客滾船為定點(diǎn)定航線裝載汽車、集裝箱、旅客的船舶，安全、準(zhǔn)時是客滾船必須具備的特性，軸系安裝質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到船舶動力系統(tǒng)可靠性、船舶航行安全以及旅客人身安全。本文以某客滾船實(shí)船為例，就長軸系拉線望光、校中安裝、軸承負(fù)荷等幾方面進(jìn)行總結(jié)。

塢內(nèi)軸系安裝及檢查本船為客滾船，屬于客船范疇，根據(jù)國際海事組織國際海上人命安全公約(SOLAS)要求，需要滿足安全返港對推進(jìn)系統(tǒng)的要求，即當(dāng)任一事故導(dǎo)致一套推進(jìn)系統(tǒng)失效，另一套主推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)仍可滿足船舶航行需求，故本船設(shè)置一前一后2個機(jī)艙及2套推進(jìn)系統(tǒng)。

本船軸系主要由主機(jī)、齒輪箱、軸帶發(fā)電機(jī)、中間軸、尾軸、調(diào)距槳以及必須的軸系附件組成。主機(jī)與齒輪箱及軸帶發(fā)電機(jī)通過高彈聯(lián)軸器連接，以降低振動及噪音，軸與軸之間為法蘭及液壓聯(lián)軸器剛性連接。左側(cè)軸系長度約37米，設(shè)置3只尾管軸承、2只支撐軸承、1只隔艙密封裝置；右側(cè)軸系長度約50米，設(shè)置3只尾管軸承、4只支撐軸承、2只隔艙密封裝置。兩側(cè)軸系均為細(xì)長軸，兩側(cè)軸線傾角1.172°，具有約束點(diǎn)多，安裝施工難度大的特點(diǎn)。具體布置見圖1。

圖1

根據(jù)本船軸系約束點(diǎn)多的特點(diǎn)，在塢內(nèi)主要有如下幾個施工階段，如下：

1.艉軸架初定位：為縮短軸系在塢內(nèi)安裝周期，船廠通常將艉軸架的初步定位前移至總段搭建階段。本船艉軸架位于尾部H7總段上，在總段總組完成后，確定出左右舷軸線位置。軸線寬度方向根據(jù)船中線進(jìn)行確認(rèn)，高度方向綜合考慮甲板高度以及基線，根據(jù)機(jī)艙區(qū)域總組數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，確定軸線高度數(shù)值，在預(yù)組段前后做出軸線前后基準(zhǔn)，封焊艉軸架區(qū)域結(jié)構(gòu)，艉軸架進(jìn)行適當(dāng)加設(shè)馬板固定，不焊接，完成尾軸架初定位。

主要技術(shù)重點(diǎn)及難點(diǎn)：H7與H6總段合攏時，艉軸架后端面與齒輪箱基座之間距離的保證，容易造成軸系長度方向偏差；H7總段上翹/下垂控制以及扭曲控制，容易造成左右軸系不對稱，軸線角度超差，而導(dǎo)致艉軸架區(qū)域再次調(diào)整，如何控制建造精度是該項(xiàng)工作重點(diǎn)之一。

圖2

2.軸系初拉線：初步找出船體中心線、軸系中心線和主機(jī)中心線，并且完成左右舷軸系艏基準(zhǔn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)移。根據(jù)初拉線確認(rèn)的軸系中心線依次完成人字架、一字架、艉軸承鑄件、舵隧的正式定位和焊接工作，檢查主機(jī)座、齒輪箱座、軸帶發(fā)電機(jī)座高度及半寬；完成尾管軸承預(yù)裝工作及艉軸管焊接工作。

(1)軸系拉線具備的條件

①主甲板以下船體結(jié)構(gòu)全部成型火工矯正結(jié)束；

②機(jī)艙前壁以后船體裝配焊接工作結(jié)束；

③主機(jī)、齒輪箱、軸發(fā)及中間軸承等機(jī)座焊接全部結(jié)束；

④機(jī)艙及尾部區(qū)域艙柜強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)束。

(2)主要技術(shù)重點(diǎn)及難點(diǎn)

