“探索一號(hào)”科考船的軸系修理校中

孫科 李江 白敬林 姜小亮

摘要：文中主要介紹改裝船舶“探索一號(hào)”科考船的軸系修理校中。在塢檢過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該船艉軸承異常磨損。通過(guò)分析，這是由于船體老化變形、加裝設(shè)備、作業(yè)習(xí)慣等因素，對(duì)原軸系中心線、主機(jī)中心線、舵系中心線、船體基線的相互關(guān)系產(chǎn)生了影響。提出了修理的思路和實(shí)施方案，使問(wèn)題得到了解決。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)軸系;復(fù)合材料軸承;主機(jī)中線;負(fù)荷法;激光測(cè)量

中圖分類號(hào)：TB4? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)識(shí)別碼：B

Abstract： This paper mainly introduces the repair and alignment of? ? ? the refitted research vessel“TAN SUO YI HAO”. During the inspection of the dock， abnormal wear of bearings was found .The influence of factors such as aging and deformation of hull， installation of equipment and working habits on the relationship between original shafting centerline， main engine centerline， rudder centerline and hull baseline is analyzed and introduced. The repair ideas and implementation plan were put forward， and the problem has been solved.

Key words： Long shafting; Composite bearing; Main engine centerline;?Load test; Laser measurement

1 前言

“探索一號(hào)”原為“海洋石油299”多功能作業(yè)船，動(dòng)力系統(tǒng)為四機(jī)、雙軸、雙槳、長(zhǎng)軸系動(dòng)力裝置，而且軸系設(shè)計(jì)比較特殊。其主機(jī)輸出端到前齒輪箱是由中鼓型齒式聯(lián)軸器連接中間軸的，中間軸到后齒輪箱，再由后齒輪尾軸到螺旋槳。因而從尾軸到螺旋槳有三段軸結(jié)構(gòu)性軸承支承，結(jié)構(gòu)比一般船舶軸系復(fù)雜。該輪在2016年在文沖修船廠第一期改造為具備DP2動(dòng)力定位能力的綜合科考船;再分別通過(guò)2017年、2019年兩次升級(jí)改選，成為一艘具有世界先進(jìn)水平的深?？瓶寄复?。

2016年底進(jìn)廠改造時(shí)，塢檢發(fā)現(xiàn)左右雙軸軸線異常偏差。根據(jù)判斷，造成異常偏差的原因可以排除尾軸強(qiáng)度疲勞變形和軸承本身材質(zhì)缺陷因素。原軸系中線發(fā)生了變化的原因，是由于船舶改裝、設(shè)備變化、船舶用途變化等因素。針對(duì)測(cè)量的結(jié)果，充分考慮船舶技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性、高效性，最后采取了綜合性的解決方案，達(dá)到預(yù)期效果。

2 軸系修復(fù)可選方案情況

（1）第一種情況

根據(jù)常規(guī)修船方法，以主機(jī)曲軸中心線為基準(zhǔn)，按原設(shè)計(jì)圖紙的軸線模擬布置軸線，參照規(guī)范檢查船體基線和舵中心線的關(guān)系。如果模擬軸線達(dá)到規(guī)范要求，則通過(guò)檢查在此模擬軸系中心線上各軸承中心線是否重合來(lái)調(diào)整各個(gè)軸承;

（2）第二種情況

測(cè)量各個(gè)軸承中心線的數(shù)據(jù)若滿足規(guī)范要求，則以各個(gè)軸承中心線為模擬軸系中心線，檢查和船體基線、舵系中心線的關(guān)系是否符合規(guī)范要求，并通過(guò)調(diào)整主機(jī)曲軸中心線來(lái)達(dá)到預(yù)期，即移動(dòng)主機(jī)。這種情況主要針對(duì)小船，其主機(jī)較小、調(diào)整簡(jiǎn)單。

（3）第三種情況

船舶出現(xiàn)海損，軸系中心線被破壞，單從主機(jī)曲軸中心線為基礎(chǔ)受部件尺寸極限無(wú)法達(dá)到調(diào)整要求;單從軸承中心線為基礎(chǔ)也無(wú)法達(dá)到調(diào)整要求，因而需要雙方面都進(jìn)行調(diào)整;

（4）第四種情況

本船軸系結(jié)構(gòu)特殊，加上軸線測(cè)量數(shù)據(jù)偏差超標(biāo)，故采用單一方法難解決問(wèn)題，需要綜合采取多種方法并用，分三個(gè)單元處理，即兩臺(tái)主機(jī)共用齒輪箱單元、中間軸單元、尾軸單元。

