船舶主機(jī)安裝工藝以及其設(shè)計(jì)改進(jìn)探討

船舶主機(jī)為船舶推進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)力源，主機(jī)定位安裝的質(zhì)量好壞關(guān)系到主機(jī)功率的正常運(yùn)行和航行性能。船舶主機(jī)一般通過(guò)軸系將其動(dòng)力傳給螺旋槳,所以主機(jī)安裝時(shí)應(yīng)與軸系安裝工藝要求一起考慮,本文從主機(jī)安裝過(guò)程中遇到的問(wèn)題，進(jìn)行一些分析，提出一些觀點(diǎn)供大家一起探討。一、主機(jī)平整度對(duì)于散裝機(jī)來(lái)說(shuō)，是先按軸系中心線對(duì)準(zhǔn)機(jī)座和曲軸，并檢查連接法蘭之間的平行度和同心度。先在船上調(diào)，后校。一般來(lái)說(shuō)逐步控制能夠很好地了解機(jī)座質(zhì)量和控制主機(jī)的平整度。對(duì)于整機(jī)來(lái)說(shuō)，主機(jī)本身作為類似起吊梁的兩點(diǎn)吊點(diǎn)的大型設(shè)備，在調(diào)運(yùn)和吊入機(jī)艙的過(guò)程中受到自身重量分布的彎距和扭距，當(dāng)然會(huì)產(chǎn)生一定的變形，如只是一些可恢復(fù)的彈性變形，我們可以忽略；如是一些永久變形，我們需要在船上測(cè)量，在專業(yè)人員的指導(dǎo)下加一調(diào)整和修復(fù)。在船塢內(nèi)測(cè)量記錄主機(jī)吊入前后的船體主機(jī)基座的艏、中、艉的6個(gè)點(diǎn)絕對(duì)高度的兩組數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)得知船體基座的變形情況，根據(jù)其基座的變形情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)變形位置處的底角螺栓來(lái)平衡船體基座變形情況(反變形)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下面的檢驗(yàn):1、機(jī)座的扭曲測(cè)量（1）機(jī)座本身的扭曲測(cè)量在很多船廠被忽略。主要是船體結(jié)構(gòu)的變形控制問(wèn)題,一旦船體結(jié)構(gòu)變形能夠控制住,船塢校中也是不遠(yuǎn)的問(wèn)題。（2）機(jī)座的扭曲度（水平度）測(cè)量方法，在船塢整機(jī)狀態(tài)，拆開(kāi)主軸承上的潤(rùn)滑油管，在最艏和最艉的上軸承蓋的油口位置放置兩個(gè)專用水平儀。（建議可調(diào)式氣泡水平儀，其精度和分辨率高于0.1毫米/米）機(jī)座扭曲度的測(cè)量結(jié)果應(yīng)符合主機(jī)廠家的要求，即第一個(gè)軸承蓋和倒數(shù)第二個(gè)軸承均在水平偏差的0.1mm/1000mm內(nèi)）。如超出要求,可以調(diào)節(jié)地腳螺栓來(lái)首先滿足扭曲度的要求。從而避免主機(jī)相對(duì)船體基座呈單V字型。當(dāng)然主機(jī)的扭曲度調(diào)好后，需要在主機(jī)機(jī)座底部與船體基座四個(gè)角燒焊四個(gè)測(cè)量銷以直觀形象表征主機(jī)的扭曲，在后面的調(diào)節(jié)其他主機(jī)安裝質(zhì)量指標(biāo)的參照，即主機(jī)平行升高，對(duì)稱調(diào)節(jié)。以免亂了套。船舶主機(jī)安裝質(zhì)量的好壞表征首先是保證柴油機(jī)本身的扭曲度,即不僅保證曲軸和軸系理論線在一條線,而且保證主機(jī)的機(jī)座面與線是平行,并與船體舯線垂直。二、曲臂差曲軸為帶有曲柄的軸,它是柴油機(jī)的最重要部件之一,基本上可以說(shuō),曲軸出了問(wèn)題,整個(gè)柴油機(jī)都有問(wèn)題。曲軸報(bào)廢,整個(gè)柴油機(jī)就報(bào)廢。究其原因首先從其功用上講:將柴油機(jī)各缸的往復(fù)功匯總起來(lái),并以回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的形式傳遞出去，曲軸本身還同步帶動(dòng)其附屬設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。曲軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的受力情況非常復(fù)雜,其兼受彎曲,扭轉(zhuǎn)和壓縮等多種交變周期負(fù)荷,如主機(jī)安裝出現(xiàn)小細(xì)節(jié)未注意,將加速曲軸的扭轉(zhuǎn)和彎曲變形,甚至產(chǎn)生裂紋和折斷。因此為保護(hù)好曲軸,需要做好以下調(diào)整?！?/p>

