達麗莎·貝靈通”輪修理工程中中間軸換新工藝

中圖分類號：U672.2 文獻標志碼：A

Renewal ProcessofIntermediate ShaftinMV \"Teresa Bellington\" Repair Project

LI Huiqiang （Cosco ShippingHeavyIndustry（Guangdong） Co.，Ltd.，Guangzhou51o730，China）

Abstract： Intermediate shaft renewal in ship repair involves multiple technologies， with flange alignment of new shafts and hydraulic coupling restoration being particularly complex.Taking the intermediate shaft renewal of MV \"Teresa Bellington\" as a case study，this paper addresss solutions for fange alignment and hydraulic coupling repair. The proposed methods ensure proper operation of the renewed intermediate shaft and restore the scored hydraulic coupling to meet quality standards for repeated disassembly/reassembly.

Key words： intermediate shaft renewal; flange alignment; counterbore machining; intermediate bearing commissioning

1 引言

“達麗莎·貝靈通”是一條希臘散貨船，推進軸系包含螺旋槳軸、中間軸和螺旋槳，其中螺旋槳為定距槳，螺旋槳軸與中間軸采用液壓聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接，中間軸法蘭與主機飛輪端法蘭采用液壓螺栓聯(lián)接，但中間軸法蘭與主機飛輪端法蘭外徑不一樣。該輪原本進我廠是一般的軸系拆檢修理，換前后密封。軸系布置如圖1所示。

對“達麗莎·貝靈通”輪進行修理，進塢前對中間軸承拆蓋檢查，發(fā)現(xiàn)中間軸頸表面有多條走向不規(guī)則的裂紋。經(jīng)過對裂紋初步打磨，發(fā)現(xiàn)大部分裂紋仍然無法消除。經(jīng)過超聲波探傷，發(fā)現(xiàn)有的裂紋深度達14.80mm 。要消除裂紋，中間軸要打磨或加工到軸徑約 Φ410.40mm 。該中間軸的軸徑為 Φ440mm 。根據(jù)BV船級社的技術標準，軸頸打磨后（或者光車后）在半徑上消除的數(shù)值只能在 10mm 以內(nèi)，亦即直徑應在Φ420mm 以上，而且船級社明確要求機加工要在不能對中間軸進行填焊或者用其他填補材料（如貝爾佐納）進行修復的前提下進行。

鑒于該缺陷會嚴重影響軸系的運行安全性和船舶航行安全，船方?jīng)Q定將中間軸換新。這就涉及到聯(lián)軸節(jié)修復、新中間軸法蘭對中、重新鉸鏜中間軸螺孔、中間軸承換新調(diào)試等工程。

2 零部件換新準備

為實現(xiàn)軸系能在合乎船級社及造船規(guī)范的前提下安全運行的目的，軸系部分零部件必須進行更換

經(jīng)檢測，需要更換的零部件包括：中間軸（1條）、中間軸螺栓（16個）、中間軸承（1套），訂貨技術要求如下：

1）新中間軸：在對中間軸圖紙和舊中間軸進行外形尺寸上的復核后，用中間軸的加工圖紙訂造，原圖紙上法蘭螺孔尺寸為 Φ73mm ，需要將其改為 Φ72 mm ，以預留新軸螺孔重新鉸鏜加工的余量;

2）新中間軸螺栓：按照原圖紙尺寸和材質要求，用 40#Cr 鍛鋼鍛造，并進行調(diào)質處理和應力試驗合格后才交付使用。但新中間軸螺栓粗加工的外徑尺寸應在 Φ75mm 以上，以備鏜孔后的進一步精加工；

3）修復的中間軸承：按原圖紙上的尺寸重新澆鑄中間軸承白合金軸瓦，粗加工至 Φ439mm 后，檢查確保合金層沒有離底、沙孔等缺陷，再精加工內(nèi)孔至Φ440.45±0.01mm ，然后待安裝調(diào)試。