3 軸系數(shù)據(jù)測(cè)量和分析

3.1 左尾軸、尾軸承和尾管測(cè)量數(shù)據(jù)

（1）左尾軸、尾軸軸承的工作位，第一、二、三軸承測(cè)量數(shù)據(jù)正常，尾軸跳動(dòng)在正常規(guī)范內(nèi);第一、二軸承測(cè)量正常，第三軸承磨損超標(biāo)，并且出現(xiàn)偏磨，需要進(jìn)行更換;第一、二、三軸承內(nèi)孔精度超差，判斷是因?yàn)檩S承為合成材料，先安裝再鏜孔，工藝上對(duì)內(nèi)徑精度的要求不高的結(jié)果;

（2）前尾軸承后端和后尾軸承后端倒角太大，而且內(nèi)孔下部磨損明顯，無(wú)法獲得精確測(cè)量數(shù)據(jù)。只能通過(guò)壁厚的比較，舊的軸承中心出現(xiàn)偏心，可能是軸承內(nèi)孔發(fā)生了磨損，也可能軸承內(nèi)孔是現(xiàn)場(chǎng)鏜孔，而不是在車床精加工好再進(jìn)行安裝的;

（3）軸承的壁厚測(cè)量，單邊厚度只有24mm，基本接近大多數(shù)材料極限厚度，這對(duì)后序的軸系校中和軸承的機(jī)加工有很大影響。

3.2 右尾軸、尾軸承和尾管測(cè)量數(shù)據(jù)

右尾軸系的測(cè)量情況和左軸的數(shù)據(jù)相近。說(shuō)明船舶航行作業(yè)基本上都是雙車并行而且一致;同時(shí)也說(shuō)明船體尾部結(jié)構(gòu)為整體性變化，沒(méi)有局部變形，船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠。

3.3中間軸平軸法測(cè)量數(shù)據(jù)

左、右軸的偏移值、曲折值測(cè)量方法，如圖1所示：

左、右中間軸，由前、后齒輪箱和三條中軸組成?？紤]尾軸受尾軸承的限制可調(diào)整量不多，但左、右軸的平軸法測(cè)量數(shù)據(jù)，如按CB/T3420-1992船舶軸系修理裝配技術(shù)要求和原船圖紙技術(shù)參數(shù)要求，根本無(wú)法做到，故只能考慮綜合性全面折中取中，值校正中間軸部分。

3.4主機(jī)輸出端與主機(jī)齒輪箱前法蘭中線測(cè)量數(shù)據(jù)

采用法蘭同軸度測(cè)量方法，測(cè)量主機(jī)輸出端與主機(jī)齒輪箱的狀況，數(shù)據(jù)顯示都超出規(guī)范要求，需要進(jìn)行法蘭對(duì)中調(diào)整，使其達(dá)要到求。

3.5尾軸系激光檢查報(bào)告數(shù)據(jù)

左、右尾軸的激光測(cè)量報(bào)告中的數(shù)據(jù)趨勢(shì)一致，但各個(gè)軸承孔的軸線偏離超差嚴(yán)重，而且不具線性規(guī)律，基本是離散的點(diǎn)。由于對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的長(zhǎng)軸系的調(diào)整綜合考慮的因素很多，如有某個(gè)配件或配合參數(shù)沒(méi)考慮到，實(shí)施起來(lái)就會(huì)無(wú)法向下推進(jìn)。

3.6 導(dǎo)流罩與尾軸管中心線偏差量數(shù)據(jù)

左、右螺旋槳直徑都為4000mm，左軸中心偏差15mm，屬于正常規(guī)范內(nèi);右軸偏差超過(guò)35mm，需要修復(fù);由于導(dǎo)流罩距離第三軸承很近，結(jié)構(gòu)性支撐調(diào)整有限，必須對(duì)軸承厚度進(jìn)行補(bǔ)償。