1、在主機(jī)平整度控制好的情況下，測(cè)量曲臂差在允許的范圍內(nèi)。曲軸臂距差(開(kāi)檔差,甩檔差,拐檔差)測(cè)量法是檢驗(yàn)曲軸軸心線狀況的一種重要方法。通過(guò)測(cè)量只能表示在測(cè)量狀態(tài)下曲軸的撓曲情況。在軸系三線校中后連接軸系螺栓后,調(diào)整合理分配軸承的靜態(tài)負(fù)荷均是以曲軸的軸心線作為調(diào)整依據(jù)的。另一方面曲軸臂距差反映了曲軸撓曲而產(chǎn)生附加應(yīng)力的大小,所以除了材料本身的性能考慮之外,曲軸臂距差的數(shù)值大小直接關(guān)系到曲軸的壽命。★

2、連接曲軸和中間軸后，測(cè)量最末端汽缸單元的曲軸甩檔量，并與允許的范圍數(shù)據(jù)相比較。如有必要，應(yīng)抬高或放低柴油機(jī)前端（可能還有后端），在船舶的橫向上移動(dòng)柴油機(jī)前端，直到曲軸甩檔量達(dá)到目標(biāo)值，抬高或放低中間軸軸承也可能使對(duì)中達(dá)到最佳狀態(tài)?！?/p>

3、在主機(jī)環(huán)氧澆注前(主機(jī)安裝后復(fù)測(cè))，最后檢查一下所有汽缸單元的曲軸甩動(dòng)量，應(yīng)符合主機(jī)廠家的要求。如果在曲軸前端安裝有較重的調(diào)頻輪或減振器，對(duì)后端汽缸單元，允許有較大的極限值?！?/p>

4、對(duì)于最末端汽缸單元，在船舶壓載時(shí)，為了平衡船體變形，對(duì)中采用特殊的目標(biāo)值。參考MANB&W質(zhì)量規(guī)范0742841-4理論上曲軸臂距差只能反映曲軸彈性彎曲狀況,不能反映其永久彎曲狀況,對(duì)于是否有永久跳動(dòng)量,需要把曲軸放在車床或?qū)Ｓ迷O(shè)備上進(jìn)行跳動(dòng)量測(cè)量才能定奪。考慮到船舶的實(shí)際情況,這種測(cè)量有點(diǎn)不現(xiàn)實(shí)。目前影響柴油機(jī)曲臂差的因素有很多,但主要有以下幾方面:(1)各主軸承中心不同(2)基座的高度誤差使機(jī)座產(chǎn)生變形(3)機(jī)架貫穿螺栓預(yù)緊力的影響(4)校中及主機(jī)輸出軸與中間軸連接誤差(5)主機(jī)運(yùn)行時(shí)最大燃燒壓力的差異(6)船體變形引起機(jī)座的變形在安裝階段，造成曲軸臂距差，主要是軸系和墊片的高度誤差，因此在主機(jī)安裝過(guò)程中，要反復(fù)測(cè)量，反復(fù)調(diào)整，保證曲軸臂距差在允許的范圍內(nèi)。船舶主機(jī)安裝質(zhì)量的好壞表征其次是曲軸拐檔在合理范圍內(nèi),曲軸本身也是經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)論證。保護(hù)曲軸,在熱態(tài)下通過(guò)一些檢測(cè)控制來(lái)動(dòng)態(tài)跟隨保持曲軸中心與軸系理論線接近。除材料的一些表面處理,使表面具有一定的剛度,其更多考慮受軸系影響的最末端的汽缸單元,在考慮本身有限元強(qiáng)度的同時(shí)，也進(jìn)行一些熱態(tài)綜合模擬論證,保證其曲軸甩檔應(yīng)盡可能接近一個(gè)值。三、軸承間隙主機(jī)軸承間隙測(cè)量,傳統(tǒng)用窄塞尺,除測(cè)量誤差外,窄塞尺還受測(cè)量位置限制(盤車才能測(cè)量到的位置,曲軸的彎曲)。深度分厘卡來(lái)代替塞尺,使測(cè)量簡(jiǎn)化并提高測(cè)量精度。它是利用靜態(tài)下曲軸軸承正上方中心位置的潤(rùn)滑油孔來(lái)測(cè)量下沉量。曲軸在曲臂位于不同角度，冷靜態(tài)下由活塞和連桿重力作用的扭距不一樣，主軸承上的負(fù)荷也不一樣，總的來(lái)說(shuō)間隙越小，該軸承的負(fù)荷越大。曲軸在連續(xù)工作下，作用在曲臂上不僅包含活塞和連桿的重力作用，還包括活塞做功，汽缸爆壓產(chǎn)生的激振力。這些交變力作用在軸承上。