某雙體客滾船軸系安裝工藝

李昌植

摘? ? 要：雙體船因其機動性和耐波性好，在客滾船市場得到廣泛的應用。軸系安裝是船舶建造過程中是很重要的一項工藝過程，本文重點介紹某雙體客滾船使用拉線定位方法進行軸系安裝的工藝和過程控制，闡述雙體船多軸系的安裝程序、生產(chǎn)準備及質(zhì)量控制。

關鍵詞：體船;軸系;安裝工藝

中圖分類號：U664.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： Because of its good maneuverability and sea keeping， catamaran has been widely used in the ro-ro passenger ship market in recent years. The installation of shafting is a very important process for ship construction. This paper mainly introduces the technology and process control of the shafting installation of the catamaran ro-ro passenger ship by using the wire positioning method， and expounds in detail the installation procedure， production preparation and quality control process of the shafting installation.

Key words： Catamaran; Shafting; Installation technology

1? ? ?前言

客滾船通常承擔江河、湖泊、島嶼以及大陸間的中、短途運輸任務，是一種用于載運車輛、貨物、游客以及為船上游客提供住宿和娛樂服務的船舶。近年來，隨著居民消費收入不斷增加，客滾船在全球市場的需求保持連續(xù)增長，其中雙體客滾船有著穩(wěn)性好、甲板開闊等優(yōu)點，在市場中表現(xiàn)尤為突出。

船舶軸系是船舶動力裝置的重要組成部分，承擔著傳遞動力、，實現(xiàn)船舶推進航行的目的。軸系的安裝質(zhì)量，直接關系到船舶推進系統(tǒng)的可靠性和船舶航行的安全性。雙體船一般采用雙軸系甚至多軸系推進，軸系的精準度對船舶的適航性影響更大。

本文以某雙體客滾船為例，詳細闡述雙體船多軸系拉線定位、現(xiàn)場安裝及質(zhì)量控制的過程。

2? ? ?軸系簡介

本船軸系由主機、齒輪箱、尾軸以及定距槳組成：主機與齒輪箱為整體組裝形式;齒輪箱輸出端與聯(lián)軸器通過法蘭鋼性連接;聯(lián)軸器安裝在尾軸前端;軸轂與船體直接焊接，尾管與船體軸轂之間通過環(huán)氧樹脂固定，軸系整體與船體基線呈4.5°夾角，如圖1、圖2、圖3所示。

本船為雙體、四機、四軸、雙舵系布置：軸系中心線距離船體中心線1 150 mm;船體中心線距離船舶理論中心線6 250 mm;舵系為靠舷外單側(cè)布置，距離船體中心線1 300 mm;左右舷機艙對稱布置。如圖4所示。

3? ? 軸系安裝工藝流程

軸承安裝工藝流程如下：粗拉線→安裝前后軸轂、舵套筒、焊接→主要設備進艙→尾管吊裝→尾管拉線定位→尾管環(huán)氧澆筑→軸承安裝→尾軸、螺旋槳安裝→舵桿、舵葉吊裝→尾管密封安裝→漁網(wǎng)割刀、保護罩等安裝→舵葉0位檢查→船舶下水→聯(lián)軸器安裝→軸系校中→軸系螺栓安裝→主機環(huán)氧澆筑和安裝。

其中，主要技術(shù)難點如下：

（1）首部靶架的定位和測量

各軸線首基點的定位準確是整體軸系拉線定位的基礎。本船為雙機艙、四軸系，與傳統(tǒng)單機艙船舶相比，還需要測量左右機艙軸系的相對位置，以保證左右軸線不會產(chǎn)生同向偏差。但是，左右機艙是獨立，互不相通的，如何保證首基點位置測量準確是拉線定位前的重要工作之一。

（2）軸轂焊接變形的控制

軸轂與船體外板有一定的夾角，軸轂與船體外板焊接部位為斜向并拉長的環(huán)形焊縫。焊接軸轂與外板間焊縫時，由于存在收縮移位軸轂會向靠近船外板方向偏移，而且艙內(nèi)與艙外收縮方向相反會更加放大軸轂定位的誤差。所以在軸系安裝過程中，應時刻監(jiān)控軸轂定位因焊接產(chǎn)生的偏差，并及時進行調(diào)整;同時在拉線定位軸轂時，也應考慮適當增加反變形余量，用以補償軸轂焊后因焊接收縮產(chǎn)生的位移誤差。

