某新型船主推进系统安装工艺革新

王凤良 ， 徐正强

(1.驻上海沪东中华造船(集团)有限公司 军事代表室, 上海200129；2. 沪东中华造船(集团)有限公司， 上海 200129)



某新型船主推进系统安装工艺革新

王凤良1， 徐正强2

(1.驻上海沪东中华造船(集团)有限公司 军事代表室, 上海200129；2. 沪东中华造船(集团)有限公司， 上海 200129)

针对某型舰船采用高强钢薄板建造，结构总纵强度较弱，长轴系多轴承，且主机和齿轮箱双隔振安装等情况，其轴系安装与校中难度较大，采用传统的建造工艺难以保证建造质量和效率。研究液压镗排镗孔、方程优化法轴承负荷测量与调整及主机反变形对中等3个关键工艺，与传统工艺相比，可明显提高质量，缩短建造周期。

舰船；主推进系统；安装工艺

0 引言

某新型舰船船体采用了高强钢薄板材料及铝板材料，主动力为双机双桨推进，轴系较长，主机与齿轮箱同时采用弹性隔振安装。在建造过程中，推进系统安装面临3道难题：一是由于设计结构特点，导致其对轴架及艉轴承镗孔精度和变形控制的加工要求很高；二是由于其结构较弱、总纵强度差，外加潮水、温度变化等不利因素产生附加负荷，使轴承负荷数据不稳定，轴系负荷调整误差大、周期长；三是主机与齿轮箱均非刚性连接，设备安装和对中的难度很大，甚至海试后还需调整。为解决上述问题，在实际建造中，通过采用液压镗排镗孔、方程优化法负荷预测与调整、主机反变形对中等工艺，效果十分显著。

1 液压镗排镗孔工艺与应用

设计采用专用液压镗排，对艉轴管、轴架进行镗孔，以此取代传统的机械电机拖排(后文简称传统拖排)镗孔，以提高镗孔平稳性和切削精度。镗孔时将液压排镗轴两端轴承与托架连接固定。镗轴末端安装动力头。工作时，通过液压泵组连接动力头驱动镗排转动。通过固定镗排末端齿轮摇把带动镗轴内丝杆给予镗刀前后移动。如图1所示。

图1 液压镗排镗孔与机械电机拖排镗孔

液压镗排在施工中振动小，切屑量均匀，镗孔后孔径偏差在0.01～0.03 mm，而机械电机拖排镗孔孔径偏差在0.07～0.09 mm。液压镗排加工完内孔表面粗糙度达到3.2 μm，而机械电机拖排镗孔后一般为12.5 μm，经抛光后才能达到6.3 μm。轴孔加工质量明显提高，有利于提高轴承的安装质量。表1为某船分别采用液压镗排镗孔与机械电机拖排镗孔精度对比。

表1 液压镗排与机械电机拖排镗孔精度对比

液压镗排镗孔在搭排和拆排阶段取消了万向节接头和导轨的安装，用工明显减少。在切削效率上，粗加工阶段液压镗排镗孔一次可切屑5～6 mm，而机械电机拖排镗孔一次只能切屑2～3 mm。整个镗孔周期可缩短40%。图2为某船采用液压镗排镗孔与机械电机拖排镗孔效率对比。

图2 液压镗排与传统拖排镗孔效率对比

2 程序优化法轴承负荷预测与调整工艺

传统的轴承负荷预测方法一般为试凑法，即根据给出的一组轴承位移，求出一组相应的轴承负荷，如果数据在设计范围内则收集，不在则重新再给出一组数据，直到试凑到合理区间为止。然后分析所得到的多组数据，选出负荷最佳的为优，以找到最佳负荷分布与之相对应的轴承变位组合。

鉴于某些舰船长轴系多轴承且结构强度偏弱的情况，采用传统的试凑法预测负荷，计算量将非常大且要反复调整，测力周期一般要6～8周，效率低下。为此，基于试凑法的结果进行逆向推导，设定对于长轴系上有n个轴承，其最佳负荷分布Y(1-n)与之相对应的最佳轴承变位组合X(1-n)是一个具有线性关系的方程，那么在给定约束条件下，可求出目标函数的极大值或极小值。因此，可将最佳负荷分布和最佳变位组合设定为线性关系，通过目标函数方程求出最优解答。

上述给定约束条件主要包括：(1) 各轴承位移之和最小，且艉轴管后轴承负荷减小最多；(2) 调整后的位移使各轴承负荷Ri在设计范围内，有Rmin

某系列船轴系在船内分布有2个中间轴承和1个推力轴承，设有2段轴架。推力轴承内部有前后2个径向轴承，即船内轴系上总共有4个支撑点。推力轴承内部的2个支撑点相距500mm，影响系数非常高，最高达到400kN/mm(4kN/0.01mm)，2个中间轴承对于推力轴承影响系数分别约为0.7kN/0.01mm和0.2kN/0.01mm。推力轴承的负荷误差允值为±1.3kN，因此调整难度极大。中间轴承的负荷误差允值为±2.3kN。根据推力轴承的特性，如果推力轴承数据超差或曲线无拐点，则暂不需调整推力轴承，可通过微调中间轴承来调整推力轴承负荷(如果需要较大的变动，则可通过调整推力轴承螺栓，使推力轴承误差在±20%内即可)。为此在建立优化方程时主要调整2个中间轴承。