為了保證軸承能夠承受這些力，需要一些模擬，一般白合金的最大比壓為0.8MPa,最好的可以做到2.0MPa,比壓越大，軸承的成本越大，因此在一種機(jī)型，在設(shè)備安全運(yùn)行的要求下控制軸承的成本，一般為增大軸承面積，同時(shí)伴隨的曲軸增長(zhǎng)的成本，所以綜合考慮，在有限空間和成本下，通過(guò)軸承與軸間的間隙設(shè)計(jì)，通過(guò)在主機(jī)運(yùn)行的過(guò)程油膜將曲軸抬高到靠近理想軸系理論線的位置。其主要原則是所有軸承中心在柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)在一條直線上。曲軸本身是復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，在設(shè)計(jì)本身需要考慮在運(yùn)行時(shí)軸承位置油膜的升力。間隙過(guò)小，雖然可以形成局部油膜，但不足將軸抬起,就會(huì)產(chǎn)生局部發(fā)生干摩擦，減少軸承壽命的同時(shí)也增加了軸的”磨合”。過(guò)大就會(huì)使冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，由于負(fù)荷分配不均產(chǎn)生振動(dòng)。下面是ABS船級(jí)社對(duì)柴油機(jī)的單邊負(fù)荷摩損的情況照片。因此根據(jù)理論的分析和模擬試驗(yàn)，有必要在軸承位置設(shè)置斜軸承，一是平衡冷態(tài)下的負(fù)荷分配，避免啟動(dòng)主機(jī)產(chǎn)生負(fù)荷分配的波動(dòng);二是動(dòng)態(tài)運(yùn)行情況下，足夠的油在軸承的支撐處形成一定的油膜，大型主機(jī)的每個(gè)主軸承的軸承蓋上都有自己的潤(rùn)滑管路，能夠保證其供給量，較平軸承，斜軸承更有利與流向的穩(wěn)定，均勻并更好的冷卻軸和軸承。當(dāng)然以上是主機(jī)廠家需要考慮的問(wèn)題，作為船廠無(wú)可厚非地需要更好質(zhì)量的主機(jī)，故有向主機(jī)廠家提出愿望。船廠能做的還有：軸承間隙應(yīng)在軸系螺栓連接后測(cè)量,其結(jié)果應(yīng)符合主機(jī)廠家的要求。船舶主機(jī)安裝質(zhì)量的好壞表征接著是軸系間隙調(diào)到合適位置,通過(guò)對(duì)軸承的檢測(cè)B-WACS,控制各個(gè)軸承上的潤(rùn)滑油供給量.在間隙處形成穩(wěn)定的油膜,此油膜相當(dāng)于減振器,有效緩沖曲軸產(chǎn)生的振動(dòng)。四、軸承負(fù)荷曲軸是柴油機(jī)最重要的部件之一，它的功用是將柴油機(jī)各缸的往復(fù)功匯總起來(lái)，并以回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的形式傳遞出去。曲軸還帶動(dòng)保證柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的各種附件，如定時(shí)凸輪軸，機(jī)帶泵。同時(shí)曲軸是一個(gè)形狀復(fù)雜，剛性較差的重要零件，當(dāng)它安裝在多個(gè)不同的主軸承上（汽缸件的）時(shí)，其軸心由于受質(zhì)心的分布，靜止?fàn)顟B(tài)下呈現(xiàn)波浪狀態(tài)，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其兼受彎曲，扭轉(zhuǎn)和壓縮等多種周期性的負(fù)荷的作用。因此保護(hù)曲軸，更多的是從軸承負(fù)荷盡量合理分配。在做主機(jī)飛輪負(fù)荷頂舉時(shí)，需要將盤車機(jī)齒輪與主機(jī)飛輪脫開(kāi)以保證所測(cè)負(fù)荷不包含齒輪與飛輪的嚙合力。主機(jī)內(nèi)部有多道軸承，一般對(duì)于6S50MC-C來(lái)說(shuō)，需要測(cè)量第8，7，6道軸承?；谥鳈C(jī)本身的發(fā)火順序，第6缸和第5缸的從艉向船艏看，曲臂不可能在同一個(gè)位置，或呈180度的關(guān)系，而曲臂在不同位置，由汽缸重量在曲臂產(chǎn)生的力也不一樣，換句話說(shuō)，曲軸每轉(zhuǎn)一個(gè)角度，在軸系軸承負(fù)荷的波動(dòng)是變化的。