①首基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置：本船齒輪箱為1進(jìn)2出型式，軸系輸出端與輸入端偏心，在機(jī)艙內(nèi)將有兩條軸線，一為推進(jìn)軸系軸線，一為主機(jī)中線，如何準(zhǔn)確定位軸線首基準(zhǔn)點(diǎn)位置以及如何進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)移是軸系定位、主機(jī)及軸帶發(fā)電機(jī)準(zhǔn)確定位的關(guān)鍵。

②雙軸線相對位置控制：對于單長軸系，左右偏差不大于7mm，上下偏差不大于10mm，與中線面偏差不大于4mm，且兩側(cè)軸系不能出現(xiàn)同側(cè)偏差。如何保證軸線與舵線、軸線與軸線相對位置，是兩側(cè)軸線確定的關(guān)鍵。

③軸線的調(diào)整：船舶下水后，由于船舶浮態(tài)引起的船體變形方向，應(yīng)在初拉線階段進(jìn)行預(yù)判，在軸線初步確定時在允許范圍內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)償，否則容易出現(xiàn)主機(jī)/軸承/齒輪箱基座高度因船體變形超差。

3.定位尾軸架：初拉線階段對艉軸架和艉軸轂鑄件進(jìn)行微調(diào)和焊接工作。在尾基準(zhǔn)點(diǎn)與轉(zhuǎn)移后的首基準(zhǔn)點(diǎn)拉設(shè)鋼絲，用于尾軸架定位及焊接過程中監(jiān)測。

上述各艉軸架拉鋼絲定位時需要考慮鋼絲下垂量的影響，可以如下公式進(jìn)行計算鋼絲下垂量

YA=qX(L-X)/0.99x2T

q—鋼絲單位長度重量(1.54×10-3kgf/m)；

X—所求下垂量到艉參考點(diǎn)距離(m)；

L—艏艉參考點(diǎn)間距離(m)；

T—拉力(kgf)；

0.99—修正系數(shù)。

尾軸架定位完成后，進(jìn)行尾管軸承的預(yù)裝工作，尾軸架內(nèi)孔做清潔，滿足內(nèi)孔無油漆、銹跡、油污、鐵屑、毛刺等影響軸承安裝的不利因素，尾管軸承預(yù)裝工作完成后，進(jìn)行艉軸管與尾軸架的焊接；焊接時采取雙數(shù)焊工對稱施工，防止熱變形，如圖3、圖4。

圖3 尾軸架定位焊接

圖4 尾軸架與艉軸管焊接

主要技術(shù)難點(diǎn)及重點(diǎn)：鑄鋼件焊接工藝：尾軸架焊接定位偏差一般應(yīng)控制在2mm以內(nèi)，如何控制焊接質(zhì)量、焊接變形量是該項(xiàng)工作的重點(diǎn)，否則容易出現(xiàn)咬邊、氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，以及定位精度不滿足軸線要求。

4.軸系照光：利用望光儀器根據(jù)艉基點(diǎn)、轉(zhuǎn)移后的望光艏基點(diǎn)確定軸系中心線，進(jìn)而確定尾管軸承定位。

(1)施工階段、條件

①七甲板以下，機(jī)艙前壁以后主要裝配焊接工作結(jié)束。

②100#以后的船體臨時支撐已經(jīng)全部拆除完成超過48小時。

③機(jī)艙區(qū)雙層底密性、調(diào)平工作基本完成，密性交驗(yàn)工作完成。

④望光工作時間應(yīng)選擇在：冬季16點(diǎn)以后，夏季20點(diǎn)以后進(jìn)行。

⑤大型設(shè)備未吊裝上船應(yīng)進(jìn)行臨時配重。

圖5

在軸承后端工裝中心放置靶心，使用調(diào)整螺栓將靶心調(diào)整至與望光儀中心重合，然后在軸承前端工裝中心放置靶心，使用調(diào)整螺栓將靶心調(diào)整至與望光儀中心重合，反復(fù)調(diào)整，使軸承前后端靶心同時與望光儀中心公差小于0.03mm。按此方法依次調(diào)整艉管其他軸承。調(diào)整后檢查軸承與軸承座之間的間隙即環(huán)氧澆墊塊厚度，最小厚度應(yīng)大于12mm(根據(jù)環(huán)氧樹脂廠家確定)。

