有縱傾角和外偏斜角舵槳機傳動裝置的校中安裝工藝

王志珍， 張潮宏

(1.廣東省職業(yè)技術(shù)教研室， 廣東 廣州 510115；2.中交四航局江門航通船業(yè)有限公司， 廣東 江門 529145)

0 引 言

舵槳機推進的突出特點是操縱性能好，螺旋槳可繞垂直軸作360°回轉(zhuǎn)。特別是采用雙機的船舶，更能顯示其優(yōu)越性，其可以使船舶原地回轉(zhuǎn)、緊急停止、急速轉(zhuǎn)彎、快速進退、橫向移動以及微速航行等。因此，舵槳機在港內(nèi)作業(yè)船和航行于狹窄航道的小型運輸船上得到廣泛應用[1]。

對于某些具有雙軸系的船舶，為了使螺旋槳槳葉邊緣距離船外板有一定空隙，或出于機槳布置需要，容許軸線在縱向有一個傾角，在水平投影上離開船舶中線面向外或向內(nèi)偏斜一個角度。

中交四航局江門航通船業(yè)有限公司首次建造大型開體泥駁，該開體泥駁的舵槳機舵線縱傾3°、外偏斜5°。實船舵槳機的安裝、軸系的校中和主機的合理布置精度要求高、工藝復雜，是該船建造的一個難題，有必要對其進行研究詳述以供參考。

1 實船軸系布置及舵槳機安裝工藝方法分析

某實船參數(shù)：總長97.01 m，型寬18 m，型深6.1 m，設(shè)計滿載吃水5.4 m，泥艙容積3 015 m3，最大開啟2×20°,航速(100% MCR)11.8 kn，采用雙機、雙舵槳推進，其軸系布置如圖1所示。

圖1 某實船開體泥駁軸系布置

實船左、右半體各設(shè)有1臺主機，對稱布置，主機額定功率為1 765 kW，825 r/min。主機通過高彈性聯(lián)軸器、中間軸、萬向軸、舵槳機進行推進，舵槳機舵線縱傾3°、外偏斜5°。實船舵槳機安裝的難點在于舵槳機基座的定位和安裝。

舵槳機基座的安裝要求是向船尾縱傾的同時還須向船外偏斜，其定位安裝方法如下：第一種方法是將舵槳機基座安裝法蘭厚度、O型密封圈槽在車間按要求尺寸加工到位，直接吊至船體結(jié)構(gòu)上進行定位焊裝，通過精確控制焊接變形量使其達到要求；第二種方法是將舵槳機基座的安裝法蘭厚度留有裕量，將舵槳機基座吊到船體結(jié)構(gòu)上定位焊裝，通過適當控制焊接變形量，待其安裝完畢后，再現(xiàn)場加工基座法蘭平面，并加工O型密封圈槽到規(guī)定的尺寸。

方法一精確控制焊接變形難度大，一旦變形超標，后續(xù)打磨以及采取反變形矯正難度大、時間長、勞動強度大；方法二易控制精度、勞動強度小，但需要準備現(xiàn)場加工基座法蘭平面和O型密封槽的銑削機。因此，實船決定采用第二種方法。

2 實船舵槳機安裝及軸系和主機校中安裝工藝具體實施

2.1 舵槳機基座的安裝工藝

舵槳機基座在車間整體制作，安裝面板法蘭厚度預留5 mm加工裕量，基座定位后直接焊裝至船體結(jié)構(gòu)上，安裝工藝如下：

(1) 拉軸線、舵線和舵槳機基座中心線

根據(jù)軸系布置圖，通過理論計算確定基準點坐標，用拉線法[2]拉出舵槳機輸入軸中心線、舵槳軸中心線、舵槳機基座法蘭中心線，如圖2所示。

圖2 舵槳機軸線、舵線和基座中心線拉線圖

圖2為左半體機，右半體機對稱布置。根據(jù)軸系布置圖，已知：O點坐標為x=FR 0 ；距舯y=5 250；距基線z=4 535；舵槳機舵線縱傾3°；外偏斜5°。計算各基準點坐標如下：

基準點1坐標：x=FR 4；距舯y=5 250；距基線z=4 535-2 400 tg3°=4 409。

基準點2坐標：x=FR -5；距舯y=5 250；距基線z=4 535+3 000 tg3°=4 692。

基準點3坐標：x=FR 0+500 sin3°=FR 0+26.2；距舯y=5 250-500 sin3°tg5°=5 247.7；距基線z=4 535+500 cos3°=5 034.3。

基準點4坐標：x=FR 0-4 535 tg3°=FR 0-237.7；距舯y=5 250+4 535 tg3°tg5°=5 270.8；距基線z=0。

基準點5坐標：x=FR 0+500sin3°+400=FR 0+426.2；距舯y=5 250-500 sin3°tg5°=5 247.7；距基線z=4 535+500 cos3°-400tg3°=5 013.3。

