船舶動(dòng)力系統(tǒng)安裝工藝淺析

文浩駿，林世龍，徐洪鑾，張培德，張安勇

（濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東 濰坊 261061）

在安裝船舶主機(jī)與軸系的過程中，校中是最重要的工序之一，直接關(guān)系到船舶推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)效率，并且還會(huì)影響船舶的安全運(yùn)營，通過控制校中過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)的影響，進(jìn)而綜合影響校中的最終結(jié)果。在軸系校中及主機(jī)安裝過程時(shí)，主機(jī)的安裝可分為剛性安裝與彈性安裝，因本文主要針對(duì)客船中速主機(jī)，彈性安裝對(duì)主機(jī)產(chǎn)生的震動(dòng)有很好的吸收作用，并進(jìn)而減少產(chǎn)生的噪聲，故僅對(duì)彈性安裝的情況進(jìn)行分析介紹。

1 軸系中心線的確定

通常在進(jìn)行船體設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)為船體設(shè)計(jì)一條中心線，在進(jìn)行船舶主機(jī)安裝及軸系校中前，需要先找出這條中心線。一般通過在主機(jī)前方、尾軸后方的兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)來確定此中心線，也稱為軸系理論中心線。

1.1 確定理論基準(zhǔn)點(diǎn)

在船舶設(shè)計(jì)建造時(shí)，有著用作定位作用的肋位，為方便區(qū)分，將兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)分為艏基準(zhǔn)點(diǎn)和艉基準(zhǔn)點(diǎn)，通常在機(jī)艙前倉壁所在的肋位處設(shè)置為艏基準(zhǔn)點(diǎn)，在零號(hào)肋位處設(shè)置艉基準(zhǔn)點(diǎn)。圖紙對(duì)于艏艉基準(zhǔn)點(diǎn)的位置有著明確的規(guī)定?；鶞?zhǔn)點(diǎn)在垂直方向上的位置，可通過圖紙上測(cè)算出基準(zhǔn)點(diǎn)至水平基線的高度，并使用鋼尺在艏艉基準(zhǔn)點(diǎn)所在的肋位上，測(cè)量確定基準(zhǔn)點(diǎn)垂直高度。也可以使用連通水平管，連通水平管是一個(gè)U型管，可以在船臺(tái)上的一端加水，至水線高度達(dá)到船體基線標(biāo)高尺上基準(zhǔn)點(diǎn)高度，另一端引入船體內(nèi)，水線高

度即為基準(zhǔn)點(diǎn)高度。此種方法要比使用鋼尺測(cè)量準(zhǔn)確度更高（圖1）。

圖1 連通水平管示意圖

1.2 確定軸系理論中心線

在基準(zhǔn)點(diǎn)確定后，通過在兩點(diǎn)之間拉緊鋼絲線的拉線法，或使用光學(xué)儀器發(fā)射一條光線同時(shí)通過兩點(diǎn)的光學(xué)儀器法，來確定軸系理論中心線，主機(jī)和軸系安裝、校中都以此中心線為基準(zhǔn)。

通過確定軸系理論中心線（圖2）可實(shí)現(xiàn)：①可預(yù)估主機(jī)底盤至船體的基座之間的距離，以確定主機(jī)在機(jī)艙內(nèi)的安裝位置；②確定彈性減振器的位置，加工鋼制墊片，并確定連接處的接觸面位置，對(duì)接觸面進(jìn)行表面處理；③通過劃線法預(yù)先加工處主機(jī)與減振器之間，減振器與船體基座之間的螺紋孔；④可預(yù)估軸系至船體的基座之間的距離，以確定各中間軸軸承座的縱向位置和安裝高度；⑤確定推力軸承座和獨(dú)立的減速齒輪箱基座的中心點(diǎn)、前后位置、安裝高度等屬性，并加工補(bǔ)足間隙用的墊片；⑥計(jì)算中間軸的長度。

圖2 軸系理論中心線示意圖

（1）拉線法。拉線法顧名思義是在此前確定的兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間用鋼絲線拉成一條直線，用此鋼絲線代表理論中心線。通常選用0.8～1mm直徑的鋼絲，并且在將鋼絲拉成直線的拉緊力以其的拉斷力的70%～80%為宜，拉緊力過大可能將鋼絲拉斷。如使用的鋼絲生銹或彎折，會(huì)造成嚴(yán)重的誤差，選用鋼絲時(shí)應(yīng)予以避免。

由于重力作用，鋼絲線或多或少會(huì)有些許下垂，所以需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚▓D3）。具體方法為：在鋼絲通過的各隔倉壁，中間軸軸承座等位置的理論中心點(diǎn)上，計(jì)算出以上各點(diǎn)的下垂數(shù)值，在由鋼絲確定的位置上進(jìn)行相應(yīng)修正。

