某大型海事巡邏船超長(zhǎng)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(yīng)急指揮功能于一體的綜合公務(wù)類(lèi)深遠(yuǎn)海平臺(tái)，是維護(hù)國(guó)家海洋主權(quán)、配合海上維權(quán)行動(dòng)的重要裝備。特殊的使命，對(duì)船舶動(dòng)力裝置系統(tǒng)提出了更高的性能要求。本文針對(duì)某大型海事巡邏船超長(zhǎng)軸系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)軸系中心線校中和安裝工藝的難點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)行研究分析，提出船舶超長(zhǎng)軸系校中的工藝和安裝施工要點(diǎn)，從而解決超長(zhǎng)軸系安裝的施工難題。

關(guān)鍵詞：超長(zhǎng)軸系;校中工藝;安裝流程;特殊工裝

中圖分類(lèi)號(hào)：U671.91+1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(yīng)急指揮功能于一體的綜合公務(wù)類(lèi)深遠(yuǎn)海平臺(tái)，是維護(hù)國(guó)家海洋主權(quán)、配合海上維權(quán)行動(dòng)的重要裝備。特殊的使命，對(duì)船舶動(dòng)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(zhǎng)165 m、型寬20.6 m、型深9.5 m、設(shè)計(jì)吃水6.6m、設(shè)計(jì)排水量10 700 t;設(shè)計(jì)航速25 kn;無(wú)限航區(qū);續(xù)航力10 000 n mile;自持力90天;定員100人。

（2）推進(jìn)動(dòng)力裝置組成：4臺(tái)中速柴油機(jī)主機(jī)，分前后機(jī)艙左右對(duì)稱(chēng)布置，總功率33 600 kW;2臺(tái)雙機(jī)并車(chē)減速齒輪箱，雙軸雙調(diào)距螺旋槳;推進(jìn)系統(tǒng)由主機(jī)、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(diào)距螺旋槳等組成。

該船的設(shè)計(jì)和建造，滿(mǎn)足中國(guó)船級(jí)社《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》（2018）、中華人民共和國(guó)海事局《國(guó)際航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)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(gòu)成和特點(diǎn)

船舶軸系是船舶動(dòng)力裝置的重要組成部分，是完成船舶推進(jìn)的關(guān)鍵部件，也是船舶推進(jìn)裝置安裝中最重要、最復(fù)雜的工序之一。為提高推進(jìn)效率，改善船舶的操縱性能，該船設(shè)有兩套可調(diào)槳推進(jìn)裝置，并通過(guò)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(jī)艙，后機(jī)艙兩臺(tái)主機(jī)通過(guò)高彈性聯(lián)軸器直接與減速齒輪箱連接;前機(jī)艙兩臺(tái)主機(jī)通過(guò)高彈性聯(lián)軸器、高速軸及中間軸承（滾動(dòng)軸承）與后機(jī)艙減速齒輪箱相連。軸系構(gòu)成示意圖，如圖1所示。

該船為中速柴油機(jī)推進(jìn)，四機(jī)雙軸驅(qū)動(dòng)調(diào)距螺旋槳，機(jī)艙設(shè)置在中部，因此軸系總長(zhǎng)超過(guò)60 m;軸系與水平夾角為0.999;尾軸部分設(shè)尾軸管，長(zhǎng)度16 m，通過(guò)人字架和一字架與船體定位安裝;超長(zhǎng)軸系造成軸承分布增多，中間軸、尾軸質(zhì)量超重等施工難點(diǎn)。

3? ? ?軸線校中工藝

根據(jù)該船軸系超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，從減速齒輪箱輸出端至調(diào)距槳軸線長(zhǎng)度達(dá)42 m，其中中間軸長(zhǎng)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(fù)荷分配和回旋振動(dòng)情況，每套軸系共設(shè)置了3道中間軸承（滑動(dòng)軸承）。

