船舶主機安裝工藝以及其設(shè)計改進探討

船舶主機為船舶推進系統(tǒng)的動力源，主機定位安裝的質(zhì)量好壞關(guān)系到主機功率的正常運行和航行性能。船舶主機一般通過軸系將其動力傳給螺旋槳,所以主機安裝時應(yīng)與軸系安裝工藝要求一起考慮,本文從主機安裝過程中遇到的問題，進行一些分析，提出一些觀點供大家一起探討。一、主機平整度對于散裝機來說，是先按軸系中心線對準機座和曲軸，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。一般來說逐步控制能夠很好地了解機座質(zhì)量和控制主機的平整度。對于整機來說，主機本身作為類似起吊梁的兩點吊點的大型設(shè)備，在調(diào)運和吊入機艙的過程中受到自身重量分布的彎距和扭距，當然會產(chǎn)生一定的變形，如只是一些可恢復的彈性變形，我們可以忽略；如是一些永久變形，我們需要在船上測量，在專業(yè)人員的指導下加一調(diào)整和修復。在船塢內(nèi)測量記錄主機吊入前后的船體主機基座的艏、中、艉的6個點絕對高度的兩組數(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，適當調(diào)節(jié)變形位置處的底角螺栓來平衡船體基座變形情況(反變形)。在此基礎(chǔ)上進行下面的檢驗:1、機座的扭曲測量（1）機座本身的扭曲測量在很多船廠被忽略。主要是船體結(jié)構(gòu)的變形控制問題,一旦船體結(jié)構(gòu)變形能夠控制住,船塢校中也是不遠的問題。（2）機座的扭曲度（水平度）測量方法，在船塢整機狀態(tài)，拆開主軸承上的潤滑油管，在最艏和最艉的上軸承蓋的油口位置放置兩個專用水平儀。（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）機座扭曲度的測量結(jié)果應(yīng)符合主機廠家的要求，即第一個軸承蓋和倒數(shù)第二個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)地腳螺栓來首先滿足扭曲度的要求。從而避免主機相對船體基座呈單V字型。當然主機的扭曲度調(diào)好后，需要在主機機座底部與船體基座四個角燒焊四個測量銷以直觀形象表征主機的扭曲，在后面的調(diào)節(jié)其他主機安裝質(zhì)量指標的參照，即主機平行升高，對稱調(diào)節(jié)。以免亂了套。船舶主機安裝質(zhì)量的好壞表征首先是保證柴油機本身的扭曲度,即不僅保證曲軸和軸系理論線在一條線,而且保證主機的機座面與線是平行,并與船體舯線垂直。二、曲臂差曲軸為帶有曲柄的軸,它是柴油機的最重要部件之一,基本上可以說,曲軸出了問題,整個柴油機都有問題。曲軸報廢,整個柴油機就報廢。究其原因首先從其功用上講:將柴油機各缸的往復功匯總起來,并以回轉(zhuǎn)運動的形式傳遞出去，曲軸本身還同步帶動其附屬設(shè)備的運轉(zhuǎn)。曲軸在運轉(zhuǎn)過程中的受力情況非常復雜,其兼受彎曲,扭轉(zhuǎn)和壓縮等多種交變周期負荷,如主機安裝出現(xiàn)小細節(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。因此為保護好曲軸,需要做好以下調(diào)整?！?/p>

1、在主機平整度控制好的情況下，測量曲臂差在允許的范圍內(nèi)。曲軸臂距差(開檔差,甩檔差,拐檔差)測量法是檢驗曲軸軸心線狀況的一種重要方法。通過測量只能表示在測量狀態(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?！?/p>

2、連接曲軸和中間軸后，測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)抬高或放低柴油機前端（可能還有后端），在船舶的橫向上移動柴油機前端，直到曲軸甩檔量達到目標值，抬高或放低中間軸軸承也可能使對中達到最佳狀態(tài)?！?/p>

