船舶整体艉管轴承斜度精度控制措施分析

船舶整体艉管轴承斜度精度控制措施分析

林树发

广东中远海运重工有限公司523146

摘要：近年来在建船舶发生艉管后轴承高温的原因中，有一部分是由于艉管后轴承斜度没有达到设计要求，导致艉管轴承局部压力过大，造成轴承磨损高温报警。本文主要以油润滑整体艉管为例，对影响艉管轴承斜度的原因进行分析，以采取相应的措施对轴承斜度精度进行控制。

关键词：船舶推进轴系；整体艉管；轴承斜度

引言

船舶整体艉管由艉管后轴承、艉管前轴承、艉管密封及相关组件组成，通过环氧树脂安装到船体艉柱上。螺旋桨与艉轴的重量主要由艉管前后轴承承受，在轴系设计时，需要进行轴系校中计算，对轴承负荷进行合理分配，使其在轴承的许可压力范围内。

船舶推进轴系由于受螺旋桨重量、轴承布置、以及运行时各种动态因素的影响，轴线会有一定程度的弯曲变形，轴承中轴径的倾斜会导致轴承油膜厚度的变化，从而使轴承压力分布产生变化，当局部压力超过轴承允许比压时，易产生轴承局部区域磨损。因此，为了使得艉轴在艉管轴承的负荷分布更均匀，避免轴承局部压力过大，通常采用轴系斜镗孔的方法，以降低艉轴与艉管轴承的相对夹角。目前船级社都要求该夹角应小于3x10-4rad；NK船级社的一些统计数据统计表明，较小的相对夹角，出现艉管轴承高温的现象有明显改善；DNVGL船级社的校中计算也表明适当的轴承斜度有利于降低建立轴承润滑油膜时所需的主机最低转速，从而提供船舶的操纵性。

基于轴承斜度对轴系负荷分配、轴承润滑油膜建立的重要影响，当校中设计时采取了轴承斜镗孔设计，则在轴承退审图、校中计算书退审图中，船级社退审意见都会明确要求对艉管轴承的内孔斜度进行测量，以取得现场验船师的关闭意见。但是由于部分船厂对轴承斜度的不够重视，仅在艉管总成船上安装完后，采用拉钢丝的方法，简单的测量轴承的斜度方向，无法保证轴承斜度测量精度的准确性。这样就无法证明艉管轴承实际安装斜度与设计斜度的一致性，当实际安装不满足设计要求时，就易造成轴承局部压力过大从而造成艉管轴承高温。

出现艉管轴承高温问题，往往需要进坞拔轴检查、更换艉轴承，增加了设备采购、安装成本，影响船舶建造周期，对影响交船有很大风险。因此，采取有效的措施监控艉管轴承的安装精度有很大的意义。

一、艉管轴承斜度设计形式

根据轴系在船上的弯曲状态，一般艉管后轴承采取向后倾斜，前轴承采取向前倾斜的设计。根据校中需要，艉管后轴承可以设计为单斜度或双斜度，在艉轴和后轴承相对夹角较大的情况，可采用双斜度的设计方式，以减小其相对夹角，如下图。

二、轴承斜度测量方法

（1）拉钢琴线测量法：

在艉管安装到船上后，在艉管前后法兰处架设可调拉线架，拉设ø1mm的钢琴线，调整前后拉线架使其通过艉管前后法兰的中心，并在后法兰端挂设约30KG的重块。使用内径千分尺测量轴承内孔正上、下方距钢琴线的距离尺寸，结合计算钢琴线的下垂挠度，最终计算出艉管轴承内孔的偏心度和镗孔斜度。此方法测量误差较大，对斜度测量结果精度不高，基本不推荐采用。

（2）外径千分尺测量轴承厚度法

分别测量轴承前后端面处正上、下部位的轴承厚度值，计算轴承内孔偏心度：即轴承孔斜度=（前端偏心度-后端偏心度）/L。其中，前端偏心度=（前端正上部厚度-前端正下部厚度）/2，后端偏心度=（后端正上部厚度-后端正下部厚度）/2，L为两个测量点之间的长度距离。测量时，外径千分尺在外圆的测量点应位于机加工面，轴承内孔的测量点应避免落在轴承近端面的工艺斜角处，避免测量误差。非机加工面的粗糙度较大，不能用于测量轴承厚度。一般艉管轴承来货时，会在轴承前后端的外圆处有几十毫米宽的加工圆，作为轴承制作加工时校正轴承中心的基准圆，该加工圆表面可用来辅助测量。