3 零部件換新施工

3.1中間軸螺栓的換新

1）前提

該中間軸前法蘭連接螺栓為液壓螺栓，在新中間軸制造過程中要對法蘭螺孔預留預安裝過程中與主機飛輪端法蘭舊螺孔重新鏜孔的尺寸，但在實際操作中，在不換新螺栓的前提下，常用鏜孔機根本無法滿足按原飛輪端螺孔尺寸去鏜新中間軸螺孔且令其精確度保證在 0.01mm 以內(nèi)的要求；如果要在裝配過程中對飛輪螺孔和新中間軸法蘭螺孔一同進行鏜孔，則可以滿足要求，但與此同時全部液壓螺栓的漲緊套必須換新，而且這種高強度和彈性材料制成的漲緊套短時間內(nèi)很難找到，于是在取得船東和船船級社的同意下，將原液壓螺栓改為常規(guī)緊配螺栓，在預裝新中間軸后同時配對主機法蘭端螺孔進行鏜孔。

2）中間軸軸線對中

在鏜孔之前，需要對新中間軸與主機飛輪進行對中調(diào)整。新中間軸必須與舊短軸中心線保持在船級社規(guī)范要求 0.10mm 的偏差內(nèi)?？紤]中間軸前端與飛輪短軸亦為液壓螺栓聯(lián)接，有拆裝損壞風險，決定在船上就地對中鏜螺孔。由于中間軸前端短軸法蘭（外徑Φ850mm ）與新中間軸軸法蘭（外徑 Φ730mm ）連接處外徑不一樣，無法單純借助直角平面尺進行簡單對中，于是該對中的環(huán)節(jié)成為保證中軸安裝的正確性的關鍵，而且涉及到借助連接的另一法蘭進行同時調(diào)節(jié)，難度較大，也是整項塢修工程的關鍵環(huán)節(jié)。

結合船級社要求，在與船方和廠方充分溝通后，采用如下工藝：

（1）先用4個新制直徑為 Φ71.50mm 的螺栓將兩法蘭連接（原法蘭上有8個螺孔，對隔間的4個螺孔進行連接，連接后兩法蘭間圓周不可塞進 0.05mm 塞尺，但并不完全打緊，憑經(jīng)驗預留調(diào)整力度，同時用深度尺測量新中間軸法蘭與舊短軸法蘭外圓在四個徑向上的偏差，控制在 5mm 以內(nèi)，并盡可能保證兩法蘭的同心度，減少后續(xù)調(diào)整量及調(diào)整難度；

（2）在新中間軸后端采用換新中間軸承支承（將新軸承放在軸承架上再墊上原墊片即可，無需進行調(diào)整），同時在主機飛輪短軸法蘭外緣和新中間軸法蘭外緣上放置調(diào)整用百分表各一個，進行精確微調(diào)：以每個螺孔為測量基點，盤車一圈測量8個點，同時記錄兩個百分表的讀數(shù)。測量法蘭平面偏離值百分表放置位置如圖2所示；

（3）測量發(fā)現(xiàn)飛輪百分表的跳動量在 0.06mm 之內(nèi)，而新中間軸超過 0.60mm ，測量數(shù)據(jù)表明飛輪對中準確，需要對新的中間軸進行調(diào)整，以便于飛輪對中。對照飛輪與新中間軸法蘭相同基點的跳動找出兩法蘭最大偏差位置，以每個舊短軸法蘭測量基點的跳動為基準，將新中間軸法蘭跳動最大凸出處轉到最下方，在新中間軸法蘭最下方用液壓千斤頂向上頂壓輔助調(diào)整，并借助輕微敲擊千斤頂上銅墊對新中間軸法蘭發(fā)生微小移動，使得與主機飛輪短軸法蘭的對中發(fā)生微小改變，達到調(diào)整的目的；

（4）其往上調(diào)整量為該基點的兩法蘭跳動量絕對值相加的平均值，經(jīng)過多次反復調(diào)整，新中間軸的跳動量徑向跳動量控制在 0.03mm 之內(nèi)，而飛輪的跳動量得益于新軸的軸線吻合，跳動量也在 0.04mm 之內(nèi)，而且其跳動正反方向一致，說明其相對跳動量極少，新中間軸沒有影響到舊軸中心線的正確性。

