承初步安装完毕（除拂配垫片外）。

（4）所有临时支撑和附加力已拆除。

（5）用于测量负荷的座架（要有足够的钢度）已准备完毕。

（6）每次测量时第九缸曲柄盘到水平位置。（注意脱开盘车机）。

2.3.4中间轴承1的负荷测量（1）根据轴系校中图所示的位置，在中间轴1底部放置一个小油缸，油缸放置的底座要有足够的强度，以避免因油缸顶升中间轴时，船体底板变形而影响测量准确性。

（2）同时在油缸正对应的轴径上方，放置一个白分表，固定百分表的地方可以是支架或轴承本体但要牢固。

（3）每次测量前掀到50bar、然后泄油，百分表调零后再开始正式测量。掀动油泵从而顶升中间轴，要求油缸每升高0.50~1Mpa，（注意要稳定的增加）记录一次对应的轴上升量。在轴上升的较低范围（0-0.2mm）有许多测量点很重要，所以在此阶段测量数据要多一点。

（4）到出现第二个拐点时，慢慢地泄放油压，每降0.5~1Mpa（注意要稳定的下降），同时记录对应的轴下降量。

（5）将测量的记录进行中间轴承1负荷计算.（顶举修正系数（随温度变化）及计算见表2）。

（6）中间轴承2及艉管前轴承的负荷测量同上。（顶举修正系数（随温度变化）及计算见表2）。

2.3.5主机最后二档轴承负荷测量

（1）根据HHM MBD质量标准，将顶举油缸安装好（注意最后第一档（轴径轴承）顶在飞轮齿圈上，最后第二档顶在与所测轴承相邻的已成水平方向的曲柄下面。

（2）在顶举前必须先测量轴承顶部间隙和环境温度，以后掀动油缸，顶举曲轴分别测量二档的负荷值，根据B＆W公司推荐油压每上升0.5~1Mpa，（注意要稳定的增加）并测取每一次对应的轴的上升值。最后面轴承的第一个拐点会出现在顶起的0.03~0.15mm之间（如果出现在0.25mm以后说明充分被顶起），最后第二档轴承会出现在0.03~0.10之间（如果出现在0.15mm以后说明充分被顶起）。

（3）慢慢地泄放油压，每降0.5~1Mpa（注意要稳定的减少）记录轴的下降量。如发现各个参数有很大的偏差时，进行修正，修正完成后，复查并记录主机各缸拐当。同时综合考虑所测轴承的负荷，是否在正常范围内。若不在范围内，在继续调整。调整到位后。开始进行端部及侧向支撑座的焊接。

（4）全部焊完后，测量主机挠度（有必要时，可调整顶丝），同时再次复查上述各轴承负荷及机各甩档。（有必要时，还需进行调整，直到所有数值在范围内）。

（5）整理合格的对中数据。将艉管前轴承、中间轴承Ⅰ及Ⅱ、主机最后二道轴承的负荷，主机的曲拐差,主机座挠度,主轴承前后间隙,推力轴承前间隙整理成完整的报告并提交给船东、船检验收，同时作为主机环氧垫片浇注的依据。

2.3.6主机环氧垫片浇注工作

（1）轴系对中数据合格并得到认可后，即可进行主机环氧垫片浇注工作。

（2）环氧垫片完全固化后，将硬度报告和尺寸报告提交船东、船检验收。

（3）环氧垫片得到认可之后，将主机底脚螺栓上紧，轴系用铰制孔用螺栓锁紧。地脚螺栓打紧后，测量并记录测量销与主机机座下平面之间的间隙。

2.3.7最终的冷态对中交验