某大型海事巡邏船超長軸系校中和安裝工藝研究

黃志軍 張福川 杜春城 顏培博 孫振虎

摘? ? 要：大型海事巡邏船通常是集海事巡航、海上執(zhí)法、救助及應急指揮功能于一體的綜合公務類深遠海平臺，是維護國家海洋主權、配合海上維權行動的重要裝備。特殊的使命，對船舶動力裝置系統(tǒng)提出了更高的性能要求。本文針對某大型海事巡邏船超長軸系的結構特點，對軸系中心線校中和安裝工藝的難點和重點進行研究分析，提出船舶超長軸系校中的工藝和安裝施工要點，從而解決超長軸系安裝的施工難題。

關鍵詞：超長軸系;校中工藝;安裝流程;特殊工裝

中圖分類號：U671.91+1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Alignment and Installation Technology of Super-long Shafting

of Large Maritime Patrol Ship

HUANG Zhijun1， ZHANG Fuchuan1， DU Chuncheng2， YAN Peibo3， SUN Zhenhu2

（ 1.Guangdong Maritime Safety Administration， Guangzhou 510260;? 2. CCS Industrial Corporation， Guangzhou 510250;

3. CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.， Guangzhou 510715 ）

Abstract： Large maritime patrol ships are usually comprehensive official far-reaching sea platforms integrating maritime cruise， maritime law enforcement， rescue and emergency command functions， and are important equipment for safeguarding national maritime sovereignty and cooperating with maritime rights protection actions. The special mission puts forward higher performance requirements for marine power plant system. In this paper， according to the structural characteristics of super-long shafting of large maritime patrol ships， through the research and analysis of the difficulties and key problems in the centerline alignment and installation technology of shafting， the alignment technology and installation key points of super-long shafting of the ships are put forward so as to solve the specific construction problems of super-long shafting installation.

Key words： Super-long shafting; Alignment technology; Installation procedure; Special tooling

1? ? ?前言

大型海事巡邏船通常是集海事巡航、海上執(zhí)法、救助及應急指揮功能于一體的綜合公務類深遠海平臺，是維護國家海洋主權、配合海上維權行動的重要裝備。特殊的使命，對船舶動力裝置系統(tǒng)提出了更高的性能要求。

本文介紹的某大型海事巡邏船主要參數(shù)如下：

（1）船舶總長165 m、型寬20.6 m、型深9.5 m、設計吃水6.6m、設計排水量10 700 t;設計航速25 kn;無限航區(qū);續(xù)航力10 000 n mile;自持力90天;定員100人。

（2）推進動力裝置組成：4臺中速柴油機主機，分前后機艙左右對稱布置，總功率33 600 kW;2臺雙機并車減速齒輪箱，雙軸雙調距螺旋槳;推進系統(tǒng)由主機、高速軸、高彈性聯(lián)軸器、減速齒輪箱、中間軸、液壓聯(lián)軸器、尾軸、可調距螺旋槳等組成。

該船的設計和建造，滿足中國船級社《鋼質海船入級規(guī)范》（2018）、中華人民共和國海事局《國際航行海船法定檢驗技術規(guī)則》、《SOLAS》公約及其修正案等規(guī)范、規(guī)則和公約的要求。

2? ? 軸系構成和特點

船舶軸系是船舶動力裝置的重要組成部分，是完成船舶推進的關鍵部件，也是船舶推進裝置安裝中最重要、最復雜的工序之一。為提高推進效率，改善船舶的操縱性能，該船設有兩套可調槳推進裝置，并通過尾軸及中間軸與減速齒輪箱的輸出端相連;減速齒輪箱位于后機艙，后機艙兩臺主機通過高彈性聯(lián)軸器直接與減速齒輪箱連接;前機艙兩臺主機通過高彈性聯(lián)軸器、高速軸及中間軸承（滾動軸承）與后機艙減速齒輪箱相連。軸系構成示意圖，如圖1所示。

該船為中速柴油機推進，四機雙軸驅動調距螺旋槳，機艙設置在中部，因此軸系總長超過60 m;軸系與水平夾角為0.999;尾軸部分設尾軸管，長度16 m，通過人字架和一字架與船體定位安裝;超長軸系造成軸承分布增多，中間軸、尾軸質量超重等施工難點。