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

尾軸長(zhǎng)度達(dá)24 m，同樣設(shè)置3道尾軸承，分布在尾軸管內(nèi)，如圖2所示。雙軸系人字架和一字架定位結(jié)構(gòu)，使軸承負(fù)荷分配不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但由于尾軸承安裝需在尾軸管內(nèi)施工，尾軸單根重量超過(guò)50 t，這給軸系中心線校中定位和安裝帶來(lái)很大的工藝難題。

下面就該船軸線校中工藝進(jìn)行分析：

軸系理論中心線的確定，通常是總體專(zhuān)業(yè)先確定螺旋槳中心位置并作為后基準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)，輪機(jī)專(zhuān)業(yè)定好主機(jī)或減速齒輪箱位置并作為前基準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)，螺旋槳中心與主機(jī)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(jī)數(shù)量多，分布在前后兩個(gè)機(jī)艙，因此減速齒輪箱位置是軸線校中的重要基準(zhǔn)點(diǎn)。實(shí)際作業(yè)中采用光學(xué)儀器法為主，輔助拉線法比對(duì)，進(jìn)行軸系理論中心線的校對(duì)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(zhǔn)確進(jìn)行軸系中心線的照光校中是重要的節(jié)點(diǎn)。該船采用一次照光定位、三次照光復(fù)核、分步驟控制的方法，開(kāi)展軸系安裝工作：① 首先，在船舶前、后基準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)設(shè)置光靶，使用激光儀通過(guò)照光調(diào)整儀器位置，使激光束同時(shí)通過(guò)兩個(gè)光靶的中心點(diǎn)，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(jìn)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(zhì)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(shù)脂固定。這種分步驟控制的方法，有效解決了該船軸系構(gòu)件多和軸承分布多的難點(diǎn)，保證了照光準(zhǔn)確和軸系構(gòu)件的安裝精度;

（2）軸系校中定位過(guò)程中，對(duì)于超長(zhǎng)軸系軸承定位的精度控制非常重要。我們通過(guò)制作工裝進(jìn)行校中工藝改進(jìn)。該船單軸有3道尾軸承，在照光定位時(shí)制作光靶工裝板，將預(yù)先機(jī)加工好的工裝板安裝在尾軸承座內(nèi)孔，照光光靶與工裝板一配一并做好記號(hào)，直接和軸承一起進(jìn)入軸承座位，不僅起到施工中保護(hù)軸承組件的作用，也簡(jiǎn)便了軸系找中的測(cè)量路徑，成功地將人工誤差轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械加工誤差，機(jī)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(chǔ)為尾軸承銅套外徑，起定位參考作用;ΦB為尾軸承銅套內(nèi)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(yùn)轉(zhuǎn)，軸系除具有足夠的強(qiáng)度和剛度外，在安裝時(shí)還應(yīng)保證有合理的承重位置及狀態(tài)，使軸系各段的應(yīng)力及各軸承負(fù)荷處于合理的范圍內(nèi)，這主要取決于軸系校中質(zhì)量的好壞。對(duì)于船舶超長(zhǎng)軸系的安裝施工，解決了校中定位精度后，軸系構(gòu)件的安裝會(huì)影響軸系的安全運(yùn)行。

下面探討該船軸系安裝的難點(diǎn)和解決方法，對(duì)應(yīng)的創(chuàng)新工藝措施主要有以下三項(xiàng)：

（1）尾軸管內(nèi)尾軸承組件的吊運(yùn)定位和安裝。

采用分體式全封閉結(jié)構(gòu)焊接尾軸管，3道尾軸承必須預(yù)先進(jìn)入尾軸管內(nèi)才能進(jìn)行照光定位和安裝。由于尾軸管內(nèi)空間狹小，尾軸承組件長(zhǎng)1.35 m，重量約1 t，無(wú)法采用正常方式吊裝。為了解決這一難題，實(shí)踐中我們制作滑道移動(dòng)和可調(diào)整吊桿工裝并將其安裝在尾軸管內(nèi)，利用尾軸承銅套的吊裝工藝孔使尾軸承在尾軸管內(nèi)滑動(dòng)，避免了尾軸承在安裝過(guò)程中變形或碰傷，并減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了尾軸承照光的順利定位，如圖5所示。