在主機(jī)軸承負(fù)荷時(shí)，測(cè)哪一個(gè)軸承，需要將哪一缸的曲軸調(diào)到水平狀態(tài)，取平均力。依據(jù)國(guó)外（瑞典）的研究，在測(cè)主機(jī)內(nèi)部間隔號(hào)軸承，需要盤車調(diào)到該缸的曲臂（從艉看）調(diào)到水平狀態(tài)。測(cè)量該軸承的平均負(fù)荷。而對(duì)于主機(jī)外部的軸承負(fù)荷，如中間軸承，他們要求第一次測(cè)量后，盤車180度后再測(cè)量一次取平均值。根據(jù)MANB&W的文件，在船舶艏、艉吃水差比較大，軸系彎曲比較厲害的情況下，主機(jī)的最后一道軸承負(fù)荷可以為零，但是不能為負(fù)值，即必須保證下軸承與軸不能脫空，更不能頂住上軸承。為避免船舶在航行時(shí)，在風(fēng)浪中拐彎引起的偏心推力。船舶主機(jī)安裝質(zhì)量的好壞表征最后是主機(jī)軸承負(fù)荷分配合理。高負(fù)荷位置用好軸承,同時(shí)又動(dòng)態(tài)檢測(cè)軸承。在控制軸系振動(dòng)(第2階激振力)引起的軸承負(fù)荷偏大方面,如有限的措施不能達(dá)到這個(gè)目的,會(huì)在主機(jī)曲軸末端設(shè)置內(nèi)置減振器或電子式減振器。瓦錫蘭對(duì)船舶主機(jī)相對(duì)研究的比較透徹。五、頂部支撐主機(jī)頂部支撐有兩種方式：機(jī)械方式和液壓方式。機(jī)械方式相對(duì)成本比較低，直觀，調(diào)節(jié)比較方便，船東和船廠普遍采用。最近有不少船廠持續(xù)不斷接到關(guān)于側(cè)向支撐拉裂的保修單。除去鋼材本身的質(zhì)量問(wèn)題，還有一些安裝細(xì)節(jié)需要注意:船舶柴油機(jī)不象汽車，航空業(yè)的柴油機(jī)在翻轉(zhuǎn)180度還能正常工作。一是船舶本身最大橫傾和縱傾的限制，二是船舶柴油機(jī)體積大，支撐點(diǎn)單一（底部支撐，和側(cè)向支撐）。船舶類的軸承均是以下方間隙小，而中部間隙大的方式。因此，如前面的幾方面出現(xiàn)一點(diǎn)小問(wèn)題，直觀的保單是反應(yīng)在主機(jī)的側(cè)向支撐的問(wèn)題上。測(cè)量調(diào)節(jié)主機(jī)扭曲度，避免主機(jī)重心偏離船舶中縱線，在主機(jī)運(yùn)行時(shí)，單向偏移過(guò)大，局部搖動(dòng)引起的側(cè)向支撐拉裂。甚至把船體結(jié)構(gòu)拉裂。用側(cè)向支撐板對(duì)位，實(shí)船安裝時(shí)用木板（除厚度為5mm外,其他與船體側(cè)固定板相同）作為測(cè)量校對(duì)工具。在木板上部劃出橢圓孔的位置，確定船體側(cè)的固定板的寬度，開(kāi)焊接刨口。保證螺栓位于橢圓孔的正中心對(duì)稱位置。MAN推薦的橢圓孔的膨脹空間15mm，允許主機(jī)左右在此范圍內(nèi)膨脹，避免過(guò)大的膨脹導(dǎo)致地腳螺栓松動(dòng)，引起主機(jī)內(nèi)部零件的破壞。主機(jī)定位后,標(biāo)出支撐位置才能焊接船體加強(qiáng)筋,加強(qiáng)筋要支撐在頂部支撐的中心線上。連續(xù)間斷焊將船體側(cè)固定板和加強(qiáng)板焊在船體結(jié)構(gòu)上。主機(jī)上頂部側(cè)向支撐的摩擦片工作區(qū)域的油漆務(wù)必用柴油清潔干凈，必要時(shí)打磨光滑。船體側(cè)的固定板上同時(shí)需要保證沒(méi)有油漆和光滑。摩擦墊片用AB膠粘在側(cè)向支撐板上，主機(jī)低負(fù)荷下的熱膨脹由摩擦片吸收，高負(fù)荷下摩擦片與側(cè)向支撐板成為一個(gè)整體在光滑面上移動(dòng)，避免摩擦片出現(xiàn)積裂和拉裂。國(guó)內(nèi)不少船廠接到頂部支撐拉裂的保單，大家都是按照MAN的推薦來(lái)做。出現(xiàn)問(wèn)題，我們有的改進(jìn)的探討意見(jiàn)是將上圖的側(cè)向支撐板（眼板）穿過(guò)船體結(jié)構(gòu)后，與反面的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)對(duì)接焊，從而增加焊角，從反面加強(qiáng)，類似給門安裝牢固的把手。當(dāng)然這種意見(jiàn)，我們已經(jīng)發(fā)給主機(jī)廠家，由他們轉(zhuǎn)交給Man認(rèn)可。船舶主機(jī)安裝質(zhì)量的好壞直觀體現(xiàn)為主