3? ? ?軸線校中工藝

根據(jù)該船軸系超長結構的特點，從減速齒輪箱輸出端至調距槳軸線長度達42 m，其中中間軸長18 m。根據(jù)公式：

（1）

式中：d—軸徑（cm）;l—軸承間距（cm）。

綜合考慮軸承負荷分配和回旋振動情況，每套軸系共設置了3道中間軸承（滑動軸承）。

必須指出，這里? ? ? ? ? ? ? ? ? ?的條件是：軸承長度為0.8 d;許用比壓為0.588 MPa;軸承安裝誤差不超過±0.25 mm;軸承附加比壓不超過0.343 4 MPa。

尾軸長度達24 m，同樣設置3道尾軸承，分布在尾軸管內，如圖2所示。雙軸系人字架和一字架定位結構，使軸承負荷分配不會出現(xiàn)問題，但由于尾軸承安裝需在尾軸管內施工，尾軸單根重量超過50 t，這給軸系中心線校中定位和安裝帶來很大的工藝難題。

下面就該船軸線校中工藝進行分析：

軸系理論中心線的確定，通常是總體專業(yè)先確定螺旋槳中心位置并作為后基準測量點，輪機專業(yè)定好主機或減速齒輪箱位置并作為前基準測量點，螺旋槳中心與主機或減速齒輪箱輸出法蘭中心連線就是軸系中心線。該船由于主機數(shù)量多，分布在前后兩個機艙，因此減速齒輪箱位置是軸線校中的重要基準點。實際作業(yè)中采用光學儀器法為主，輔助拉線法比對，進行軸系理論中心線的校對確定。

軸系中心線校中和尾軸安裝流程，如圖3所示。

（1）為了確保軸系安裝精度，準確進行軸系中心線的照光校中是重要的節(jié)點。該船采用一次照光定位、三次照光復核、分步驟控制的方法，開展軸系安裝工作：① 首先，在船舶前、后基準測量點設置光靶，使用激光儀通過照光調整儀器位置，使激光束同時通過兩個光靶的中心點，此光束中心線即為軸系的理論中心線;② 軸系中心線確定后進行第一次照光，確定尾軸托架定位，控制人字架和一字架的安裝精度;③ 第二次照光校核尾軸托架的安裝質量，初步確定中間軸承、尾軸承位置;④ 第三次照光核定中間軸承、尾軸承定位，最終尾軸承澆注環(huán)氧樹脂固定。這種分步驟控制的方法，有效解決了該船軸系構件多和軸承分布多的難點，保證了照光準確和軸系構件的安裝精度;

（2）軸系校中定位過程中，對于超長軸系軸承定位的精度控制非常重要。我們通過制作工裝進行校中工藝改進。該船單軸有3道尾軸承，在照光定位時制作光靶工裝板，將預先機加工好的工裝板安裝在尾軸承座內孔，照光光靶與工裝板一配一并做好記號，直接和軸承一起進入軸承座位，不僅起到施工中保護軸承組件的作用，也簡便了軸系找中的測量路徑，成功地將人工誤差轉變?yōu)闄C械加工誤差，機加工誤差一般只有0.02 mm，提高了定位精度。光靶工裝板制作圖，如圖4所示。

圖4中：ΦA為尾軸承銅套外徑，起定位參考作用;ΦB為尾軸承銅套內徑，要求加工公差為0～0.2 mm;中心光靶要求公差-0.02～0 mm。

4? ? ?軸系安裝

為確保船舶軸系安全正常運轉，軸系除具有足夠的強度和剛度外，在安裝時還應保證有合理的承重位置及狀態(tài)，使軸系各段的應力及各軸承負荷處于合理的范圍內，這主要取決于軸系校中質量的好壞。對于船舶超長軸系的安裝施工，解決了校中定位精度后，軸系構件的安裝會影響軸系的安全運行。