（3）尾管定位的測量方式

實船前軸轂內(nèi)尾管為前后兩段，需要對兩段尾管分別進行定位測量。尾管內(nèi)前后兩處測量點的位置相距越遠則定位越準確，因機艙內(nèi)空間擁擠、尾管內(nèi)徑偏小，使用傳統(tǒng)的內(nèi)徑千分尺測量時身體可能會干擾鋼絲，影響測量的準確性，所以選擇合適的測量方式很重要。

（4）保證多軸線相對位置的準確性

多條軸線同時拉線，軸線調(diào)整過程中很容易做到各測量點數(shù)據(jù)無誤，但多條軸線的方向卻不能保持一致。因此在保證各軸線測量位置準確的同時，還應將整個軸系四條軸線看成一個整體進行定位調(diào)整，保證各軸線間的相對位置準確。

（5）尾管環(huán)氧澆筑工裝的安裝

因尾管分為前后兩段，兩段尾管之間有1.5m長的空腔，在軸轂內(nèi)部尾管的端面處有一道環(huán)形鏤空區(qū)域，需要增加澆筑擋板工裝以保證環(huán)氧不會滲漏而流入空腔。該工裝應具有一定的剛性，環(huán)形區(qū)域直徑比尾管直徑大，環(huán)氧施工完成后還需取出工裝以免對后續(xù)船舶正常運行造成影響，工裝材料的選擇以及安裝方式是保證環(huán)氧施工順利進行的一道難題。

（6）驗證尾軸密封的可靠性

本船尾軸采用海水潤滑、冷卻的方式，僅機艙內(nèi)尾軸首部安裝有密封，以保證海水不會通過尾軸穿艙的位置進入船艙內(nèi);尾管尾部是開敞的，用于海水排除，尾軸密封安裝后尾管內(nèi)無法保持一個封閉的空間，需要采用有效的方式來驗證尾軸密封的可靠性。

4? ? ?拉線應具備的條件

4.1? ? 對船體建造進度的要求

（1）所有主甲板以下的船體結(jié)構(gòu)焊接和火工矯正工作結(jié)束;

（2）拆除上述區(qū)域內(nèi)臨時支撐和拉撐;

（3）機艙前壁往后各個與船體連接的艙室密性試驗結(jié)束;

（4）上建吊裝焊接結(jié)束;

（5）船體基線撓度檢驗合格，并由船體標出基線與船中線。

4.2? ?拉線施工的要求

（1）鋼絲線不允許生銹和彎折;

（2）施工盡量在晚間或陰天等環(huán)境溫度無急劇變化的時間進行;

（3）拉線檢驗時應停止所有會發(fā)生嚴重振動的作業(yè)。

4.3? ?鋼絲線撓度修正

由于鋼絲線的自身重力會產(chǎn)生垂直于軸線向下的位移，稱之為撓度。鋼絲線越長，其撓度越大。為此，為保證軸線中心的直線性，要將軸線拉線時各測量點所處的位置進行撓度修正（如圖5所示），實際測量值A與理論值的差和該測量點的撓度值Y相符，才能保證軸系定位的準確。

鋼絲線的拉緊力和均布負荷，見表1。

5? ? 拉線施工程序

5.1? ?軸舵系粗拉線

（1）在機艙內(nèi)找到船體中心線，根據(jù)軸系布置圖確認左右軸系中心線距離船體中心線的位置，并確定舵系中心線位置;

（2）每條軸線設軸系中心線靶架3處，包括外側(cè)和內(nèi)側(cè)靶架各3處：外側(cè)尾靶架（FR0）、中間靶架（FR7）、首靶架（FR10）;內(nèi)側(cè)尾靶架（FR0）、中間靶架（FR6+600 mm）、首部靶架（FR10）。其中，外側(cè)軸系中心線在FR0處距基線465 mm，內(nèi)側(cè)軸系中心線在FR0處距基線599 mm;測量實船F(xiàn)R10處軸系中心線距基線的高度，保證軸線與基線夾角為4.5°;舵機艙內(nèi)設置靶架1處，前后位置為FR0+300 mm，左右位置為距離船體中心線1300 mm，距離基線高度不少于舵桿和舵葉連接后的高度，左右舷對稱布置，如圖6所示;

