某型船轴系合理校中工艺探讨*

陈东明 任晋宇

(武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065)

某型船轴系合理校中工艺探讨*

陈东明 任晋宇

(武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065)

文章通过对某型船轴系采用合理校中计算分析，提出了针对该型船的轴系校中工艺和方法，利用compass软件进行理论计算，得到该船轴系合理校中的曲折、偏差数据，并对轴承比压、反力进行了计算，满足规范要求。

轴系合理校中；曲折；偏差；轴承反力

在船舶建造过程中，轴系校中是船舶动力设备安装过程中的重要组成部分，其作用十分关键。船舶轴系校中质量的精度对民用船舶来说，直接关系到船舶安全航行性能及船员、乘客的舒适性；对军用舰船来说，直接影响其战斗性能及船舶的隐身性能。可见，船舶轴系校中质量有着十分重要的作用。

近年来，随着建造大型船舶的出现，对船舶轴系校中工艺也在飞速发展。目前常见的轴系校中工艺有直线校中法、三弯矩法、负荷校中法。针对型号不同的船舶，长短不一的轴系，选择合理的轴系校中工艺，成为当前船舶建造过程中迫切需要解决的重要课题之一。目前在轴系校中工艺研究领域较多的为动态合理校中法。国内外许多学者进行了相应的研究，张敏等[1]建立了大型船舶推进轴系校中多点非线性弹性支承计算模型，研究轴承处负荷分布情况，王宏志等[2]对中间轴承对船舶轴系力学状态影响进行了数值模拟。万忠等[3]对LNG船轴系校中的船体变形进行了计算分析。MANNG[4]考虑了非线性支撑对油船的轴系对中的影响。本文拟对某型船轴系校中工艺进行动态合理校中研究。

1 轴系布置及基本参数

1.1 轴系布置

船舶轴系主要由螺旋桨、艉轴、艉轴承、中间轴、中间轴承及主机等组成。如图1为轴系布置简图。该轴系由柴油机、短轴、中间轴、艉轴、艉管装置、艉轴密封装置、螺旋桨等组成。

图1 轴系布置简图

1.2 轴系基本参数

主机：LB8250ZlC-17，功率：1470kW，转速：750rpm。齿轮箱：GWC49.54，大齿轮前轴承(滚动轴承)处轴径：260mm，大齿轮前轴承(滚动轴承)长度：80mm，大齿轮后轴承(滚动轴承)处轴径：240mm，大齿轮后轴承(滚动轴承)长度：72mm，尾管后轴承直径255mm，长度为560mm，尾管前轴承直径220mm，长度为280mm。

1.3 轴系校中条件

船舶尾轴轴系校中区域分段建造合拢完成后，根据计算模拟船舶下水状态的受力及变形状态，同时考虑螺旋桨所受的重力和浮力状态，确定轴系临时对中状态，轴系校中模型如图2所示，表1列出了轴承序号及对应的支撑位置，并标注了轴承长度。

表1 轴承相关参数

按照轴系校中作业指导书要求，根据船舶下水后，受力状态发生变化，模拟尾部变形计算数值，同时考虑在螺旋桨轴法兰上方施加由螺旋桨重力和浮力所引起的外力。在船台校中时，保证轴系必要的偏移和曲折。轴系偏移和曲折及轴承的分布情况见图3。

2 轴系校中计算

轴系采用合理校中方法，一般对于短轴系的船舶，先进行直线对中计算，计算在该工况下轴系的弯矩与轴承负荷，然后根据计算结果及反力影响系数进行优化，最后得到能满足所有要求的优化结果[5]。考虑图1所示的校中分析模型，将其简化为超静定的简支梁系统。根据弯矩的叠加原理与力的独立作用原理[6]，考虑轴系中的轴承数n任意截面k，其弯矩可以表示为：

式中，MRi为第i个轴承反力对截面k的弯矩，n为反力的个数；MEj表示为第j个外力对截面k的弯矩，m为外力的个数。

本文采用中国船级社审图软件compass中船舶轴系校中模块进行计算，在计算中钢的密度取7800kg/m3；海水密度取1080kg/m3；滑油密度取950kg/m3，将螺旋桨作为集中载荷考虑，在校中时模拟螺旋桨在水下状态时，需考虑浮力对螺旋桨的影响，螺旋桨集中载荷设定为螺旋桨重量的90%。通过计算得到轴系总重量为33.82kN，轴承总反力为57.211k.N，表2列出了轴承反力影响系数，表3轴承偏移曲折等数据，表4列出了轴承比压、反力计算对比值。

图2 轴系校中模型

图3 轴系的偏移和曲折及轴承分布情况

表2 轴承反力影响系数(k.N/mm)(轴承升高1mm时产生的反力)

表3 轴承偏移曲折等数据

表4 轴承比压、反力计算对比值

通过对轴系强度校核，得到轴系变形位置图，图4为轴系挠度曲线。

图4 轴系挠度曲线

3 轴系安装工艺流程

现在船舶建造方式为分段建造、分段合拢后模式，在船舶尾部分段建造过程中，利用激光对中仪将艉轴管对正，通过照光，确定轴系中心线和艉轴管加工量，然后通过计算确定主机位置。艉轴承压装后，安装艉轴及舰密封，压装螺旋桨，进行中间轴，主机安装。在计算船舶在下水后的的漂浮状态，确定船舶尾部及轴系变形，确定进行主机和轴系高度位置参数。保证轴系在船台安装期间实现轴系合理对中状态。之后将主机，轴承，中间轴，螺旋桨对中调试，完成轴系的联接安装工作，使中间轴承的负荷在要求允许的负荷范围内。工艺流程下图5所示。

图5 工艺流程图

4 结论

本文通过对某型船轴系采用合理校中计算，提出针对该型船的轴系校中工艺和方法，利用compass软件进行理论计算，得到该船轴系合理校中的曲折、偏差数据，并对轴承比压、反力进行计算，满足规范要求。根据轴系合理校中的理论计算方法，按照轴系安装工艺指导书对轴系安装工艺进行研究，以期为工程技术人员提供指导。

[1]张敏，张广辉，刘占生.大型船舶推进轴系校中多点非线性弹性支承模型研究[J].船舶力学，2016(2):176-182.

[2]王宏志，魏海军，关德林，等.中间轴承对船舶轴系力学状态影响的数字模拟[J].船舶力学，2006(2):98-105.

[3]万忠，王佳颖，刘涛.LNG船用于轴系校中的船体变形计算分析[J].船舶与海洋工程，2016(6):16-21.

[4]MANNG.Shipyard alignment of propulsion shafting using fair curve alignment theory [J]. Navel Engineering Journal，1965(4): 651-659.

[5]耿厚才.船舶轴系的动态校中计算[J].中国造船，2006，47(3):51-56.

[6]柯坤章.关于力的独立作用原理的研讨[J].经典力学，1985(3):81-87.

2017-04-12

陈东明(1964-)，男，湖南长沙人，武汉交通职业学院高级实验师，主要从事轮机工程技术研究。任晋宇(1985-)，男，山西长治人，武汉交通职业学院讲师，主要从事船舶舾装工艺研究(通讯作者)。

10.3969/j.issn.1672-9846.2017.02.017

U664.21

A

1672-9846(2017)02-0081-04