下面探討該船軸系安裝的難點和解決方法，對應的創(chuàng)新工藝措施主要有以下三項：

（1）尾軸管內尾軸承組件的吊運定位和安裝。

采用分體式全封閉結構焊接尾軸管，3道尾軸承必須預先進入尾軸管內才能進行照光定位和安裝。由于尾軸管內空間狹小，尾軸承組件長1.35 m，重量約1 t，無法采用正常方式吊裝。為了解決這一難題，實踐中我們制作滑道移動和可調整吊桿工裝并將其安裝在尾軸管內，利用尾軸承銅套的吊裝工藝孔使尾軸承在尾軸管內滑動，避免了尾軸承在安裝過程中變形或碰傷，并減輕了工人的勞動強度，實現(xiàn)了尾軸承照光的順利定位，如圖5所示。

實際制作的吊運工裝可以結合船臺布置和尾軸管尺寸做相應修改。該船尾軸管共分2段，每段長度8m，留有人孔結構，因此尾軸承組件在尾軸管內吊運距離較長，工裝作用明顯，如圖6所示。

（2）尾軸管內尾軸承組件攻絲加工方法

尾軸承組件吊裝定位不易，其安裝固定螺絲的鉆孔攻牙更加困難，因為尾軸管內施工空間狹小，鉆孔和攻牙設備很難定位和施工，而且鉆孔和攻牙施工時有折斷鉆頭的風險。根據(jù)尾軸管布置總圖，鉆孔中心到鑄鋼件內壁只有60 mm，而鉆頭中心到設備凸臺只有50 mm，實際設備邊緣到尾軸承座鑄鋼件內壁只有5 mm間隙，操作空間極其有限。為了降低攻牙風險，利用第二次復核照光畫出鉆孔中心圓進行預鉆孔后攻牙，然后再增加照光進行軸承定位。攻牙時采用專用鉆孔和鉆孔攻牙一體工裝，解決鉆孔攻牙空間不足的問題。該工裝不僅鉆孔精度高，而且大大提高了施工效率，如圖7所示。

（3）尾軸進軸安裝方案和工藝方法

尾軸長度24 m，重量超過50 t，設有人字架和一字架軸承轂支撐定位，外部有長16 m尾軸管進行保護。這樣的結構給超長超重尾軸的進軸施工帶來嚴重難題，并且船臺環(huán)境空間所限，船體線型的特殊結構使得進軸工作難以展開。為此，只有大膽革新，從技術工藝入手才能根本解決問題，具體施工方法如下：

① 尾軸管結構優(yōu)化調整，改變工藝孔，增加移動吊裝點。實際工作中，多次對尾軸管結構進行修改，結合現(xiàn)場環(huán)境確定工藝孔位置，保證作業(yè)時頂升點可靠有效;

② 采用模塊車承載和機械移動，提供尾軸向前推進動力，并可實現(xiàn)尾軸托舉和進軸角度調整，從而提高進軸效率，減少了施工風險和勞動強度;

③ 制作特制滾輪工裝，解決遠距離進軸支撐及進軸導向基點的分布。根據(jù)尾軸管人孔尺寸和尾軸直徑，設計一套滾輪式進軸輔助工裝，由下向上支撐尾軸重量并提供導向和調節(jié)，增加進軸過程的安全有效性。特殊工裝帶來了良好的作業(yè)效果，為解決超長超重尾軸進軸難題提供了可供借鑒的案例，如圖8所示。

以上所述的軸系中心線校中和軸系安裝方法的改進，是船臺作業(yè)階段軸系安裝的第一步，是后續(xù)中間軸安裝及整個軸系校中的基礎。前期重點和難點問題的良好解決，為整個軸系及動力裝置的安裝作了充分的保證。

5? ? ?結束語

通過對某大型海事巡邏船超長軸系校中和安裝工藝的研究分析，充分解析了船舶超長軸系施工中的各種難題和關鍵節(jié)點。在技術上大膽突破，施工方案合理有效，尤其是結合實踐制作的工裝，既保證了施工精度質量，提高作業(yè)效率，又降低了施工難度和勞動強度，為后續(xù)此類型船舶的建造，尤其是對超長軸系的校中和安裝具有重要的借鑒意義。

參考文獻

[1]中國船級社. 鋼質海船入級規(guī)范（2018）[S].? 北京：人民交通出版社.? ??2018.

[2] 李建光. 船舶及海洋工程動力裝置設計指南[S]. 武漢：華中科技大學出版社.