從左、右尾軸的工作位、尾軸的形位尺寸來(lái)看，尾軸本身沒(méi)有問(wèn)題;尾軸承第三段測(cè)量數(shù)據(jù)顯示尾軸配合超標(biāo)，主要是超磨損所致;其他尾軸承、尾管的測(cè)量數(shù)據(jù)表明，這些部件單獨(dú)是符合要求的;從部件本身數(shù)據(jù)來(lái)看，之前船舶營(yíng)運(yùn)是屬正常損耗，但從軸系中心線來(lái)看，其采用平軸法和激光測(cè)量法測(cè)量的數(shù)據(jù)情況一致，都嚴(yán)重偏離原來(lái)軸系中心線設(shè)計(jì)參數(shù)，這從整體來(lái)說(shuō)應(yīng)該是改裝過(guò)程中船體基礎(chǔ)發(fā)生變形造成軸線的變化。因此，對(duì)超長(zhǎng)軸系的船舶進(jìn)行改裝或加裝設(shè)備時(shí)，一定要在完工后進(jìn)行軸系中線的測(cè)量檢查，否則會(huì)因?yàn)檩S系中線變化造成重大損失或事故。

4 最優(yōu)組合修復(fù)方案

4.1左軸調(diào)整方案

通過(guò)上述整體測(cè)量情況的分析和尾軸激光檢測(cè)報(bào)告，以及中間軸通過(guò)平軸法和負(fù)荷法校核，結(jié)合船舶軸系修理裝配技術(shù)要求和原船軸系圖紙技術(shù)要求，左（右）尾軸中心線的調(diào)整方案如下：

（1）尾軸中心線的確定

在滿足CB/T3420-1992船舶軸系修理裝配技術(shù)要求和原船軸系圖紙的情況下，以最后的中間軸后端軸中線為基準(zhǔn)向后修正，其調(diào)整趨勢(shì)如圖2所示：

（2）垂直方向的調(diào)整

該調(diào)整考慮到尾軸與尾軸管軸承間隙約為1mm，尾軸中心在塢里會(huì)因重力作用相應(yīng)地降低0.5mm。后齒輪箱與尾軸的位置關(guān)系按原船軸系安裝圖的要求，如圖3所示：

通過(guò)對(duì)各個(gè)部件垂直方向測(cè)量數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，受到部件形位尺寸極限要求的限制，無(wú)法把偏差累積調(diào)整到一個(gè)部件上進(jìn)行，故分別對(duì)后齒輪箱、第一道尾軸管、第二道尾軸管、第三道尾軸管都進(jìn)行合理的調(diào)整。

（3）水平方向的調(diào)整

通過(guò)對(duì)各個(gè)部件水平方向測(cè)量數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，受到部件形位尺寸極限要求的限制，無(wú)法把偏差累積調(diào)整到一個(gè)部件上進(jìn)行，故分別對(duì)后齒輪箱、第一道尾軸管、第二道尾軸管、第三道尾軸管都進(jìn)行合理的調(diào)整。

通過(guò)全盤的建模計(jì)算，最終得出按表1數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整是最為合理及經(jīng)濟(jì)的，同時(shí)也是最可以保證質(zhì)量的。

調(diào)整示意圖，如圖4所示。

（4）相關(guān)零部件尺寸極限調(diào)整

經(jīng)查原船圖紙，第一道尾軸管尾軸直徑 360mm、內(nèi)徑 412.4mm、外徑 650mm、槽深度20mm、殼體最薄處610mm、殼壁最薄處98.82mm。根據(jù)上述數(shù)據(jù)。調(diào)整實(shí)施如下：

（A）第一道尾軸管孔鏜孔

尾軸管孔中心線最大偏上4.88mm、偏左1.92mm，即最大鏜孔偏心量為5.24mm、內(nèi)徑增大為422.88mm、壁厚最大鏜削量為10.48mm左右、最薄壁厚為88.33 mm，滿足CB/T3418-92的要求;

（B）第二道尾軸管孔

尾軸承偏心加工處理以外徑為基準(zhǔn)，尾軸承前端的內(nèi)孔中心抬高2.21+安裝間隙的一半，偏左1.92mm;后端的內(nèi)孔中心抬高0.03+安裝間隙的一半，偏左2.35mm。按此偏心值精加工內(nèi)外孔;

（C）第三道尾軸管孔（美人架）

尾軸承偏心加工處理以外徑為基準(zhǔn)，尾軸承前端的內(nèi)孔中心抬高安裝間隙的一半，偏右2mm;后端的內(nèi)孔中心降低13.73-安裝間隙的一半，左右不變。按此偏心值精加工內(nèi)外孔;

（D）調(diào)整后齒輪箱中心

尾軸承、尾軸等安裝好后，在浮船狀態(tài)下以尾軸法蘭用平軸法調(diào)整后齒輪箱中心線（按原船軸系安裝圖的要求），如圖5所示.在環(huán)境溫度10℃時(shí)，尾軸中心線比齒輪箱輸出軸的中心線高0.25mm、偏右0.125mm;