（3）在尾軸轂穿船體的大概位置開一個小孔，讓鋼絲線通過，并在鋼絲線兩端懸掛30 kg配重塊將鋼絲線拉直;根據(jù)軸系布置圖檢查軸系中心線，應保證左右偏差不超過±3 mm、上下偏差不超過±7 mm、與船舶理論中心線的偏差≤4 mm;

（4）在通過船體中心線確定各機艙內(nèi)首靶架的位置后，還需通過激光儀或全站儀再次驗證首部靶架的位置是否準確，左舷與右舷軸系之間不應產(chǎn)生同向偏差;

（5）確定軸線位置以后，結(jié)合各測量點的撓度修正值檢查主機基座面板與軸系中心線的相對位置，并預估主機環(huán)氧墊塊的厚度;主機環(huán)氧墊片厚度為40mm，為防止墊片過薄，拉線時盡量使墊片高度向大的方向偏移，前后幾點可做適當調(diào)整，允許調(diào)整范圍為±2 mm;確定鋼絲線的位置以后，根據(jù)鋼絲線的中心畫出軸轂開孔圓，因船體外板線型和軸系與基線角度的影響，軸轂安裝位置開孔為一個不規(guī)則圖形，需多次測量、復核開孔圓的位置，并做好洋沖標記;

（6）在尾部 FR1+300 mm 肋骨處，距船舶中心線 +/-7550 mm處標出舵系中心線位置，進行拉線，長度要超過基線，使鋼絲線與軸系中心線相交，允許偏差150±2 mm;舵系中心線與基線的垂直度允許偏差為 1mm/m;根據(jù)拉線定位在外板上畫出套筒安裝開孔圓，以及套筒安裝后的檢查圓;

（7）船體開孔后，將軸轂、舵套筒均擺放到位后再拉線，測量各部件后端面到FR0肋位的距離，根據(jù)軸舵系布置圖定位軸轂、舵套筒。定位時應注意軸轂的頂升螺栓孔的方向，需錯開與船體焊接的位置，以避免焊縫堵死螺孔導致后期尾管頂升螺栓無法安裝;尾軸轂定位以后，通過各測量點（A、B、C、D）的實際測量值與各點的撓度計算值來修正調(diào)整，上下、左右距離相等即可，偏差控制在±1 mm以內(nèi);

（8）軸轂、套筒各部件定位后鎖死活定位，必要時需增加支撐工裝，預防因焊接變形導致部件定位出現(xiàn)偏差;為減少焊接變形，應注意各部位的焊接順序;焊接過程中應注意散熱，防止高溫引起套筒橢圓度變化過大;應隨時檢查軸轂和套筒內(nèi)孔中心線偏差和水平偏差，必要時可適當調(diào)整焊接順序，焊后套筒中心線與軸線偏差不大于±3 mm，垂直度偏差 1 mm/m以內(nèi);

（9）焊接工作結(jié)束后，應對軸轂焊縫進行必要的無損探傷或密性檢查試驗，以保證機艙的水密性未被破壞。

5.2? ? 尾管安裝

（1）軸轂等與船體連接部件焊接后，需拆除首部靶架，鋼絲線與配重塊后移至中間靶架位置;機艙內(nèi)主機、發(fā)電機、齒輪箱等大型設備進艙固定，以保證船舶重量接近空船重量80%，如遇特殊情況無法滿足，應準備合適的配重進艙用于代替設備重量;

（2）尾管吊裝前做好環(huán)氧澆筑區(qū)域的清潔工作，拆除尾管端蓋，依次將尾管緩慢吊入并安裝頂升螺栓，尾管上TOP標記應朝上;

（3）尾管吊裝到位后穿過尾管、尾靶架與中間靶架再拉線。此時，通過頂升螺栓調(diào)整尾管的軸向和中心位置，測量尾管各定位點 （H、J、K、L、M、N）處中心線與鋼絲線的距離，并通過各測量點撓度計算值來修正調(diào)整，保證尾管中心線偏差不大于±2 mm、澆筑環(huán)氧厚度不低于要求值并做好測量記錄;在尾管定位測量中應注意，由于首部靶架的移位各測量點的鋼絲線撓度已發(fā)生改變，撓度值需要重新計算，如圖7所示。

