有纵倾角和外偏斜角舵桨机传动装置的校中安装工艺

王志珍， 张潮宏

(1.广东省职业技术教研室， 广东 广州 510115；2.中交四航局江门航通船业有限公司， 广东 江门 529145)

0 引 言

舵桨机推进的突出特点是操纵性能好，螺旋桨可绕垂直轴作360°回转。特别是采用双机的船舶，更能显示其优越性，其可以使船舶原地回转、紧急停止、急速转弯、快速进退、横向移动以及微速航行等。因此，舵桨机在港内作业船和航行于狭窄航道的小型运输船上得到广泛应用[1]。

对于某些具有双轴系的船舶，为了使螺旋桨桨叶边缘距离船外板有一定空隙，或出于机桨布置需要，容许轴线在纵向有一个倾角，在水平投影上离开船舶中线面向外或向内偏斜一个角度。

中交四航局江门航通船业有限公司首次建造大型开体泥驳，该开体泥驳的舵桨机舵线纵倾3°、外偏斜5°。实船舵桨机的安装、轴系的校中和主机的合理布置精度要求高、工艺复杂，是该船建造的一个难题，有必要对其进行研究详述以供参考。

1 实船轴系布置及舵桨机安装工艺方法分析

某实船参数：总长97.01 m，型宽18 m，型深6.1 m，设计满载吃水5.4 m，泥舱容积3 015 m3，最大开启2×20°,航速(100% MCR)11.8 kn，采用双机、双舵桨推进，其轴系布置如图1所示。

图1 某实船开体泥驳轴系布置

实船左、右半体各设有1台主机，对称布置，主机额定功率为1 765 kW，825 r/min。主机通过高弹性联轴器、中间轴、万向轴、舵桨机进行推进，舵桨机舵线纵倾3°、外偏斜5°。实船舵桨机安装的难点在于舵桨机基座的定位和安装。

舵桨机基座的安装要求是向船尾纵倾的同时还须向船外偏斜，其定位安装方法如下：第一种方法是将舵桨机基座安装法兰厚度、O型密封圈槽在车间按要求尺寸加工到位，直接吊至船体结构上进行定位焊装，通过精确控制焊接变形量使其达到要求；第二种方法是将舵桨机基座的安装法兰厚度留有裕量，将舵桨机基座吊到船体结构上定位焊装，通过适当控制焊接变形量，待其安装完毕后，再现场加工基座法兰平面，并加工O型密封圈槽到规定的尺寸。

方法一精确控制焊接变形难度大，一旦变形超标，后续打磨以及采取反变形矫正难度大、时间长、劳动强度大；方法二易控制精度、劳动强度小，但需要准备现场加工基座法兰平面和O型密封槽的铣削机。因此，实船决定采用第二种方法。

2 实船舵桨机安装及轴系和主机校中安装工艺具体实施

2.1 舵桨机基座的安装工艺

舵桨机基座在车间整体制作，安装面板法兰厚度预留5 mm加工裕量，基座定位后直接焊装至船体结构上，安装工艺如下：

(1) 拉轴线、舵线和舵桨机基座中心线

根据轴系布置图，通过理论计算确定基准点坐标，用拉线法[2]拉出舵桨机输入轴中心线、舵桨轴中心线、舵桨机基座法兰中心线，如图2所示。

图2 舵桨机轴线、舵线和基座中心线拉线图

图2为左半体机，右半体机对称布置。根据轴系布置图，已知：O点坐标为x=FR 0 ；距舯y=5 250；距基线z=4 535；舵桨机舵线纵倾3°；外偏斜5°。计算各基准点坐标如下：

基准点1坐标：x=FR 4；距舯y=5 250；距基线z=4 535-2 400 tg3°=4 409。

基准点2坐标：x=FR -5；距舯y=5 250；距基线z=4 535+3 000 tg3°=4 692。

基准点3坐标：x=FR 0+500 sin3°=FR 0+26.2；距舯y=5 250-500 sin3°tg5°=5 247.7；距基线z=4 535+500 cos3°=5 034.3。

基准点4坐标：x=FR 0-4 535 tg3°=FR 0-237.7；距舯y=5 250+4 535 tg3°tg5°=5 270.8；距基线z=0。

基准点5坐标：x=FR 0+500sin3°+400=FR 0+426.2；距舯y=5 250-500 sin3°tg5°=5 247.7；距基线z=4 535+500 cos3°-400tg3°=5 013.3。

