浅谈轴系合理校中工艺在船舶项目中的应用

第11卷第10期中国水运V ol.11

N o.10

2011年10月Chi na W at er Trans port O ct ober 2011

收稿日期：6作者简介：陶维民，浙江省舟山市港航管理局普陀分局。

浅谈轴系合理校中工艺在船舶项目中的应用

陶维民

（浙江省舟山市港航管理局普陀分局，浙江舟山316100）

摘

要：正确合理地进行船舶轴系校中是确保船舶安全航行的关键环节。文中以26000DWT 散货船轴系安装的主

要步骤和过程为例，介绍了轴系合理校中在实际工程项目中的应用。关键词：轴系；合理校中；计算；负荷中图分类号：U 662

文献标识码：A

文章编号：1006-7973（2011）10-0119-03轴系是将船舶主机或传动装置与推进器连接起来的整套传动系统。它由轴、轴承和安装于轴上的传动体、密封件及定位组件组成，其主要功能是支撑旋转零件，传递转矩和运动。轴系是船舶动力装置中最重要的组成部分，轴系安装是船舶建造中的重要一环，轴系安装的正确合理与否直接影响到船舶航行的安全，而轴系校中则是决定轴系安装合理

与否的关键性环节，是检验、矫正轴系安装的必要步骤。本

文将通过实例，对船舶轴系的校中计算、安装和校中质量测定进行分析应用。

一、轴系校中1．轴系校中的概念

轴系校中就是按照一定的要求和方法，将轴系敷设成某种状态，处于这种状态下的轴系，其全部轴承上的负荷及各轴段内的应力都应处在允许的范围之内，或具有最佳的数值，从而可以保证轴系持续正常的运转。

2．轴系校中原理

组成船舶轴系的各轴段，通常是由法兰联轴器连接成整根轴系，由于这些轴在加工时规定其法兰的外围与轴颈应用同轴，法兰端面与轴心应垂直，故毗邻两根轴由其法兰连接，如果两轴的连接法兰达到同轴，则此毗邻的两根轴也达到同轴；反之，若两连接法兰不同轴，即存在偏中，则毗邻的两根轴也不同轴。

3．校中不良导致的问题

在轴系校中过程中，如果出现校中不良，则通常会导致以下问题，给船舶本身以及船舶航行带来危险后果。

（1）支撑螺旋桨的轴承负荷过大，特别是轴承后端出现过大的局部负荷，加速轴承的磨损；

（2）艉管前轴承负荷很小，甚至出现负反力，改变了轴承的间距，使轴系回旋振动的固有频率大大下降，回旋振动共振转速可能落入常用转速范围；

（3）破坏艉管前轴承密封装置；（4）引起船体艉部振动；

（5）齿轮传动轴系的减速大齿轮前后两轴承的轴承负荷差过大而破坏油膜建立，导致齿轮啮合不良，严重时产生齿击振动，推力块及轴承发热、烧熔等。

因此，对船舶轴承进行轴承校中是保证船舶航行安全的必要环节。

4．校中方法

合理校中是轴系设计、安装过程中采用的比较普遍的方法。所谓合理校中，它的实质就是在遵守规定的轴承负荷、应力、转角等限制条件下，通过校中计算以确定各轴承的合理位置，将轴承安装成规定的曲线状态，以使各个轴承上的

负荷合理分配。合理校中又被称为“轴系最佳校中”，其主要

优点在于，校中计算在船舶轴系技术设计阶段就已介入，成为船舶轴系设计工作的一环，实现了轴系结构设计与轴系校中的紧密结合，能较好地改善轴系各个轴承，尤其是可以大为改善尾轴管轴承和减速器大齿轮轴轴承的负荷状况，提高整个轴系的运转质量。

合理校中是热态设计计算、与热态计算相适应的安装工艺参数计算以及轴系校中安装的总称。校中的设计与安装是紧密联系的整体。《国内航行海船建造规范》（2006）要求螺旋桨直径大于300mm 的推进轴系需要提交轴系校中计算书，并连同安装工艺送审批准。轴系合理校中计算，是使热态参数满足衡准要求并取得各轴承相应的变位值，从而确定冷态、安装状态各轴承变位值，完成冷态、安装状态整个轴系校中的计算。但由于目前缺乏足够准确可靠的测量手段，故很难通过直接调整轴承变位值进行校中安装。在实际操作中，我们通常通过对轴系各对法兰的开口值（GAP ）和偏移值（SAG ）的调整，进行轴系校中安装。

二、轴系合理校中计算和安装

下面，我们以一条26000D WT 散货船为例，来进行轴系合理校中计算、安装及轴承负荷测量。

1．散货船主要参数

校中计算需要的计算依据图纸有轴系布置图、艉轴、联轴器以及中间轴图纸。本条26000D WT 散货船的主机、齿轮箱以及螺旋桨的主要参数如下：

柴油机参数

型号：8PC2-6L ；型式：直列、四冲程、废气涡轮增压、不可逆转；生产厂家：陕西柴油机厂；缸数：8；缸径：400mm ；活塞冲程：460mm ；持续功率：4,400kW ；额定转速：520r/m in