（4）環(huán)氧澆注采用壓力式注入，需由專業(yè)廠家持證操作。澆注過程中，隨機澆注6個試樣塊用于后期硬度測試;環(huán)氧澆注結(jié)束后待環(huán)氧樹脂完全硬化，拆除環(huán)氧澆注工裝，環(huán)氧樹脂前后斷面涂上密封膠，各工藝孔外部焊圓鋼板密封;

（5）環(huán)氧澆注工作結(jié)束后，應對尾管環(huán)氧澆筑區(qū)域進行必要的密性檢查試驗;

（6）尾管與舵套管安裝結(jié)束后，冷凍安裝前、后賽龍軸承和舵套管襯套，因本船為水冷軸系，安裝時應注意賽龍軸承內(nèi)流水槽的安裝方向。

6? ? 軸、舵的安裝

多軸系安裝中，尾軸及各附件數(shù)量是普通單軸系船的好幾倍，穿軸工作是一項大工程。在尾軸、舵桿等安裝前對各部件進行全面清潔，并仔細核對各部件與尾軸的對應關系以及安裝順序，安裝前應滿足其他部件的安裝要求，以免造成不必要的返工。

如果施工場地允許，可參照圖紙及廠家要求，將螺旋槳與尾軸、舵桿、舵葉對應安裝到位再一併上船安裝;螺旋槳壓裝前，應檢查各螺旋槳對應的尾軸及螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向，在同一舷側(cè)相近的螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向應相反并向外旋轉(zhuǎn)，如圖8所示;壓裝后，測量壓裝尺寸，并做好安裝記錄和設備保護;各尾軸對應安裝的位置應做好標記，以避免在后續(xù)穿軸時出現(xiàn)吊裝錯誤。

6.1? ? 穿軸

（1）尾軸前端安裝進軸牽引工裝，將尾軸首端從船尾緩慢穿入尾管，穿裝過程中避免碰撞，尾管內(nèi)非軸承位的位置應滿足防腐要求，注意保護賽龍軸承，如圖9所示;

（2）尾軸吊裝到位后，檢查尾軸與軸承之間的間隙，前后軸承底部應無間隙，左右間隙為總間隙的40%～60%，測量并記錄數(shù)據(jù);

（3）按照廠家指導說明書，安裝尾軸首密封裝置;

（4）制作工裝固定尾軸，防止尾軸軸向移動。

6.2? ? 吊裝舵桿、舵葉

（1）吊裝前，檢查襯套和下舵承內(nèi)是否干凈，舵裝置各部件是否干凈，清潔舵桿表是否干凈后再進行安裝;

（2）吊裝舵桿、舵葉時，應核查左右舷的舵桿與對應的舵柄鍵槽的方向及舵柄的朝向，保證舵桿、舵葉安裝方向與圖紙一致，防止舵桿、舵葉安裝后與舵機液壓缸伸縮方向不一致，導致返工。

7? ? ?船舶下水前的準備工作

（1）安裝繞繩器、防護罩等零部件;

（2）尾軸前端應做好標記，記錄標記位置以及首密封與尾軸的間隙，以便于下水后確定尾軸的位置;

（3）測量舵葉0位時前后各點距船舶中心線的距離，檢查舵葉0位的準確性，并用樣沖在舵桿與舵承上做好對應的連續(xù)標識;

（4）尾軸首密封安裝后，應進行必要的密性試驗檢查。因為實船尾管是開敞式的，無法進行水壓試驗，我們選擇將首密封兩個進水口改裝，一個進水口連接壓縮空氣、一個進水口接壓力表，尾管末端采取簡易封堵，通過持續(xù)通入壓縮空氣，在尾管首密封位置建立適當?shù)臍鈮海浜蠂姺试硭姆椒z查首密封的可靠性，得到了船東和船檢的認可，同時也在后續(xù)船舶下水后驗證了該方法的切實可行。

8? ? 軸系對中及主機安裝

8.1? ?軸系對中

尾軸聯(lián)軸器與齒輪箱輸出端為法蘭連接，若兩端軸對中不良，尾軸高速旋轉(zhuǎn)中會造成嚴重的機械振動，從而影響軸系運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。為了滿足船舶軸系工作的穩(wěn)定性和振動要求，必須進行軸系對中。

