论文部分内容阅读
[摘 要]船舶工业是为我国防科技建设、海洋航运以及海洋资源开发利用等相关产业提供动力装备的国家战略性产业。随着我国船舶行业的迅速发展，船舶数量的急剧增加，给船舶安全带来隐患。缩短造船周期、降低造船质量风险已成为各船厂所追赶的目标。整体艉管的应用缩短轴系安装周期，也规避了轴系镗孔带来的风险。本文对整体艉管在大型船舶的应用进行探讨。
[关键词]整体艉管 挠度 轴系望光点 环氧树脂下沉量
中图分类号：U664.21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-001-01
一、整体艉管的结构形式
整体艉管由艉管1，前轴承2，后轴承3及相关附件组成。整体艉管通过浇注环氧树脂4与船体铸件5（船体艉柱）连成一体。艉管法兰用螺栓固定在船体铸件5（船体艉柱）。如图1所示。望光前，对船体铸件浇注环氧树脂的接触面进行打磨清洁处理。整体艉管在轴系望光后可立即进行艉管就位、对中调整、试压、浇注环氧树脂、附件安装等相关工作。与传统的镗孔相比，整体艉管省去了进镗杆、镗杆校中、镗孔、修磨等工序。这其中规避了镗孔崩刀、精镗孔之后磨孔不易控制，导致艉管前、后轴承压过程中压装不进或烧蚀的风险。整体艉管在安装方面安全快捷很多，但安装细节应引起格外的重视。尤其是大型船舶采用整体艉管，需要做细致的分析，以避免重大事故的发生。
二、整体式艉管在船舶中应用
（1）轴系望光点的确定
望光是确定轴系中心线的关键步骤。轴系中心线位置的准确与否将直接影响到日后轴系的校中、轴系负荷的调整、主机环氧树脂的浇注，所以确定轴系望光点在整个环节中较为重要。轴系望光前应确定望光准直仪的安装位置、光靶的位置及数量。传统的望光流程如下所述，望光准直仪安装在图2.中e0点。e0点与a0点是通过船体基线还原出来的轴系中心点，e0点与a0点两点确定轴系中心线。望光是通过调整望光准直仪，使物镜中十字交点与a0处光靶十字线重合，使得e0点、a0点和望光准直仪物镜中交点重合，形成3点一线。而后调整g0处十字光靶，使得十字线与物镜中十字线重合，确定艉管前端面轴系中心点g0点，此点与e0点作为镗孔前校中镗杆的检查圆中心点。光靶b0点、c0点用来定位中间轴承。
对整体艉管而言，e0点g0点在艉管对中调整过程中，受艉管调节工装的影响将无法正常使用，如图3.所示。望光准直仪可改在图2.中a0点位置，按常规望光步骤望光。
同时要设置光靶b0、c0点，用来定位中间轴承，也可作为还原轴线的基准点。b0、c0点在选择时，在不影响艉管及中间轴承安装的前提下，进可能的与a0点保持最大距离。在还原轴线选用基准点时，应以c0点为最佳，如图4.所示。因望光确定的中心点b0、c0在打点过程中会存在细微的偏差。以b0点作为还原轴线的基准点，会存在偏移量a；以c0点作基准点则会存在偏移量b。从图4.中不难看出，基准点选取离e0点越近，施工过程中的偏差会越小，还原的轴线与望光确定的轴线偏离越少。再加上望光准直仪在调节物镜过程中，物鏡存在微量的漂移，c0点的选择较b0点更加合理。大型船舶的轴系一般比小型船舶长，如还原轴线所用的基准点选用不当，其偏离值会比小型船舶大，可能导致如下情况发生：
①还原的轴线左右偏移：导致船体主机地脚螺栓孔与主机地脚螺栓孔左、右偏移，螺栓无法正常穿入，主机地脚螺栓无法正确安装；
②还原的轴线上下偏移：主机被抬高，在轴承负荷调整完后，造成主机机座与船体之间距离超过环氧树脂允许的正常厚度85mm，形成二次倒胶；主机降低，在轴承负荷调整完后，环氧树脂的最小厚度小于规范要求的20mm[1]，不满足规范要求。