圖3 鋼絲下垂修正示意圖

鋼絲線在不同位置處下垂量X可由下面公式計(jì)算：

X=M·L1(L-L1)/2G

式中，M為鋼絲單位長度質(zhì)量（g）；L1為修正位置到基準(zhǔn)點(diǎn)的距離（m）；L為鋼絲線總長度（m）；G為鋼絲線承受的拉力或重錘的重力（N）。

（2）光學(xué)儀器法。拉線法產(chǎn)生的誤差會(huì)隨著軸系長度的增加而增加，所以在船舶軸系較長時(shí)，一般會(huì)改用光學(xué)儀器法。在艏艉基準(zhǔn)點(diǎn)上安裝光靶并進(jìn)行調(diào)整，使其十字線交叉點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)重合，調(diào)整儀器使光軸穿過艏艉兩個(gè)光靶的中心，所確定的光線就表示軸系理論中心線。

光學(xué)儀器法中使用的光學(xué)儀器主要是帶準(zhǔn)儀或經(jīng)緯儀的望遠(yuǎn)鏡，或投射儀。隨著激光技術(shù)的日漸成熟，激光經(jīng)緯儀和激光準(zhǔn)直儀已經(jīng)獲得廣泛的使用。

（3）推薦方法。當(dāng)前推薦采用將上述兩種方法結(jié)合使用，來確定軸系理論中心線。具體方法為：①因光學(xué)儀器法較為準(zhǔn)確，先用其確定軸系理論中心線，并在貫穿各個(gè)倉壁的位置上畫出加工圓線；②通過拉線來確定尾軸管及軸系各節(jié)軸承的位置，并使用木樣棒對(duì)尾軸，中間軸進(jìn)行模擬，找出各軸系所在位置；③使用光學(xué)儀器法進(jìn)行復(fù)查，確保各軸承位于正確的位置。

此方法相對(duì)煩瑣，但是可以提高軸系安裝及校中的質(zhì)量與準(zhǔn)確性。

2 軸系校中

軸系校中是軸系安裝工作中的一項(xiàng)重要工序。良好的校中對(duì)軸系平穩(wěn)傳動(dòng)有著重要的影響。軸系校中一般通過平軸校中法或者光學(xué)儀器校中法來進(jìn)行，下面對(duì)兩種方法進(jìn)行介紹。

2.1 平軸校中法

在軸系校中過程中，假設(shè)每對(duì)連接法蘭接觸面完全重合，即偏移值δ為零，曲折值ψ為零，忽略法蘭端受重力影響導(dǎo)致的下垂，即可視為此軸系處于一條直線。但現(xiàn)實(shí)情況下，受各種因素影響，各對(duì)法蘭接觸面完成重合是不可能實(shí)現(xiàn)的，因此需要設(shè)定每對(duì)法蘭連接時(shí)的極限值，在安裝測(cè)量時(shí)，δ值與ψ值滿足極限值即可認(rèn)為兩節(jié)中間軸處在一條直線。

在校中過程中，根據(jù)軸系理論中心線先安裝尾軸，并以尾軸前端法蘭為標(biāo)準(zhǔn)，安裝下一節(jié)中間軸時(shí)，使用直尺和塞尺對(duì)兩個(gè)法蘭之間的偏移量和曲折值進(jìn)行測(cè)量（圖4），如果測(cè)量結(jié)果大于極限值，則對(duì)第二節(jié)尾軸進(jìn)行調(diào)整，直至測(cè)量結(jié)果小于極限值。然后，自船尾向前依次安裝并調(diào)整各中間軸，確保軸系各對(duì)連接法蘭的的偏移量及曲折值均小于極限值。最后，以推力軸的前法蘭為基準(zhǔn)進(jìn)行主機(jī)定位。

圖4 直尺和塞尺測(cè)量方法

2.2 光學(xué)儀器校中法

光學(xué)儀器校中法是利用光沿著直線傳播的屬性，借助光學(xué)儀器發(fā)射光線，并以該光線作為理論中心線，對(duì)尾軸管、人字架進(jìn)行校準(zhǔn)，并對(duì)各中間軸承進(jìn)行定位，使各倉壁孔，軸承中心與儀器發(fā)射的光線重合。確定軸系各中間軸軸承的位置，并用墊片和地腳螺栓對(duì)其進(jìn)行固定后，將尾軸和各中間軸進(jìn)行安裝，安裝完成后，使用連接螺栓連接各對(duì)法蘭。激光技術(shù)已經(jīng)非常成熟，可以采用激光儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，提升校中的精度。

使用光學(xué)儀器校中不僅精度較高，還可以將軸系理論中心線的確定工作與校中工作相結(jié)合，同時(shí)進(jìn)行，能極大地提升效率。但使用這種方法安裝軸系時(shí)，各軸承承受的實(shí)際載荷與理想狀態(tài)會(huì)存在差異，所以在受力情況復(fù)雜的大型船舶上不推薦使用此方法。目前這種校中方法主要用于中、小型船舶。