通過測量兩端軸法蘭面的偏移值，調(diào)整主機以滿足軸系對中要求，如圖10所示。

8.2? ?主機安裝

對中合格后，固定主機以及聯(lián)軸器與齒輪箱輸出法蘭進行螺栓孔加工，并安裝連接螺栓，如有必要可測量主機安裝前的拐檔差;清潔主機底座平面和基座面板平面，進行主機環(huán)氧澆注，并隨機澆筑試樣塊。環(huán)氧澆注過程中，主機周圍應停止焊接、打磨、氣割等工作;環(huán)氧凝固后，配鉸主機螺栓孔，根據(jù)孔的實際尺寸加工并安裝主機底腳螺栓，全部螺栓孔底座下表面應锪平。

9? ? 小結(jié)

通過實船軸系工藝安裝過程，發(fā)現(xiàn)下列問題還需要進行充分的討論和改進：

（1）雙體船兩側(cè)船體僅通過主甲板連結(jié)橋相連，船舶中間出現(xiàn)大面積鏤空空間，在船體造好進行拉線工作之前，需要使得船舶達到自由狀態(tài)。根據(jù)實船安裝經(jīng)驗，移除船體與胎架的連接、拆解掉船體支撐以后，兩側(cè)船體會有不同程度的向船中收縮，在船體收縮以及船體線型、軸線傾斜度等因素的影響下，在后續(xù)軸系拉線過程中，根據(jù)理論軸線位置確定的軸轂與船體焊接的位置，會出現(xiàn)較大的位移差，致使環(huán)氧澆筑透氣孔的位置不夠，甚至會偏出船體，還會出現(xiàn)頂升螺栓的螺孔會被焊縫擋住的情況。為此，需要旋轉(zhuǎn)軸轂使得透氣孔不在正上方，或者適當前后移動軸轂偏離預定位置來調(diào)整，因此如何降低船體脫胎后的變形，值得進一步研究探討;

（2）前軸轂內(nèi)尾管為分段式，無法保證數(shù)據(jù)測量的準確性;另外，前軸轂與后軸轂之間無任何保護，尾軸工作時是完全暴露在海水里的，旋轉(zhuǎn)的尾軸會有與水中雜物碰撞或纏繞，得不到有效的保護。為此，軸轂設計中可考慮將前、中、后三段尾管制作成一個整體，既方便了定位過程中的數(shù)據(jù)測量，也對尾軸有一個良好的保護，同時還解決了尾管環(huán)氧澆筑后內(nèi)部擋板不方便拆除等問題。不過，加長了尾管長度，對尾管的加工精度及尾軸使用海水冷卻和潤滑，是否有影響還有待驗證;

（3）實船軸轂上頂升螺栓的螺孔為四個方向，相鄰螺孔夾角為90°?，F(xiàn)場安裝過程中，因船體脫胎變形，頂升螺栓的螺孔極易被軸轂焊縫覆蓋住，如果舍棄一個螺孔又會造成尾管在該方向上無法調(diào)整，如果把尾管設計為一個整體，只需要保留軸轂前后兩端的螺孔，使得調(diào)整螺孔可以更靠近軸轂端部;或者也可把四個方向的螺孔調(diào)整為三個方向開孔，相鄰螺孔夾角為120°，這樣可大大的降低螺孔被焊（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）

縫覆蓋的風險;

（4）因尾軸與船體基線有一定夾角，尾軸也相對較長，在后續(xù)穿軸過程中，要保證螺旋槳或尾軸端部與地面有一定的高度空間才能順利施工，所以在前期胎架制作過程中要充分考慮穿軸施工時必要的高度空間，而且如果高度空間足夠，則螺旋槳與尾軸、舵桿、舵葉均可在車間先裝配好后再一起吊裝，節(jié)省施工時間的同時也降低了現(xiàn)場施工的難度。當然，考慮預留安裝所需高度空間時，也要考慮胎架整體抬高所產(chǎn)生的材料成本、后續(xù)施工所需吊裝高度等其他問題。

通過對雙體船多軸系安裝工藝研究，明確軸系安裝工藝流程，確保安裝過程和質(zhì)量控制滿足各項安裝技術(shù)要求。本文對同類型雙體船舶多軸系安裝，有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1]李強等.中國造船質(zhì)量標準[S].2016.