（3）激光测量偏心度法

以艉管前后法兰中心点为基准，校正激光发射器使激光通过前后艉管法兰中心，确保每个测量点位置接收器能接收到测量信号，前后艉管法兰中线点的连线即为艉管轴承外圆的中心点的连线。以此连线为基准线，通过激光接收器测量艉管轴承内孔截面的椭圆度，由激光设备计算出测量截面的圆心及该圆心与基准中心线的偏差，得出轴承内孔的偏心度。测量时根据艉管轴承的长度，在适当的距离设置好测量点，该测量点的设定位置，应在每次的测量中保持一致。根据轴承内孔的偏心度，即可计算出轴承的内孔斜度，可参考下图测量报告曲线（不同激光设备测量方法会有差异）。

三、轴承斜度精度的控制措施分析

按照LR的指导文件，艉管轴承的最终斜度安装误差应在±0.03mm/m公差范围内。而影响艉管轴承最终安装斜度的因素很多，主要为：轴承的制造误差、轴承座的镗孔误差、轴承的外圆加工误差、轴承压装时的变形、艉管总成的变形等。因此在不同工序阶段，应采取不同的措施监控其斜度精度。

（1）轴承来货斜度检查、测量

轴承来货时，应查阅艉管轴承的产品证书，确认其实际斜度值与设计值的一致性（偏差值）。同时采用外径千分尺测量轴承偏心度的方法进行测量复核轴承斜度，作为后续轴承加工时校正轴承的重要依据。

（2）艉管轴承座的镗孔同心度/斜度检查

艉管轴承座机加工后，采用激光测量的方法对前后轴承座的内孔同心度进行测量，测量点应与后续用激光测量轴承斜度时的测量点一致，一般距离约100mm~150mm设置一个测量点，具体位置可根据轴承长度确定。测量时，艉管的支撑位置应与其在船上安装时调节顶丝支撑的位置一致，使其变形接近船上的情况。轴承座孔的同心度/斜度，也是影响轴承加工校正的重要依据。

（3）艉管轴承的加工校正

根据实际的轴承斜度以及轴承座的斜度，在加工轴承外圆余量时，确定轴承加工校正图纸。根据经验，艉管总成环氧安装到船上后，艉管前后轴承的斜度会变小约0.03mm/m（不同船型、不同尺寸的艉管有所不同），因此加工轴承外圆时，需综合考虑轴承、轴承座的实际斜度以及艉管船上安装后的变化趋势，通过校正轴承的加工基准轴线，使其加工后的内孔中心相对于轴承外圆中心的斜度比设计值偏大一些，这样就能保证艉管安装到船上后的斜度满足最终的要求。加工完后，使用外径千分尺测量法复测轴承斜度，确保斜度校正正确。

（4）艉管轴承压装后的斜度测量

轴承压装后，以艉管前后法兰中心点连线为基准线，再次用激光测量艉管轴承压装后的斜度。测量时激光接收器的测量点应与测量艉管轴承座时的位置一致，艉管的支撑位置应与船上安装时的顶丝支撑位置一致。

（5）艉管总成到厂后来货的测量

测量方法与上述第（4）点相同，根据实际情况判断是否测量。

（6）艉管吊装进舱后、环氧前的测量

艉管进舱后，按轴系望光精拉线的定位要求，定位固定好艉管，上紧调节顶丝，用激光测量艉管前后轴承斜度。如上述测量后发现轴承斜度有变化或可能在倒胶后变得不合格，则需重新进行艉管调整、斜度测量，确保倒胶后斜度合格。

（7）艉管总成环氧安装到船上后的测量

采用激光测量法复测艉管轴承斜度并报验合格。

四、结束语

通过以上措施，能有效的控制好艉管轴承的最终安装斜度。但是也发现一些影响因素，比如艉管轴承压装后的变形量、分段搭载方法对艉管变形的影响、不同尺寸的艉管用顶丝安装到船上后的变形量、艉管环氧安装前后的变形量等，其影响大小很难通过计算得出，需要通过不断的积累经验数据。因此在系列船，应做好详细的数据记录，为后续船提前采取修正措施提供依据。对于艉管的变形影响，可在设计时优化相关设计，如加厚艉管尺寸或在铸钢件两端合适位置增设顶丝以减小艉管的变形等。

船厂在设计及实际安装过程中，应不断进行总结，减少影响变形的因素，优化设计、提高安装、测量精度，确保艉管轴承的最终安装精度满足校中计算书的要求，提高轴系运行性能。