（E）復(fù)校中間軸中心線

當(dāng)調(diào)整尾軸中心線時(shí)后齒輪箱的位置會(huì)發(fā)生變化，可把全部中間軸視為同心進(jìn)行調(diào)整，并與前后齒輪箱輸出軸和輸入軸偏移值為0連接，由此會(huì)出現(xiàn)如圖6所示的曲折值：

（a）前齒輪箱與中間軸的中線狀態(tài)：調(diào)整后的上下方向曲折值約為0.44mm/m（上開(kāi)口）、左右方向曲折值約為-0.60mm/m（左開(kāi)口），符合CB/T3420-1992船舶軸系修理裝配技術(shù)要求中曲折值≤2mm/m的要求。偏移值的調(diào)整（見(jiàn)原船軸系安裝圖的要求），如圖7所示：

（b）中間軸與后齒輪箱的中線狀態(tài)：調(diào)整后的上下方向曲折值約為-0.17mm/m（下開(kāi)口）、左右方向曲折值約為-0.02mm/m（左開(kāi)口），將最大的曲折值0.17mm/m轉(zhuǎn)化為角度值為0.014?，也符合原船軸系安裝要求的0.4?—0.5?;偏移值的調(diào)整（見(jiàn)原船軸系安裝圖的要求），如圖8所示：

（F）其他零部件的調(diào)整。

對(duì)前、后尾軸封的零部件安裝與校核后，中心線的同心要求偏離情況進(jìn)行調(diào)整。如：受形位尺寸的極限影響，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行機(jī)加工或更換。

軸系調(diào)整工作完成后，頂舉法測(cè)量軸系負(fù)荷，校核各軸承和尾軸管前軸承的負(fù)荷。軸承負(fù)荷的計(jì)算，參考CB/Z 338-2005 船舶推進(jìn)軸系校中規(guī)定：

（A）軸承材料的許用比壓一般應(yīng)不超過(guò)下列允許值：白合金尾管軸承，0.8 MPa;復(fù)合材料尾管軸承，最大為0.3 MPa;中間軸承，0.6 MPa;

（B）中間軸承采用頂舉負(fù)荷法校核，計(jì)算公式如下：

定義壓力：P=（Pa+Pb）/2

實(shí)際負(fù)荷：F=0.1KSP

式中：s為千斤頂柱塞機(jī)面積，mm2;P為油壓，Pa、Pb分別對(duì)應(yīng)上升和下升頂舉曲線的坐標(biāo);

（C）根據(jù)頂舉法測(cè)量計(jì)算出各軸承的負(fù)荷，可通過(guò)加、減軸承墊片的方法來(lái)盡可能使軸承的最小負(fù)荷不低于該軸承所支承的軸的重量的20%，最大負(fù)荷不大于按軸承材料許用比壓及按軸承結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算的負(fù)荷;

（D）檢查螺旋槳與導(dǎo)流罩內(nèi)孔之間的間隙，其偏離度不大于螺旋槳與導(dǎo)流罩間隙的四分之一;

（E）尾軸管密封件壓油試驗(yàn)，不允許有泄漏現(xiàn)象。;

（F）系泊試驗(yàn)完成后，用頂舉法測(cè)量各中間軸承和尾軸管前軸承的負(fù)荷，應(yīng)符合上述要求，誤差不超過(guò)±20%。

5 小結(jié)

該輪軸系修理完成后一直運(yùn)營(yíng)正常，在各種海況下完成了各項(xiàng)科考任務(wù)，一直到第二次再升級(jí)進(jìn)塢測(cè)量檢查，軸系狀態(tài)都正常良好。長(zhǎng)軸系的船舶在有改裝、加裝設(shè)備過(guò)程中，會(huì)由于各種原因使軸系中心線發(fā)生變化，影響到船舶動(dòng)力推進(jìn)或航行安全，所以一定要引起高度重視;同時(shí)，在修復(fù)和校正軸系中心線的過(guò)程，由于軸系已經(jīng)設(shè)計(jì)、建造、安裝完成，并投入了運(yùn)營(yíng)，所有結(jié)構(gòu)和零部件都相互關(guān)聯(lián)和制約，所以在解決問(wèn)題時(shí)采用單一的方法往往是不能解決問(wèn)題的，需要多方面綜合考慮各種因素，采用多種方法，確保質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性及符合規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)：

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