船舶推进轴系的一般布置和校中计算付品森【摘要】Sailing safety of a ship is directly concerned with the quality of the alignment of propulsion shafting, which is inlfuenced by many factors, such as process precision of ship shaft, installation bending of shafting, hull distortion, quality of operation personnel and so on. This paper introduces the principles and methods for the calculation of general arrangement and alignment of propulsion shafting, and especially presents principle, calculation procedure and algorithm of rational load method. Taking an ocean engineering vessel as an example, it describes method, program, procedure and analysis of jack-up test in detail.%船舶推进轴系校中质量的好坏直接关系到船舶的航行安全，而影响轴系校中质量的因素很多，如船轴的加工精度、轴系的安装弯曲、船体变形、操作人员素质等。
文中介绍了船舶推进轴系一般布置和校中计算的一些原理和方法，重点介绍合理负荷法的原理、计算步骤和计算方法等，并以某海洋工程船为例，详述了顶举试验的方法、程序和步骤与分析。
【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】8页(P66-73)【关键词】推进轴系;平轴法;合理负荷法;顶举试验【作者】付品森【作者单位】博格普迅推进器国际贸易上海有限公司上海200050【正文语种】中文【中图分类】U664.2船舶轴系是船舶动力装置中的重要组成部分，轴系把柴油机的曲轴动力矩传给螺旋桨，以克服螺旋桨在水中转动的阻力矩，再将螺旋桨产生的轴向推力传递给推力轴承，克服船舶航行中的阻力，实现推动船舶航行的目的。
轴系承受扭矩和推力，航速低、推力增加、扭矩产生扭应力、推力产生压应力、轴系和螺旋桨自身的质量以及其他附件的作用使轴系产生弯曲应力，安装误差、船体变形、轴系扭转振动、横向振动、纵向振动以及螺旋桨的不均匀水动力作用都会在轴系中产生附加应力，风浪天螺旋桨上下运动惯性力使尾轴产生额外的弯曲应力，周期变化增加危险性（频率趋于共振），因此轴系校中工作就显得尤其重要，好的校中能保证轴系能长期在恶劣的条件下工作，保障船舶财产和人员的生命安全。
1.1 轴系布置轴系轴线与船舶基线在空间安排上有一定的角度限制，单轴系船，轴系轴线应布置于船体的中纵剖面，平行于船体基线。
双轴系船，两个轴系分别平行对称布置在船体中纵剖面的两侧，有时为保证螺旋桨充分没入水中，会略有倾斜。
在垂直面上的纵倾角一般不超过5°，在水平面方向一般不超过3°。
1.2 轴承布置中间轴承是用来支承中间轴并给予径向定位，中间轴承的位置、数量和间距对轴系的可靠性有很大影响。
船体变形或当轴承位于刚性较差位置时，负荷附加较大，发生发热磨损咬死的可能性就较大。
轴承位置间距太小，对轴牵制作用大，附加负荷就会变大。
轴承位很小的变化也会引起轴承负荷很大的变化，不利于轴系校中和运转。
轴承位置间距大，挠度会变大，挠度大则有利于轴系校中，因为轴系在法兰偏中值相同的情况下，轴承上产生的附加负荷与轴承跨距成反比；反之，轴承跨距越大，法兰上允许的偏中值也越大。
这样，轴系校中是放宽了轴系安装误差，轴系运转时即使有较大的弯曲也不会发生事故，但如果跨距太大会产生回转和横向振动，振动固有频率会随着轴承间距增大而降低，容易在工作转速范围内出现临界转速。
轴承间距和轴径有如下经验公式：（L为轴承间距，D为轴径）或者尽量不要使法兰处于两个轴承中间，轴承位置一般设在0.18 ～0.22倍的轴长处，即靠近法兰处，使中间轴因自重产生弹性变形对两法兰的偏移影响最小，理论上中间轴承的中心线应为理论轴系中心线，但考虑到螺旋桨和轴法兰质量等影响，轴线常采用曲线安装法，轴承的高低位置要根据计算结果来确定。
船舶轴系的安装是船舶动力装置安装工作中的重要内容和组成部分。
在轴系进行校中之前首先需要把各轴段放置到位。
尾轴的安装要按照直线法安装，把尾轴安装在理论中心直线上。
那么怎样确认理论中心线呢？轴系的理论中心是指船舶设计时所规定的轴心线，在轴系的找正，锉削人字架通孔，尾管壳孔，以及确定各中间轴承的位置、轴系上各部件相互位置均以轴系理论中心线为基准。
确定轴系理论中心线首先要确定首尾两个基准点，首基准点一般设在机舱内的前隔舱壁的肋位上，尾基准点通常设在船尾的零号肋位上，高度可以用钢尺向上量取，或借用连通管水平仪以船台上的船体基线标高尺来确认，左右上用铅锤对准船中线来确认。
确定好首尾基准点后可以用拉线法或光学仪器法来确定轴系理论中心线。