采用激光儀器檢查各艉管軸承中心同軸度，在每個需要測量的位置上，先輸出測量距離，然后在該截面測量14個點(diǎn)，所有測量點(diǎn)測量完畢后，選取測量點(diǎn)1和測量點(diǎn)14為基準(zhǔn)點(diǎn)，可以查看其他點(diǎn)相對這兩個點(diǎn)的偏差。計算分析出測量點(diǎn)的直線度及各測量點(diǎn)的橢圓度。

圖6

圖7

(2)主要技術(shù)難點(diǎn)及重點(diǎn)：

尾管軸承定位：本船艉軸管有3道尾管軸承，軸承間距長，定位難度大，軸承定位不精準(zhǔn)將會導(dǎo)致軸系振動、軸承燒損的危險。

5.舵套筒定位：根據(jù)軸系望光儀確定的舵系中心線確定舵線的上下基準(zhǔn)點(diǎn)，舵系上基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)在舵機(jī)室內(nèi)，下基準(zhǔn)點(diǎn)在塢底。確定舵系上下基準(zhǔn)點(diǎn)時要同時考慮軸舵系不相交值，綜合考慮后將舵隧找正定位。在焊接過程中用鋼絲拉線輔助監(jiān)測焊接變形量。

主要技術(shù)難點(diǎn)及重點(diǎn)：由于舵承、舵密封與舵套筒組裝為整體進(jìn)行船上焊接安裝，舵套筒的焊接定位偏差一般應(yīng)控制在0.5mm以內(nèi)，如何控制焊接質(zhì)量、焊接變形量是該項(xiàng)工作的重點(diǎn)，否則容易出現(xiàn)舵承間隙以及舵密封間隙超差、軸舵線不相交值超差、舵線垂直度超差等情況。

圖8 舵套筒焊接

6.軸承澆注：在環(huán)氧樹脂廠家指導(dǎo)下進(jìn)行尾管軸承澆注安裝。

7.復(fù)光檢查：在尾管軸承環(huán)氧樹脂固化后進(jìn)行復(fù)光檢查，主要檢查如下：

(1)利用望光儀器檢查各軸承前后止口同心度，如圖9所示，并使用激光儀器進(jìn)行自檢校驗(yàn)艉軸承斜度；

圖9

(2)利用望光儀器檢查首基點(diǎn)偏差；

(3)利用望光儀器檢查軸線與舵線不相交值；

(4)使用內(nèi)徑千分尺，檢查各個軸承內(nèi)徑。

8.穿軸、附件安裝：在軸系復(fù)光合格后，進(jìn)行穿軸及軸系附件安裝。尾軸密封等按照設(shè)備廠的要求步驟及各部件間隙進(jìn)行安裝，并進(jìn)行密性檢查。

主要技術(shù)難點(diǎn)：由于尾軸長度約20米，如何避免軸端部對尾管軸承的刮碰造成軸承損壞是該項(xiàng)工作的關(guān)鍵。

軸系水下校中

軸系校中應(yīng)在船舶下水，船體應(yīng)力釋放完成后進(jìn)行，不得少于48小時。軸系校中好壞決定了軸系運(yùn)行穩(wěn)定性，輕者軸承受力不均磨損加重，引起船體振動，重者軸承燒損，推進(jìn)系統(tǒng)失效，引發(fā)航行安全事故。

1.軸系校中條件：

(1)船上大型設(shè)備已調(diào)入艙內(nèi)就位，在校中過程中禁止大型設(shè)備遷移及壓載變動；

(2)螺旋槳及軸處于自由狀態(tài)，除用于校中所需的支撐外，不受外力；

(3)船舶浮態(tài)處于規(guī)定狀態(tài)，如螺旋槳浸沒百分比，船體縱傾橫傾角度在規(guī)定范圍；

(4)軸系校中檢驗(yàn)時，應(yīng)避免陽光直接照射，并停止相關(guān)區(qū)域振動性作業(yè)。

2.本船軸系校中主要有如下幾個方面及步驟：

(1)齒輪箱嚙合檢查：檢查齒輪箱齒間嚙合面積，應(yīng)滿足船級社及設(shè)備商要求，或不低于70%；

(2)各軸連接端縫差及偏移：按照軸系校中計算書要求，在正確的位置設(shè)置軸臨時支撐，調(diào)整支撐軸承及臨時支撐高度，測量各軸連接端縫差及偏移，使其滿足校中計算書要求；