基準點6坐標：x=FR 0-4 535tg3°+400=FR 0+162.3；距舯y=5 250+4 535tg3°tg5°=5 270.8；距基線z=0。

(2) 舵槳機基座的定位與安裝

舵槳機基座在車間制作完畢后，在法蘭面上劃十字線，確定前、后、內(nèi)、外等4點，分別定為A、B、E、F，計算A、B、E、F等4點坐標，將舵槳機基座吊上船，按計算好的A、B、E、F等4點坐標定位并焊裝。舵槳機基座前、后、內(nèi)、外定位坐標如圖3所示。焊接時要求2名焊工同時進行，由船內(nèi)、外側(cè)到船首、尾側(cè)對稱作業(yè)，盡量減少變形量。

圖3 舵槳機基座前、后、內(nèi)、外定位坐標圖

根據(jù)軸系布置，舵槳機基座安裝、精加工完畢后，其上平面A、B兩點距軸線距離為555 mm(見圖1)。由于實船舵槳機基座制作時法蘭厚度預留5 mm加工裕量，因此，舵槳機基座A、B、E、F在定位安裝時，距軸線距離應按550 mm計算(見圖3)。

已知O點坐標，可計算C點坐標：

x=FR 0+(400-550sin3°)=FR 0+371.2；y=5 250+550sin5°=5 297.9；z=4 535-400sin3°-(550-550tg3°sin3°-550tg5°sin5°)=3 969.8。

A點坐標：

x=FR 0+371.2+1 850cos3°=FR 0+2 218.7；y=5 297.9;z=3 969.8-1 850sin3°=3 873。

B點坐標：

x=FR 0+371.2-1 850cos3°=FR 0-1 476.3；y=5 297.9；z=3 969.8+1 850sin3°=4 066.6。

E點坐標：

x=FR 0+371.2；y=5 297.9-1 850cos5°=3 454.9；z=3 969.8-1 850sin5°=3 808.6。

F點坐標：

x=FR 0+371.2；y=5 297.9+1 850cos5°=7 140.9；z=3 969.8+1 850sin5°=4 131。

(3) 加工舵槳機基座法蘭平面和O型密封圈槽

舵槳機基座焊裝完畢后，重新按圖2所示拉出舵槳機基座法蘭中心線，并按圖紙尺寸在基座內(nèi)側(cè)劃出舵槳機法蘭安裝平面圓，并在平面圓下方50 mm處劃出檢驗圓，打樣沖眼做好標記。加工圓和檢驗圓劃好后，可用專用的加工平面和O型槽的銑削機(見圖4)加工舵槳機基座平面和O型密封圈槽，要求加工完畢后舵槳機基座平面度≤0.15 mm、粗糙度為5。

圖4 舵槳機基座專用銑削機

2.2 舵槳機的吊裝工藝

(1) 制作安裝專用工具

從圖1可知，本船推進系統(tǒng)由主機、高彈性聯(lián)軸器、傳動軸(中間軸、萬向軸)、舵槳機等組成。由于中間軸和舵槳機的輸入軸有3°夾角，且采用萬向軸連接，為了使軸系校中安裝具有可操作性，必須制作1對指針，如圖5所示。指針總長度應與萬向軸半長一致，對中時要求1對指針兩指尖跳動上下<1 mm，左右<2 mm[3]。

圖5 指針

(2) 舵槳機的定位和安裝

舵槳機的吊裝可按照供應商提供的安裝說明書進行，但如何判斷舵槳機是否已安裝到位是實船安裝的關(guān)鍵。本船的做法是在舵槳機吊裝基本到位后，將預制好的指針安裝在舵槳機輸入軸法蘭上，如圖6所示。吊裝前根據(jù)軸系布置圖計算指針端點H點的坐標：x=FR 0+1 903cos3°=FR 0+1 900.4,y=5 250,z=4 535-1 903sin3°=4 435.4。舵槳機吊裝上船后，根據(jù)指針端點H點的坐標調(diào)整舵槳機位置；舵槳機調(diào)整到位后，可進行鉆孔并按安裝說明書要求的力矩擰緊緊固螺栓；最后封裝舵槳機底板，安裝導流管、螺旋槳。

圖6 舵槳機本體的定位和安裝

2.3 軸系和主機的校中安裝工藝

考慮到船舶下水后船體變形對軸系中心線的影響，軸系校中在船舶下水后進行，軸系校中采用平軸法[4]。以已安裝好的舵槳機輸入軸為基準，通過調(diào)整中間軸承的高低及左右位置求得中間軸位置；再以中間軸為基準求得主機的位置，求取主機位置時須測量主機飛輪與中間軸輸入端法蘭之間的偏移和曲折值，此值必須在規(guī)定的范圍內(nèi)。軸系校中工藝如下：

(1) 軸系校中條件

實船主機和中間軸承采用鋼墊片安裝，軸系校中時應具備的條件有：船舶上層建筑和甲板室已安裝，船舶已下水1周以上，主機基座、中間軸承基座固定焊接完畢，固定墊片下平面與基座已打磨焊固，上平面已拂磨結(jié)束，主機、中間軸已吊運上船并經(jīng)初步校中，其他重大設(shè)備必須吊裝到位，船舶應無集中負荷遷移，船舶排水量應不小于空載排水量的85%，各水艙壓載均勻，校中最好在夜間或陰天進行，校中時應停止敲打、沖擊等振動作業(yè)。