3）鏜新螺孔及新螺栓安裝

（1）在上述對中完成后，即對剩余的4個螺孔進行重新鏜孔，并按要求保證其表面光潔度和孔的圓柱度等加工要求，其配合間隙為 ±0.01mm ，新制螺栓采用干冰冷凍安裝，并打緊。

（2）把新制的螺栓按照新鏜孔尺寸進行對應的加工，新螺栓安裝前再次復核新中間軸法蘭的跳動量，在確保仍然在規(guī)定范圍之內(nèi)再將新螺栓安裝到位，然后將對中時的4個螺栓取出，繼續(xù)銼孔。

（3）當所有新螺栓安裝完畢，螺栓換新工程才告完成。

3.2尾軸聯(lián)軸節(jié)的修復

1）液壓聯(lián)軸節(jié)拆卸

艉軸的液壓聯(lián)軸節(jié)為SKF套筒式，其拆裝的膨脹壓力極限為 250MPa 。拆卸時推進液壓腔先灌滿緩沖液壓油，然后打膨脹壓力，但膨脹壓力上升到 160MPa 時已無法再繼續(xù)升高，同時大小錐度端面漏油，此時外套只滑出 30mm 左右就停正了。在取得船東同意后在舊中間軸上四個方向焊止動碼，一邊不斷維持最高膨脹壓力，同時借助4個 100t 千斤頂推壓聯(lián)軸節(jié)外套大端，加壓至 40MPa ，最終拆卸成功。聯(lián)軸節(jié)如圖3所示。

2）液壓聯(lián)軸節(jié)修復

聯(lián)軸節(jié)拆下后發(fā)現(xiàn)螺母螺紋損壞、內(nèi)套外表面大小端拉傷和螺紋燒毀、外套內(nèi)表面大小端亦拉傷。

在拆內(nèi)套時，在套上輔助穩(wěn)定軸打磨加工后，再用干冰冷凍拆出的方案毫無效果。因此采用邊加溫邊用液壓千斤頂推壓的方式拆卸，加溫時避免對燒焊打磨層造成傷害，始終控制溫度在 400°C 以內(nèi)，并避開打磨層進行直接加熱。拆出后發(fā)現(xiàn)內(nèi)圓有拉傷，其質地十分松軟[，自然狀態(tài)下內(nèi)套變形較為嚴重，其內(nèi)徑橢圓度達到 0.68mm ，但在車間與外套套合后橢圓度只在 0.12mm 之內(nèi)，并與連接軸端保持 0.05～0.22mm 的間隙。測量發(fā)現(xiàn)，該聯(lián)軸節(jié)錐度為1：80，內(nèi)外套錐度對應位的初始過盈量約為 1.30mm ，這與安裝后外套要求膨脹 0.69mm 在數(shù)值上存在約為兩倍的對應關系。

經(jīng)研究，聯(lián)軸節(jié)修復確定修理方案為：

（1）螺母換新，用45#鍛鋼替代原材質；推進液壓膠環(huán)換新（購進口件）。換新螺母按照內(nèi)套重新配車螺紋，螺母外圓按照 0.50mm 的間隙配合加工，并保證1.6級光潔度；

（2）內(nèi)外套拉傷痕進行焊接、打磨修復。

3）液壓聯(lián)軸節(jié)修復后安裝

聯(lián)軸節(jié)修復后安裝，令新中間軸和艉軸對半嵌入，先用油泵將所有液壓孔灌滿，并讓液壓油全面潤滑接觸錐面，分別用兩臺大流量風動油泵進行推進及膨脹泵壓。先將推進泵起壓，然后在所能保持膨脹的最大壓力狀態(tài)下（允許少量泄漏）提升推進壓力，最后推進到軸頭相距位置為 28.90mm （拆前為 30.0mm ）時停止，并先卸掉膨脹壓力，復核外套外圓安裝前、后的直徑，發(fā)現(xiàn)外套膨脹為 0.65mm ，與說明書 0.69mm 存在 0.04mm 的細微差別，但在其安裝誤差范圍之內(nèi)。在推進過程中，大小端都有油滲漏現(xiàn)象，呈單油線下墜，不算嚴重，到位時的推進壓力為 18MPa ，膨脹壓力為170MPa ，其推進量為 113.40mm ，滿足液壓聯(lián)軸節(jié)說明書相關技術要求。