基准点6坐标：x=FR 0-4 535tg3°+400=FR 0+162.3；距舯y=5 250+4 535tg3°tg5°=5 270.8；距基线z=0。

(2) 舵桨机基座的定位与安装

舵桨机基座在车间制作完毕后，在法兰面上划十字线，确定前、后、内、外等4点，分别定为A、B、E、F，计算A、B、E、F等4点坐标，将舵桨机基座吊上船，按计算好的A、B、E、F等4点坐标定位并焊装。舵桨机基座前、后、内、外定位坐标如图3所示。焊接时要求2名焊工同时进行，由船内、外侧到船首、尾侧对称作业，尽量减少变形量。

图3 舵桨机基座前、后、内、外定位坐标图

根据轴系布置，舵桨机基座安装、精加工完毕后，其上平面A、B两点距轴线距离为555 mm(见图1)。由于实船舵桨机基座制作时法兰厚度预留5 mm加工裕量，因此，舵桨机基座A、B、E、F在定位安装时，距轴线距离应按550 mm计算(见图3)。

已知O点坐标，可计算C点坐标：

x=FR 0+(400-550sin3°)=FR 0+371.2；y=5 250+550sin5°=5 297.9；z=4 535-400sin3°-(550-550tg3°sin3°-550tg5°sin5°)=3 969.8。

A点坐标：

x=FR 0+371.2+1 850cos3°=FR 0+2 218.7；y=5 297.9;z=3 969.8-1 850sin3°=3 873。

B点坐标：

x=FR 0+371.2-1 850cos3°=FR 0-1 476.3；y=5 297.9；z=3 969.8+1 850sin3°=4 066.6。

E点坐标：

x=FR 0+371.2；y=5 297.9-1 850cos5°=3 454.9；z=3 969.8-1 850sin5°=3 808.6。

F点坐标：

x=FR 0+371.2；y=5 297.9+1 850cos5°=7 140.9；z=3 969.8+1 850sin5°=4 131。

(3) 加工舵桨机基座法兰平面和O型密封圈槽

舵桨机基座焊装完毕后，重新按图2所示拉出舵桨机基座法兰中心线，并按图纸尺寸在基座内侧划出舵桨机法兰安装平面圆，并在平面圆下方50 mm处划出检验圆，打样冲眼做好标记。加工圆和检验圆划好后，可用专用的加工平面和O型槽的铣削机(见图4)加工舵桨机基座平面和O型密封圈槽，要求加工完毕后舵桨机基座平面度≤0.15 mm、粗糙度为5。

图4 舵桨机基座专用铣削机

2.2 舵桨机的吊装工艺

(1) 制作安装专用工具

从图1可知，本船推进系统由主机、高弹性联轴器、传动轴(中间轴、万向轴)、舵桨机等组成。由于中间轴和舵桨机的输入轴有3°夹角，且采用万向轴连接，为了使轴系校中安装具有可操作性，必须制作1对指针，如图5所示。指针总长度应与万向轴半长一致，对中时要求1对指针两指尖跳动上下<1 mm，左右<2 mm[3]。

图5 指针

(2) 舵桨机的定位和安装

舵桨机的吊装可按照供应商提供的安装说明书进行，但如何判断舵桨机是否已安装到位是实船安装的关键。本船的做法是在舵桨机吊装基本到位后，将预制好的指针安装在舵桨机输入轴法兰上，如图6所示。吊装前根据轴系布置图计算指针端点H点的坐标：x=FR 0+1 903cos3°=FR 0+1 900.4,y=5 250,z=4 535-1 903sin3°=4 435.4。舵桨机吊装上船后，根据指针端点H点的坐标调整舵桨机位置；舵桨机调整到位后，可进行钻孔并按安装说明书要求的力矩拧紧紧固螺栓；最后封装舵桨机底板，安装导流管、螺旋桨。

图6 舵桨机本体的定位和安装

2.3 轴系和主机的校中安装工艺

考虑到船舶下水后船体变形对轴系中心线的影响，轴系校中在船舶下水后进行，轴系校中采用平轴法[4]。以已安装好的舵桨机输入轴为基准，通过调整中间轴承的高低及左右位置求得中间轴位置；再以中间轴为基准求得主机的位置，求取主机位置时须测量主机飞轮与中间轴输入端法兰之间的偏移和曲折值，此值必须在规定的范围内。轴系校中工艺如下：