在對(duì)軸系進(jìn)行校中時(shí)，還應(yīng)考慮各軸承上的負(fù)荷、應(yīng)力等要求，對(duì)各軸承的位移量和各連接法蘭上的偏移值和曲折值的計(jì)算，對(duì)各軸承進(jìn)行一定調(diào)整，整個(gè)軸系可能呈現(xiàn)出曲線狀態(tài)，但是可以對(duì)各軸承上的負(fù)荷進(jìn)行合理分配。

3 主機(jī)安裝與校中

軸系中心線確定后，可以確定主機(jī)在機(jī)艙內(nèi)的安裝位置，并估計(jì)主機(jī)機(jī)座墊片的厚度。將主機(jī)吊裝到預(yù)先確定的位置，并使用臨時(shí)墊片進(jìn)行支撐。

3.1 主機(jī)彈性安裝

將彈性減振器高度調(diào)節(jié)螺栓頂部與主機(jī)底盤支撐架底部貼合，若彈性減振器與船體基座之間的間隙超過減振器可調(diào)節(jié)的高度，使用剛度足夠且厚度合適的鋼墊片置于減振器與基座之間。旋緊減振器上高度調(diào)節(jié)螺栓使減振器承受載荷，注意保證每個(gè)減震器總是承受均勻的載荷，不得一次將某個(gè)高度調(diào)節(jié)螺栓完全受力，而應(yīng)該圍繞主機(jī)依次逐個(gè)將螺栓旋緊，將主機(jī)頂起，避免任何一個(gè)減振器承受載荷過高。抽出主機(jī)下的臨時(shí)墊塊。待每個(gè)減震器均受到載荷后，靜置48小時(shí)待減震器內(nèi)的橡膠蠕變壓縮。蠕變結(jié)束后，再次通過高度調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)整主機(jī)垂直高度，在高度調(diào)整完畢，將減振器上緊固螺母以規(guī)定的力矩進(jìn)行旋緊（圖5）。

圖5 彈性減振器調(diào)整示意圖

待彈性安裝完畢后，在飛輪軸向端面及徑向圓周面安裝兩只千分表，兩只千分表支架固定在齒輪箱輸入軸上，按主機(jī)正常工作時(shí)的方向進(jìn)行盤車，在主機(jī)工作時(shí)，曲軸會(huì)由于軸承的間隙在徑向上產(chǎn)生位移，同時(shí)也會(huì)由于推力軸承的間隙而在軸向上移動(dòng)，分別在垂直的兩條直徑上測(cè)量四個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行計(jì)算。徑向測(cè)量值可判斷主機(jī)曲軸中心線是否偏離理論軸線，軸向測(cè)量值可判斷主機(jī)輸出軸是否與齒輪箱輸入軸平行（圖6）。

圖6 千分表安裝示意圖

3.2 主機(jī)臂距差測(cè)量

主機(jī)安裝較中后，需要測(cè)量主機(jī)臂距差。如圖7所示，臂距差測(cè)量需要測(cè)量五個(gè)位置，分部是上止點(diǎn)，90°位置，150°位置，210°位置及270°位置（當(dāng)曲軸位于下止點(diǎn)位置時(shí)，連桿會(huì)擋住千分表的安裝，故取150°位置，210°位置兩個(gè)位置的平均值）。

圖7 臂距差測(cè)量點(diǎn)

盤車至第一個(gè)活塞位于下止點(diǎn)位置，根據(jù)主機(jī)轉(zhuǎn)向在150°位置或210°位置將千分表放置在平衡重的沖孔標(biāo)記中，并在該位置進(jìn)行調(diào)零，為起始點(diǎn)記錄為X點(diǎn)。按照主機(jī)正常工作方向盤車，其余位置依次記為P、T、S、Y點(diǎn)，并記錄測(cè)量偏差，記錄時(shí)注意標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)位置，及正、負(fù)。依次按相同順序完成剩余各缸的測(cè)量（圖8）。

圖8 臂距差千分表安裝位置

曲拐撓度=曲拐正好相反位置（即成180°的兩個(gè)位置）上的千分表讀數(shù)差（圖9）。

圖9 臂距差讀數(shù)為負(fù)

垂直撓度=從頂部到底部的讀數(shù)差，水平撓度=水平方向上的讀數(shù)差。

主機(jī)在冷態(tài)下的曲拐水平撓、離飛輪最近的曲拐的垂直撓度、其他曲拐的垂直撓度等都規(guī)定了極限值。如果讀數(shù)超過極限值，需要重新進(jìn)行校中。

4 結(jié)語

如今船舶建造的技術(shù)在不斷地發(fā)展，對(duì)船舶設(shè)備，特別是客船的要求越來越高，主機(jī)是船舶航行的動(dòng)力源，并且也是船舶最大的振動(dòng)，噪聲源頭，因此主機(jī)安裝質(zhì)量和軸系校中的好壞直接影響動(dòng)力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對(duì)船舶的航行性能及船員和乘客在船上的舒適性起著至關(guān)重要的作用。希望本文可為今后客船主機(jī)的安裝與校中提供一定的技術(shù)借鑒和支持。