③轴线偏移对整体艉管的影响：整体艉管在艉柱中偏移较大，单边间隙不够，无法满足单边倒胶厚度的要求。
为避免重大质量事故的发生，c0点的选择应与g0点距离小于1m为宜，如可能选在e0点之后为最佳。
（2）整体艉管挠度的分析
整体艉管穿入船体艉柱过程中，为方便穿艉管，船体艉柱约中部会设置滚轮，如图1所示，滚轮的设计需要有上顶艉管的功能。小型船舶的艉管重量较轻，重量所引起的下挠经计算可以忽略不计。但大型船舶整体艉管较重，尾轴管下挠量较大，螺旋桨及轴系自身重量大，轴系易产生上拱，轴系中心线与尾管中心线会出现夹角a，如图5.所示，如不对艉管进行补偿或补偿不当，会引起轴系与轴承接触面变小，轴承负荷分担不均，可能导致轴承与轴烧蚀。在轴系设计时，需要厂家提供艉管下垂量及重心位置，以便日后确定滚轮安装位置。为消除艉管下挠的影响，艉管重心位置滚轮应为可调节式，通过中间滚轮顶高整体艉管重心位置进行反变形补偿，来消除艉管下挠的不利影响。
（3）环氧树脂下沉量的分析
船舶轴系中，艉轴及螺旋桨的大部分重量由艉管承担。对整体艉管而言，艉管和艉柱之间是通过环氧树脂浇注成一体，环氧树脂在凝固过程中，存在一定的收缩量。同时环氧树脂在受压情况下，会有一定的压缩量。虽然不同品牌环氧树脂在力学性能及弹性模量可能存在差异，但在使用过程中，通常下沉量取值为环氧树脂厚度的1/1000[2]。小型船舶中艉轴及螺旋桨较轻，经厂家计算下沉量可不做考虑。大型船舶，轴系重量大、分布不均匀，环氧树脂的下沉量分布可能不均匀。如不纳入考虑范围，可能会出现3.1及3.2中所述情况。环氧树脂下沉量可要求环氧树脂厂家计算得出。若下沉量超出技术要求，需要在环氧树脂浇注前进行补偿。
三、结束语
整体艉管的应用，使得轴系安装周期缩短为传统形式的1/2，也规避了轴系镗孔带来的风险。大型船舶若采用整体艉管，对中、环氧树脂的浇注环节需做如上甚至更细致的分析，以避免重大质量事故的发生。
[关键词]整体艉管 挠度 轴系望光点 环氧树脂下沉量
中图分类号：U664.21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-001-01
一、整体艉管的结构形式
整体艉管由艉管1，前轴承2，后轴承3及相关附件组成。整体艉管通过浇注环氧树脂4与船体铸件5（船体艉柱）连成一体。艉管法兰用螺栓固定在船体铸件5（船体艉柱）。如图1所示。望光前，对船体铸件浇注环氧树脂的接触面进行打磨清洁处理。整体艉管在轴系望光后可立即进行艉管就位、对中调整、试压、浇注环氧树脂、附件安装等相关工作。与传统的镗孔相比，整体艉管省去了进镗杆、镗杆校中、镗孔、修磨等工序。这其中规避了镗孔崩刀、精镗孔之后磨孔不易控制，导致艉管前、后轴承压过程中压装不进或烧蚀的风险。整体艉管在安装方面安全快捷很多，但安装细节应引起格外的重视。尤其是大型船舶采用整体艉管，需要做细致的分析，以避免重大事故的发生。
二、整体式艉管在船舶中应用
（1）轴系望光点的确定
望光是确定轴系中心线的关键步骤。轴系中心线位置的准确与否将直接影响到日后轴系的校中、轴系负荷的调整、主机环氧树脂的浇注，所以确定轴系望光点在整个环节中较为重要。轴系望光前应确定望光准直仪的安装位置、光靶的位置及数量。传统的望光流程如下所述，望光准直仪安装在图2.中e0点。e0点与a0点是通过船体基线还原出来的轴系中心点，e0点与a0点两点确定轴系中心线。望光是通过调整望光准直仪，使物镜中十字交点与a0处光靶十字线重合，使得e0点、a0点和望光准直仪物镜中交点重合，形成3点一线。而后调整g0处十字光靶，使得十字线与物镜中十字线重合，确定艉管前端面轴系中心点g0点，此点与e0点作为镗孔前校中镗杆的检查圆中心点。光靶b0点、c0点用来定位中间轴承。