3.3修復的中間軸承的安裝

1）按原圖紙上的尺寸重新澆鑄中間軸承白合金軸瓦，上下軸瓦離心澆鑄并預留加工尺寸至 Φ439 mm，檢查澆鑄軸瓦的質量沒有缺陷（如表面疏松、離底等現(xiàn)象），再精加工至配合尺寸至 Φ440.45±0.01 mml2]

2）將精加工后的上下軸瓦在中間軸軸承位進行現(xiàn)場修刮研配，使得在下部約 60^° 范圍內(nèi)接觸面積達75% 以上，且每 25mm×25mm 區(qū)域內(nèi)具有3-4個著色點[3]。

3）中間軸軸承負荷采用由帶壓力表的油泵、4個路油管和4個10t液壓油缸進行頂舉來實現(xiàn)。頂舉時，各個軸承將僅受到4個液壓油頂油缸柱塞向上的頂舉力（約為該軸承所受到的負荷）。單個油頂油缸柱塞面積為 14.50cm² 。

查說明書得中間軸承負荷為 6432kgf ，對應的油泵壓力及實際值如表1所示。

軸承負荷差異：（6741-6432） 16432=0.048=4.8% lt;10% 滿足船級社 ±10% 的要求。

4）在中間軸頸正中頂部安放一個百分表，當油泵油壓為上表時及時記錄百分表讀數(shù)并在調(diào)試墊片過程中注意百分表讀數(shù)和油泵油壓變化。5）測量各軸承地腳離機座之間的間隙，根據(jù)其間隙的多少選擇和安裝墊片。6）調(diào)整軸承左右兩邊間隙，使得前后兩側的間隙基本相同。7）對稱打緊各軸承地腳螺栓。8）檢查各軸承下瓦正底部與軸頸接觸，直到各軸承下瓦與軸頸之間插不進 0.05mm 的塞尺為止。9）用塞尺檢查各地腳墊片接觸，達到 70% 的周長插不進 0.05mm 的塞尺為止。10）用百分表測量中間軸軸承軸頸位處的跳動量，實測不超過 0.05mm ，說明軸承安裝質量較好。

11）軸系安裝完畢后按規(guī)定往各軸承加油，檢查主機第6缸開檔，試航檢查軸系的運作平穩(wěn)性及中間軸承溫度。當環(huán)境溫度 t?30?C 時，中間軸承溫度 t?55^°C ；當環(huán)境溫度 tgt;30°C 時，中間軸承溫度t?60^°C 。

4結語

在整個中間軸換新結束后，進行了航行實驗，效果良好。后期對所更換部件進行了短期的跟蹤，也未發(fā)現(xiàn)有運轉異常的狀態(tài)出現(xiàn)，說明該次換新工程是成功的。而該輪中間軸換新為我們積累的豐富經(jīng)驗，特別在軸系中心線的調(diào)整和聯(lián)軸節(jié)的拆裝修復上，結合實踐簡化并有效方便調(diào)整操作，說明工藝是可靠和可行的，具有指導性作用，很大程度上提高了我公司工藝水平。同時為我公司今后修建同類工程提供了強有力的實踐依據(jù)。

參考文獻

[1]聞邦椿.機械設計手冊第1冊（第5版）[[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2]王興如.船舶修理技術標準輪機分冊[M].北京：中國標準出版社，2006.

[3]國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.中國造船質量標準：GB/T34000-2016[S].北京：中國標準出版社，2016.