根据上述方法的论证，编制出基于ExcelVba的应用程序，并可在输入初始测量负荷后得出一个或多个调整方案。图3为某船采用方程优化法预测输出的轴系精确调整方案截图。

图3 某船采用方程优化法预测和调整轴承负荷截图

通过方程优化法预测和调整轴系负荷，从某系列船4#船起实船应用效果明显。1#船、2#船中间轴承负荷误差由1#船(采用试凑法)的5%左右下降到8#船的2%以下，推力轴承前后负荷误差由1#船的7%以上下降到8#船的2.5%左右，逐步靠近理论值。具体如表2所示。该船测力总周期由1#船的49天逐步缩短到8#船的21天，缩短周期50%以上。

表2 某系列船1#～8#船轴承负荷与预测值误差比对 %

3 主机、齿轮箱双隔振下的对中反变形工艺

对于主机和齿轮箱均采用弹性隔振的情况，在舰船中较为少见(一般仅主机隔振)，实践中缺乏成熟的工艺积累。在传统工艺中，隔振装置在内场事先预压若干时间，并记录避振器的压缩量，船舶下水后再进行隔振装置压重，测量避振器的压缩量趋于稳定后进行对中。等到动力装置系泊试验完，复测对中数据，若出现偏差，一般采取在隔振装置与设备之间加入或抽去薄垫片的方法进行调整。复测数据和调整工作量很大，甚至有时船舶海试后还需调整。然而，对于某型船主机和齿轮箱均采用弹性隔振、且船体结构和材料较为特殊的情况，影响对中数据偏移(走中)的因素更复杂，对中数据调整工作量太大，为此，针对某型号主机/齿轮箱安装研究提出了对中反变形工艺。

3.1 主机/齿轮箱走中原因分析及验证

采取因素分析法，分析主机/齿轮箱走中的各种可能因素(见图4)。对各因素逐一进行验证，如表3所示。

图4 主机/齿轮箱走中原因分析

序号末端因素验证方法验证结果是否要因1船舶吃水在不同的吃水情况下测量对比数据对比不同是2江面水文在不同的潮高情况下测量对比数据对比相同否3天气温度在白天和夜晚测量对比数据对比相同否4避振器压缩不到位比对避振器预压高度检查表主机避振器高度不稳定是5锁紧装置松动检查锁紧装置是否工作正常能正常锁紧否6代重沙袋不到位检查油水代重沙袋重量和位置主机的代重位置无法与正常油水位置作对比是7船校管路不到位检查软管是否受力受力情况下有微量影响否

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通过分析比对数条船的对中和避振器压缩变化量的数据，基于分析验证，通过调整船舶吃水状态保持一致，并保证代重沙袋重量和位置一致，将影响主机/齿轮箱走中的因素锁定为避振器压缩量变化。

3.2 对中反变形量确定

发现每条船海试后，径向偏差均体现在主机位置偏低，角向偏差均体现在上开口较大。经数据线性计算分析，对主机初次对中测量垫片时，可预先将主机对中放置防变形量，将主机抬高0.6 mm，角向偏差调整在下开口0.25 mm。

主机对中放置反变形量后，某型船各条船开口偏差值和位移偏差值均有明显减小，完全满足标准要求。海试后基本不用调整，效果十分显著。如表4所示。

表4 某船海试后主机开口偏差和位移偏差数据统计 mm

4 结束语

通过对液压镗排镗孔、方程优化法轴承负荷预测与调整、主机反变形对中工艺的实施，实船建造质量明显提升，轴系安装及测力周期大幅缩短，也相应减少了大量人工工时，具有积极的应用价值。

[1] 周瑞.舰船推进轴系校中的多目标优化计算方法[J]. 中国舰船研究，2013，3：73-77.

[2] 龚涛.高新舰船长轴系施工质量和周期的过程控制[D]. 上海：上海交通大学，2014.

Technical Innovation of a Ship's Main Propulsion System Installation

WANG Fengliang1, XU Zhengqiang2

(1.Navy Representative Office of Hudong Zhonghua Shipbuilding Co., Ltd., Shanghai 200129, China;2.Hudong Zhonghua Shipbuilding Co., Ltd., Shanghai 200129, China)

It is difficult to ensure the quality and efficiency of the navy ship by the traditional construction technology, as the navy ship is constructed by high-strength steel sheet, and the main engine/gearbox is installed by double-stage vibration-isolation. A new installation technology is introduced in the following aspects: hydraulic boring process, equation method measurement of bearing load, and anti-deformation alignment of the main propulsion system. Compared with the traditional technology,it has significant advantage in improving construction quality and efficiency.

navy ship; main propulsion system; installation technology

王凤良(1965-)，男，高级工程师，主要研究方向为舰船轮机工程

1000-3878(2017)02-0060-04

U

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