(1) 轴系校中条件

实船主机和中间轴承采用钢垫片安装，轴系校中时应具备的条件有：船舶上层建筑和甲板室已安装，船舶已下水1周以上，主机基座、中间轴承基座固定焊接完毕，固定垫片下平面与基座已打磨焊固，上平面已拂磨结束，主机、中间轴已吊运上船并经初步校中，其他重大设备必须吊装到位，船舶应无集中负荷迁移，船舶排水量应不小于空载排水量的85%，各水舱压载均匀，校中最好在夜间或阴天进行，校中时应停止敲打、冲击等振动作业。

(2) 中间轴的校中和安装

中间轴校中应以已安装好的舵桨机为基准，分别在舵桨机输入端法兰和中间轴输出端法兰处安装对中用指针，调整中间轴承前后、左右、高低位置确定中间轴位置，校中时应使对中指针的两指尖上下跳动<1 mm、左右跳动<2 mm。

由于本船中间轴较短，两端法兰距中间轴承300 mm，根据材料力学[5]有关知识计算，其两端法兰的下垂量为0.007 mm,可忽略不计。如果连接法兰端面距中间轴承中心的距离大于0.22L(L为中间轴长)，校中时还需考虑中间轴和连接法兰的下垂量。

中间轴校中定位好后即可配调整垫片、固定螺栓并安装固定中间轴承。

(3) 主机的校中和安装

在运转过程中柴油机轴承受热膨胀升高值通常大于中间轴承，因此在主机安装时要有意降低该升高增量，使主机运转平稳后曲轴中心线与轴系中心线一致。当制造厂没有提供该膨胀升高值时，主机轴承、中间轴承升高量可按下式[6]计算：

ΔH=α·ΔT·H

(1)

式中：ΔH为轴承升高量，mm；α为材料的膨胀系数，对于焊接的钢结构取1.17×10-5,对于铸铁取0.9×10-5～1.1×10-5，1/℃；ΔT为温度差，一般可取20～30 ℃；H为机座底部面板到轴承中心线距离，mm。

经计算，本船主机轴承升高量ΔH主机=0.10 mm，中间轴承升高量ΔH中间轴承=0.05 mm。因此，在安装时，主机曲轴中心线应比中间轴中心线降低0.10 mm-0.05 mm=0.05 mm。在校中时，应以校中好的中间轴输入端法兰为基准，使中间轴输入端法兰与主机飞轮之间预留高弹性联轴器总长L(L为1.0 mm),用两只百分表分别测量径向及角向偏差，调整主机左右、高低位置，其偏移值应满足δ≤±0.10 mm,曲折值应满足φ≤±D×10-4[7](D为被测法兰外径，mm)。

主机校中定位好后即可配调整垫片、固定螺栓并安装固定主机。

(4) 高弹性联轴器的校中和安装

主机和中间轴定位安装好后，将不带调整环的高弹性联轴器整体吊装入已对中好的开档中，按要求的扭距值先紧固飞轮连接盘与飞轮的连接螺栓，完成高弹性联轴器与柴油机的连接。高弹性联轴器与中间轴输入法兰之间的调整环厚度应经实测后进行修磨，调整环的厚度=(H上+H下)/2。以中间轴输入法兰为基准，调整高弹性联轴器输出法兰的高低及左右位置，其偏移值应满足δ≤±0.10 mm,曲折值应满足φ≤±D×10-4(D为被测法兰外径，mm) 。调整完毕后将其固定并实测两法兰上、下和左、右4处的间距，修磨调整环，插入修磨好的调整环，按要求装入螺栓，预紧固并用百分表测量高弹性联轴器输出法兰外圆与柴油机主轴中心的跳动，其值≯0.1 mm[8]，否则，须重复上述方法，直到满足要求为止。然后，按要求的扭矩值紧固高弹输出端连接螺栓，完成高弹性联轴器的安装。最后按要求安装隔舱密封填料装置，万向轴与轴系校中安装完毕。

3 结 语

(1) 对于具有纵倾角和外偏斜角的舵桨机推进系统，通过理论计算舵桨机基座法兰面前后、内、外等4个定位坐标，通过拉轴线、舵桨轴心线、舵桨基座中心线定位安装舵桨机基座，并现场加工舵桨机基座法兰平面，可操作性强，安装质量有保证。

(2) 轴系校中是通过1对指针代替万向轴校中安装舵桨机、中间轴，再以中间轴为基准校中安装主机的工艺，校中安装精度高，经实践证实安装质量可靠。

(3) 轴系校中安装工艺将直接影响到轴系安装质量的好坏以及主机和轴系运转的可靠性和持久性，同时也对造船周期有一定影响，因此采用合适的校中工艺具有重要意义。

研究成果正在推广应用于类似船舶具有纵倾斜角和外偏斜角的舵桨机及其轴系和主机的校中安装中。