对于船舶轴系总长度在于20 m左右或以内的船舶，通常用拉钢线法，需要注意的是由于钢线自重的影响，在钢线的中间点处的下垂量达到最大，钢线所处的轴心线并非理论中心线，需要校正。
对于长轴系船舶确定理论中心线通常用光学仪器法，目前常用的有激光准直仪和激光经纬仪。
光束所经过的路线即为轴系理论中心线。
确定理论中心线前应船体自尾端起完成全长85%的工作，船上较重的设备均应安装到位，停止冲击性和振动性的的其他作业施工，在船体相对稳定时进行轴系理论中心线的确定工作。
轴系的预安装可简单概括如下：（1）确定轴系理论中心线。
（2）按中心线镗尾轴孔、人字架壳体孔以及开隔舱填料函孔。
（3）安装尾管总成、尾轴、尾密封装置等。
（4）安装中间轴承及中间轴。
（5）安装齿轮箱及主机等。
以上各项均可在船台上完成，为船舶下水之后的最终轴系校中作准备。
船舶下水后就可以进行轴线校中了。
轴系校中实质就是准确地确定船轴及轴承位置，船舶轴系是否可靠地运转不仅取决于轴系的结构设计，更取决于轴系安装质量，各轴段内的应力和各轴承上的负荷在合理范围内，所以校中就是按照一定的方法把轴系安装成一定的状态，此状态下的轴系其各轴段内的应力和所有轴承上的负荷都在允许范围内，或具有合理数值。
轴系的校中安装顺序一般是自尾向首逐节校中中间轴及轴承、齿轮箱、主机。
校中过程要求尽力避免撞击、敲打、振动，螺旋桨要100%浸没在水中，各大型设备要安装到位，均衡压载船体，尽量在阴天夜间进行校中工作。
校中的方法有三种，平轴法、轴承允许负荷法和合理负荷法。
轴系校中的意义在于使轴内应力和轴承负荷在合理范围内，同时使尾后轴承磨损减小到最低。
而质量较差的校中会使尾后轴承磨损较快，引起轴承间隙迅速增大，以致于引起尾轴强烈振动，整个轴系的横向和纵向振动加大，船舶的振动加大。
在极端条件下会引起密封泄漏，中间轴承间隙和负荷变化超差等。
以下我们详述以上三种轴系校中方法。
3.1 平轴法平轴法就是按直线性原理校中轴系的一种方法，极力将船舶轴系安装成一条直线，调节中间轴承的高低及左右位置，使各法兰的偏移值和曲折值为零或接近于零。
在校中时需要将中间轴放置于两个支撑上，如果没有中间轴承需要两个临时支撑，或只有一个中间轴承，则需要用一个临时支撑；如果有两个中间轴承则无需临时支撑。
中间轴承需设调位螺钉或其他调位工具，以便调节轴承位置。
临时支撑距法兰面距离应为中间轴长的0.18 ～ 0.22倍，通常是从尾部向首部依次调节各法兰面的曲折值和偏移值（如图1 所示）。
偏移值曲折值（D为法兰直径）。
也可以用百分表方法来测量偏移值和曲折值，只是测量后的数据处理方法有所不同。
校中时尽量使偏移值和曲折值为零，由于轴系在加工制造安装及测量中均有误差，无法使轴系的中心线为一直线，因此轴在实际运转中，轴系的中心线是一条折线式曲线。
实践证明，这种情况下轴系是能保持正常工作的，因此在轴系的实际校中时按设计计算或有关船舶标准规范允许轴的法兰有一定的曲折偏移。
不同轴径有不同的标准，通常偏移值不大于0.1mm，曲折值不超过0.15mm/m，有关标准可见船舶修造国家标准表CB/T 3420-92。
只要总的曲折值和偏移值在标准范围内均可接受。
3.2 轴承允许负荷校中法该校中法可采用两种方法，一是计算法，二是测力计法。
3.2.1 计算法计算法是按数学方法将轴承上的允许负荷换算成相应法兰上允许的偏移值和曲折值范围。
只要法兰上的偏移值和曲折值在允许范围之内，轴承实际负荷也就在允许范围内了。
对于不同结构尺寸的轴系，其允许的偏移值和曲折值也不同，对于中间轴安装在两个轴承上，其计算公式如下：中间轴安装在一个轴承上的计算公式如下：式（2）、式（3）中：G为曲折值，mm/m；S为偏移值，mm；l为轴系中跨距最小的3个相邻轴承中的平均间距（l = Lmin/ 3，mm），如图2所示。
轴系的挠性系数（D、d为中间轴的外径和内径）。
K值越大，表明轴系的挠性越好，校中时允许的曲折值和偏移值范围就越大。
轴系设计时，减小轴径或增加轴承间距可能提高K值。
在上述公式中，当S=0时，G为最大值；当G=0时，S为最大值。
然后以 G值和S值做出曲折值和偏移值的坐标三角形。
校中时，逐对调节各中间轴法兰上的曲折值偏移值使其落在三角形坐标中（如图3所示）。
然而，上述计算法不适用中间轴与主机曲轴或齿轮箱的连接法兰，因此两处的法兰校中需要得到主机或齿轮箱厂家的认可，因为有可能会造成曲轴臂距差增加或影响齿轮箱的齿轮啮合。
3.2.2 测力计法此方法又称为实际负荷校中法。
利用测力计测量和调节各中间轴承的实际负荷使之在允许范围内。
轴系螺栓全部连接起来后，在中间轴承对角的两只螺孔中装上两只测力计，另外两对角孔装上两只顶压螺栓。
同时调整各中间轴承的位置，使每个中间轴承左右两只测力计所承受的负荷相等。
此时轴承的负荷为两只测力计的值相加再减去轴承自身质量。
此值应大于0.5倍的轴承平均负荷、小于1.5倍的轴承平均负荷。
可以用轴的质量和轴承数目求得轴承的平均负荷。
尾管轴承不能用测力计求得，但可以用相关公式近似求得（与中间轴承的实际负荷有关），这里不再介绍。
现在船厂多用液压千斤顶的顶举来测得中间轴承的负荷，此方法在下文有相关描述。
3.3 合理负荷法合理负荷法就是按轴承合理负荷，合理位置和法兰合理偏中值校中轴线的方法。