齿轮箱参数

2011-0-29

120中国水运第11卷

型号：GWC70.85；生产厂家：重庆齿轮箱厂；减速比：

4.453：1；大齿轮重量：3,210k g

螺旋桨参数

桨型：MAU；直径：5.394m；叶数：4；重量（空气

中）：8,551.1k g

2．COMPASS计算与分析

（1）COMPASS计算书

通过CO MPASS海船规范计算系统，我们可以得出该

26000DWT散货船的轴系计算书，根据分析需要，我们只

选取了它的第3页、第5页和第9页，如下图1、2、3所

示。

船舶轴系校中计算程序合理校中计算结果（冷态工况）

轴承序号

变位

（mm）

转角

（ra d）

反力

（k.n）

20%轴段重量

（k.n）

轴承比压

（N/mm^2）

10.0000 3.3480E-04123.39812.1420.334 20.0000-1.3925E-0429.04714.9480.248

3-0.3300-6.6504E-0513.476 6.8250.124

4-0.3700-3.9681E-0534.649 1.8390.320

尾管后轴承处转角——3.348E-04rad

柴油机输出法兰的弯矩——1.264E+01k.Nm

柴油机输出法兰的剪力——3.239E+00k.N

螺旋桨轴的最大弯曲应力——1.246E+01N/mm^2中间轴的最大弯曲应力——3.186E+00N/mm^2推力轴的最大弯曲应力——2.465E+00N/mm^2

图1计算书第3页结果

船舶轴系校中计算程序合理校中计算结果（热态工况）

轴承序号

变位

（mm）

转角

（ra d）

反力

（k.n）

20%轴段重量

（k.n）

轴承比压

（N/mm^2）

10.0000 3.2319E-04124.53512.1420.337

20.0000-1.1353E-0422.80814.9480.195

3-0.2480-5.7569E-0529.253 6.8250.270

4-0.2880-4.3615E-0523.974 1.8390.221

尾管后轴承处转角——3.232E-04rad

柴油机输出法兰的弯矩-——7.469E+00k.Nm

柴油机输出法兰的剪力——-1.863E+00k.N

螺旋桨轴的最大弯曲应力——1.246E+01N/mm^2

中间轴的最大弯曲应力——1.951E+00N/mm^2

推力轴的最大弯曲应力——1.298E+00N/mm^2

图2计算书第5页结果

轴承反力影响系数（k.N/m m）（安装工况）安装状态下轴承

反力

轴承序号单元号轴承变位值（mm）轴承反力（k.N）170.000124.458

214-0.100 2.210

3220.00012.329

426-0.10010.209

537-0.33035.159

645-0.37016.204

图3计算书第页

（）计算结果分析

根据CCS规范的衡准要求，结合计算书显示结果，我们首先分析一下上述计算书是否满足规范要求。

①规范要求轴系各轴系负荷均为正值，即不允许出现轴承脱空现象。根据上述计算书第3页、第5页和第9页的计算结果，我们可以看到冷、热态轴承的反力均为正值，满足要求。

②规范要求白合金艉管轴承的轴承比压不超过

0.5N/m m2，中间轴承的轴承比压不超过0.6N/m m2，齿轮箱轴承的轴承比压冷态不超过1N/mm2，热态不超过2N/mm2。根据上述计算书第3页、第5页的计算结果，我们可以看到白合金艉管轴承的冷态和热态的轴承比压分别为0.334和0.337，中间轴承的冷态和热态的轴承比压分别为0.248和0.195，齿轮箱前轴承的冷态和热态的轴承比压分别为0.124和0.27，齿轮箱后轴承的冷态和热态的轴承比压分别为0.32和0.221，以上均满足规范要求。

③规范要求轴承负荷应不小于相邻两跨距间所有重量总和的20%。根据上述计算书第3页、第5页的计算结果，轴系冷、热态的轴承反力均比它20%轴段重量大，满足要求。

④规范要求螺旋桨轴的附加弯矩应力不超过20 N/m m2，中间轴的附加弯矩应力不超过20N/mm2。根据上述计算书第3页、第5页的计算结果，螺旋桨轴冷、热态的最大弯曲应力均为12.46N/mm2，中间轴冷、热态的最大弯曲应力为3.186和1.951，满足要求。

⑤规范要求艉管后轴承支点处的螺旋桨轴与艉管后轴承的相对转角不超过3.5×10-4ra d，根据上述计算书第3页、第5页的计算结果，艉管后轴承冷、热态处转角分别为3.348×10-4rad和3.232×10-4rad，满足要求。

此校中计算书可以作为该船的轴系校中安装工艺依据。

3．轴系安装

（1）安装前准备

为保证船舶轴系的正确安装，最大程度地减少安装偏误，在轴系校中安装前，船舶必须满足以下要求：

①校中施工前，轴系区域船体的加工及装焊工程应结束，并检验合格。主机、锅炉、发电机组及其它重大设备均已吊装就位；

②校中安装时，船舶应处于正浮状态，用压载水调节船舶的浮态；

③校中安装应避免强阳光照射，要求在阴雨天或夜间进行轴系校中安装和交验；

④校中安装及检验过程中，应停止振动和敲打作业，船上应无重大设备的迁移及压载的变更；

⑤应采取措施防止尾轴前法兰位置在校中过程中变动，但不能影响法兰的自然下沉。

（2）安装步骤

船舶校中的准备工作就绪后，即可按如下步骤进行校中安装：

①将中间轴与尾轴的可拆联轴器联接，并用螺栓固定好，调整中间轴法兰的位置；

②中间轴支撑中间轴承上，慢慢放在临时支撑上，调整临时支撑，并控制中间轴艉法兰与可拆联轴器法兰的开口

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