(3)連接軸系螺栓，支撐軸承及齒輪箱仍采用調(diào)整螺栓臨時固定，初步測量軸承負(fù)荷，其值應(yīng)在規(guī)定值的20%以內(nèi)，超差應(yīng)進(jìn)行調(diào)整；

(4)正式安裝支撐軸承及齒輪箱，測量軸承負(fù)荷進(jìn)行交驗(yàn)與確認(rèn)；

(5)測量齒輪箱齒間嚙合面積；

(6)根據(jù)主機(jī)冷態(tài)對中對熱膨脹量補(bǔ)償要求以及旋向補(bǔ)償要求，調(diào)整主機(jī)位置，測量主機(jī)飛輪端與齒輪箱輸入端縫差與偏移，需滿足高彈聯(lián)軸器安裝要求；

(7)調(diào)整軸帶發(fā)電機(jī)位置，需滿足高彈聯(lián)軸器安裝要求；

(8)安裝主機(jī)及軸帶發(fā)電機(jī)，安裝高碳聯(lián)軸器；

(9)測量軸承負(fù)荷及主機(jī)曲臂差，軸系校中安裝完成。

圖10 軸系縫差及位移測量

圖11 主機(jī)及軸發(fā)與齒輪箱對中測量

圖12 主機(jī)曲臂差測量

3.主要技術(shù)難點(diǎn)及重點(diǎn)：

(1)船舶浮態(tài)控制：在軸系縫差及位移測量開始至負(fù)荷交驗(yàn)結(jié)束，應(yīng)控制船舶浮態(tài)(重量)不應(yīng)有較大變化，本船軸系長度達(dá)50米，當(dāng)軸線有0.1度變化時，另一端高度差將達(dá)到90mm左右，將會導(dǎo)致軸承負(fù)荷超差以及主機(jī)安裝高度超差。本船在軸系負(fù)荷階段由于壓載變化，導(dǎo)致軸承負(fù)荷不滿足要求，主機(jī)墊塊高度變化約20mm左右，壓載調(diào)整為初始狀態(tài)時，方滿足要求。

(2)齒輪箱環(huán)氧墊片收縮率：在進(jìn)行齒輪箱與中間軸位移測量時，應(yīng)考慮到環(huán)氧樹脂澆注后的收縮率，否則會導(dǎo)致齒輪箱后軸承負(fù)荷及其相鄰軸承負(fù)荷超差。

(3)環(huán)境溫度：在主機(jī)及軸發(fā)與齒輪箱對中時，環(huán)境溫度的補(bǔ)償量應(yīng)考慮進(jìn)熱膨脹修正中。

(4)測量軸承負(fù)荷的千斤頂臨時基座強(qiáng)度應(yīng)足夠強(qiáng)，否則會導(dǎo)致頂舉曲線失真，或?qū)е螺S承負(fù)荷比實(shí)際要輕。

相關(guān)總結(jié)

本船交付已有一年多，實(shí)船軸系運(yùn)行情況非常好，軸系振動及噪音也較類似船舶低，但在建造過程及營運(yùn)過程中，也有一些問題逐步顯現(xiàn)出來，有待進(jìn)一步優(yōu)化及改進(jìn)：

1.由于齒輪箱槳側(cè)未配備離合器，在進(jìn)行軸發(fā)系泊試驗(yàn)時，軸承的磨合未完成，軸發(fā)試驗(yàn)時艉軸轉(zhuǎn)速將達(dá)到最大轉(zhuǎn)速，有引起艉管軸承高溫的風(fēng)險。

2.本船為客滾船，每一航次均需在碼頭進(jìn)行兩次裝卸車輛，在這過程中需使用軸發(fā)，螺旋槳螺距為零，槳空載運(yùn)轉(zhuǎn)消耗功率也將近15%MCR，增加了不必要的能耗。