对整体艉管而言，e0点g0点在艉管对中调整过程中，受艉管调节工装的影响将无法正常使用，如图3.所示。望光准直仪可改在图2.中a0点位置，按常规望光步骤望光。
同时要设置光靶b0、c0点，用来定位中间轴承，也可作为还原轴线的基准点。b0、c0点在选择时，在不影响艉管及中间轴承安装的前提下，进可能的与a0点保持最大距离。在还原轴线选用基准点时，应以c0点为最佳，如图4.所示。因望光确定的中心点b0、c0在打点过程中会存在细微的偏差。以b0点作为还原轴线的基准点，会存在偏移量a；以c0点作基准点则会存在偏移量b。从图4.中不难看出，基准点选取离e0点越近，施工过程中的偏差会越小，还原的轴线与望光确定的轴线偏离越少。再加上望光准直仪在调节物镜过程中，物鏡存在微量的漂移，c0点的选择较b0点更加合理。大型船舶的轴系一般比小型船舶长，如还原轴线所用的基准点选用不当，其偏离值会比小型船舶大，可能导致如下情况发生：
①还原的轴线左右偏移：导致船体主机地脚螺栓孔与主机地脚螺栓孔左、右偏移，螺栓无法正常穿入，主机地脚螺栓无法正确安装；
②还原的轴线上下偏移：主机被抬高，在轴承负荷调整完后，造成主机机座与船体之间距离超过环氧树脂允许的正常厚度85mm，形成二次倒胶；主机降低，在轴承负荷调整完后，环氧树脂的最小厚度小于规范要求的20mm[1]，不满足规范要求。
③轴线偏移对整体艉管的影响：整体艉管在艉柱中偏移较大，单边间隙不够，无法满足单边倒胶厚度的要求。
为避免重大质量事故的发生，c0点的选择应与g0点距离小于1m为宜，如可能选在e0点之后为最佳。
（2）整体艉管挠度的分析
整体艉管穿入船体艉柱过程中，为方便穿艉管，船体艉柱约中部会设置滚轮，如图1所示，滚轮的设计需要有上顶艉管的功能。小型船舶的艉管重量较轻，重量所引起的下挠经计算可以忽略不计。但大型船舶整体艉管较重，尾轴管下挠量较大，螺旋桨及轴系自身重量大，轴系易产生上拱，轴系中心线与尾管中心线会出现夹角a，如图5.所示，如不对艉管进行补偿或补偿不当，会引起轴系与轴承接触面变小，轴承负荷分担不均，可能导致轴承与轴烧蚀。在轴系设计时，需要厂家提供艉管下垂量及重心位置，以便日后确定滚轮安装位置。为消除艉管下挠的影响，艉管重心位置滚轮应为可调节式，通过中间滚轮顶高整体艉管重心位置进行反变形补偿，来消除艉管下挠的不利影响。
（3）环氧树脂下沉量的分析
船舶轴系中，艉轴及螺旋桨的大部分重量由艉管承担。对整体艉管而言，艉管和艉柱之间是通过环氧树脂浇注成一体，环氧树脂在凝固过程中，存在一定的收缩量。同时环氧树脂在受压情况下，会有一定的压缩量。虽然不同品牌环氧树脂在力学性能及弹性模量可能存在差异，但在使用过程中，通常下沉量取值为环氧树脂厚度的1/1000[2]。小型船舶中艉轴及螺旋桨较轻，经厂家计算下沉量可不做考虑。大型船舶，轴系重量大、分布不均匀，环氧树脂的下沉量分布可能不均匀。如不纳入考虑范围，可能会出现3.1及3.2中所述情况。环氧树脂下沉量可要求环氧树脂厂家计算得出。若下沉量超出技术要求，需要在环氧树脂浇注前进行补偿。
三、结束语
整体艉管的应用，使得轴系安装周期缩短为传统形式的1/2，也规避了轴系镗孔带来的风险。大型船舶若采用整体艉管，对中、环氧树脂的浇注环节需做如上甚至更细致的分析，以避免重大质量事故的发生。