(2) 中間軸的校中和安裝

中間軸校中應以已安裝好的舵槳機為基準，分別在舵槳機輸入端法蘭和中間軸輸出端法蘭處安裝對中用指針，調(diào)整中間軸承前后、左右、高低位置確定中間軸位置，校中時應使對中指針的兩指尖上下跳動<1 mm、左右跳動<2 mm。

由于本船中間軸較短，兩端法蘭距中間軸承300 mm，根據(jù)材料力學[5]有關(guān)知識計算，其兩端法蘭的下垂量為0.007 mm,可忽略不計。如果連接法蘭端面距中間軸承中心的距離大于0.22L(L為中間軸長)，校中時還需考慮中間軸和連接法蘭的下垂量。

中間軸校中定位好后即可配調(diào)整墊片、固定螺栓并安裝固定中間軸承。

(3) 主機的校中和安裝

在運轉(zhuǎn)過程中柴油機軸承受熱膨脹升高值通常大于中間軸承，因此在主機安裝時要有意降低該升高增量，使主機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后曲軸中心線與軸系中心線一致。當制造廠沒有提供該膨脹升高值時，主機軸承、中間軸承升高量可按下式[6]計算：

ΔH=α·ΔT·H

(1)

式中：ΔH為軸承升高量，mm；α為材料的膨脹系數(shù)，對于焊接的鋼結(jié)構(gòu)取1.17×10-5,對于鑄鐵取0.9×10-5～1.1×10-5，1/℃；ΔT為溫度差，一般可取20～30 ℃；H為機座底部面板到軸承中心線距離，mm。

經(jīng)計算，本船主機軸承升高量ΔH主機=0.10 mm，中間軸承升高量ΔH中間軸承=0.05 mm。因此，在安裝時，主機曲軸中心線應比中間軸中心線降低0.10 mm-0.05 mm=0.05 mm。在校中時，應以校中好的中間軸輸入端法蘭為基準，使中間軸輸入端法蘭與主機飛輪之間預留高彈性聯(lián)軸器總長L(L為1.0 mm),用兩只百分表分別測量徑向及角向偏差，調(diào)整主機左右、高低位置，其偏移值應滿足δ≤±0.10 mm,曲折值應滿足φ≤±D×10-4[7](D為被測法蘭外徑，mm)。

主機校中定位好后即可配調(diào)整墊片、固定螺栓并安裝固定主機。

(4) 高彈性聯(lián)軸器的校中和安裝

主機和中間軸定位安裝好后，將不帶調(diào)整環(huán)的高彈性聯(lián)軸器整體吊裝入已對中好的開檔中，按要求的扭距值先緊固飛輪連接盤與飛輪的連接螺栓，完成高彈性聯(lián)軸器與柴油機的連接。高彈性聯(lián)軸器與中間軸輸入法蘭之間的調(diào)整環(huán)厚度應經(jīng)實測后進行修磨，調(diào)整環(huán)的厚度=(H上+H下)/2。以中間軸輸入法蘭為基準，調(diào)整高彈性聯(lián)軸器輸出法蘭的高低及左右位置，其偏移值應滿足δ≤±0.10 mm,曲折值應滿足φ≤±D×10-4(D為被測法蘭外徑，mm) 。調(diào)整完畢后將其固定并實測兩法蘭上、下和左、右4處的間距，修磨調(diào)整環(huán)，插入修磨好的調(diào)整環(huán)，按要求裝入螺栓，預緊固并用百分表測量高彈性聯(lián)軸器輸出法蘭外圓與柴油機主軸中心的跳動，其值≯0.1 mm[8]，否則，須重復上述方法，直到滿足要求為止。然后，按要求的扭矩值緊固高彈輸出端連接螺栓，完成高彈性聯(lián)軸器的安裝。最后按要求安裝隔艙密封填料裝置，萬向軸與軸系校中安裝完畢。

3 結(jié) 語

(1) 對于具有縱傾角和外偏斜角的舵槳機推進系統(tǒng)，通過理論計算舵槳機基座法蘭面前后、內(nèi)、外等4個定位坐標，通過拉軸線、舵槳軸心線、舵槳基座中心線定位安裝舵槳機基座，并現(xiàn)場加工舵槳機基座法蘭平面，可操作性強，安裝質(zhì)量有保證。

(2) 軸系校中是通過1對指針代替萬向軸校中安裝舵槳機、中間軸，再以中間軸為基準校中安裝主機的工藝，校中安裝精度高，經(jīng)實踐證實安裝質(zhì)量可靠。

(3) 軸系校中安裝工藝將直接影響到軸系安裝質(zhì)量的好壞以及主機和軸系運轉(zhuǎn)的可靠性和持久性，同時也對造船周期有一定影響，因此采用合適的校中工藝具有重要意義。

研究成果正在推廣應用于類似船舶具有縱傾斜角和外偏斜角的舵槳機及其軸系和主機的校中安裝中。