實(shí)際制作的吊運(yùn)工裝可以結(jié)合船臺(tái)布置和尾軸管尺寸做相應(yīng)修改。該船尾軸管共分2段，每段長(zhǎng)度8m，留有人孔結(jié)構(gòu)，因此尾軸承組件在尾軸管內(nèi)吊運(yùn)距離較長(zhǎng)，工裝作用明顯，如圖6所示。

（2）尾軸管內(nèi)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?yàn)槲草S管內(nèi)施工空間狹小，鉆孔和攻牙設(shè)備很難定位和施工，而且鉆孔和攻牙施工時(shí)有折斷鉆頭的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)尾軸管布置總圖，鉆孔中心到鑄鋼件內(nèi)壁只有60 mm，而鉆頭中心到設(shè)備凸臺(tái)只有50 mm，實(shí)際設(shè)備邊緣到尾軸承座鑄鋼件內(nèi)壁只有5 mm間隙，操作空間極其有限。為了降低攻牙風(fēng)險(xiǎn)，利用第二次復(fù)核照光畫(huà)出鉆孔中心圓進(jìn)行預(yù)鉆孔后攻牙，然后再增加照光進(jìn)行軸承定位。攻牙時(shí)采用專(zhuān)用鉆孔和鉆孔攻牙一體工裝，解決鉆孔攻牙空間不足的問(wèn)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(jìn)軸安裝方案和工藝方法

尾軸長(zhǎng)度24 m，重量超過(guò)50 t，設(shè)有人字架和一字架軸承轂支撐定位，外部有長(zhǎng)16 m尾軸管進(jìn)行保護(hù)。這樣的結(jié)構(gòu)給超長(zhǎng)超重尾軸的進(jìn)軸施工帶來(lái)嚴(yán)重難題，并且船臺(tái)環(huán)境空間所限，船體線型的特殊結(jié)構(gòu)使得進(jìn)軸工作難以展開(kāi)。為此，只有大膽革新，從技術(shù)工藝入手才能根本解決問(wèn)題，具體施工方法如下：

① 尾軸管結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，改變工藝孔，增加移動(dòng)吊裝點(diǎn)。實(shí)際工作中，多次對(duì)尾軸管結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境確定工藝孔位置，保證作業(yè)時(shí)頂升點(diǎn)可靠有效;

② 采用模塊車(chē)承載和機(jī)械移動(dòng)，提供尾軸向前推進(jìn)動(dòng)力，并可實(shí)現(xiàn)尾軸托舉和進(jìn)軸角度調(diào)整，從而提高進(jìn)軸效率，減少了施工風(fēng)險(xiǎn)和勞動(dòng)強(qiáng)度;

③ 制作特制滾輪工裝，解決遠(yuǎn)距離進(jìn)軸支撐及進(jìn)軸導(dǎo)向基點(diǎn)的分布。根據(jù)尾軸管人孔尺寸和尾軸直徑，設(shè)計(jì)一套滾輪式進(jìn)軸輔助工裝，由下向上支撐尾軸重量并提供導(dǎo)向和調(diào)節(jié)，增加進(jìn)軸過(guò)程的安全有效性。特殊工裝帶來(lái)了良好的作業(yè)效果，為解決超長(zhǎng)超重尾軸進(jìn)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(jìn)，是船臺(tái)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(gè)軸系校中的基礎(chǔ)。前期重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題的良好解決，為整個(gè)軸系及動(dòng)力裝置的安裝作了充分的保證。

5? ? ?結(jié)束語(yǔ)

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

參考文獻(xiàn)

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