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

4、對于最末端汽缸單元，在船舶壓載時，為了平衡船體變形，對中采用特殊的目標值。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,對于是否有永久跳動量,需要把曲軸放在車床或?qū)Ｓ迷O(shè)備上進行跳動量測量才能定奪?？紤]到船舶的實際情況,這種測量有點不現(xiàn)實。目前影響柴油機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座產(chǎn)生變形(3)機架貫穿螺栓預緊力的影響(4)校中及主機輸出軸與中間軸連接誤差(5)主機運行時最大燃燒壓力的差異(6)船體變形引起機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，因此在主機安裝過程中，要反復測量，反復調(diào)整，保證曲軸臂距差在允許的范圍內(nèi)。船舶主機安裝質(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)過多次試驗論證。保護曲軸,在熱態(tài)下通過一些檢測控制來動態(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度的同時，也進行一些熱態(tài)綜合模擬論證,保證其曲軸甩檔應(yīng)盡可能接近一個值。三、軸承間隙主機軸承間隙測量,傳統(tǒng)用窄塞尺,除測量誤差外,窄塞尺還受測量位置限制(盤車才能測量到的位置,曲軸的彎曲)。深度分厘卡來代替塞尺,使測量簡化并提高測量精度。它是利用靜態(tài)下曲軸軸承正上方中心位置的潤滑油孔來測量下沉量。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，主軸承上的負荷也不一樣，總的來說間隙越小，該軸承的負荷越大。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，因此在一種機型，在設(shè)備安全運行的要求下控制軸承的成本，一般為增大軸承面積，同時伴隨的曲軸增長的成本，所以綜合考慮，在有限空間和成本下，通過軸承與軸間的間隙設(shè)計，通過在主機運行的過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運行時在一條直線上。曲軸本身是復雜的機構(gòu)，在設(shè)計本身需要考慮在運行時軸承位置油膜的升力。間隙過小，雖然可以形成局部油膜，但不足將軸抬起,就會產(chǎn)生局部發(fā)生干摩擦，減少軸承壽命的同時也增加了軸的”磨合”。過大就會使冷態(tài)啟動時，由于負荷分配不均產(chǎn)生振動。下面是ABS船級社對柴油機的單邊負荷摩損的情況照片。因此根據(jù)理論的分析和模擬試驗，有必要在軸承位置設(shè)置斜軸承，一是平衡冷態(tài)下的負荷分配，避免啟動主機產(chǎn)生負荷分配的波動;二是動態(tài)運行情況下，足夠的油在軸承的支撐處形成一定的油膜，大型主機的每個主軸承的軸承蓋上都有自己的潤滑管路，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。當然以上是主機廠家需要考慮的問題，作為船廠無可厚非地需要更好質(zhì)量的主機，故有向主機廠家提出愿望。船廠能做的還有：軸承間隙應(yīng)在軸系螺栓連接后測量,其結(jié)果應(yīng)符合主機廠家的要求。船舶主機安裝質(zhì)量的好壞表征接著是軸系間隙調(diào)到合適位置,通過對軸承的檢測B-WACS,控制各個軸承上的潤滑油供給量.在間隙處形成穩(wěn)定的油膜,此油膜相當于減振器,有效緩沖曲軸產(chǎn)生的振動。四、軸承負荷曲軸是柴油機最重要的部件之一，它的功用是將柴油機各缸的往復功匯總起來，并以回轉(zhuǎn)運動的形式傳遞出去。曲軸還帶動保證柴油機正常運轉(zhuǎn)的各種附件，如定時凸輪軸，機帶泵。同時曲軸是一個形狀復雜，剛性較差的重要零件，當它安裝在多個不同的主軸承上（汽缸件的）時，其軸心由于受質(zhì)心的分布，靜止狀態(tài)下呈現(xiàn)波浪狀態(tài)，在運轉(zhuǎn)時其兼受彎曲，扭轉(zhuǎn)和壓縮等多種周期性的負荷的作用。因此保護曲軸，更多的是從軸承負荷盡量合理分配。在做主機飛輪負荷頂舉時，需要將盤車機齒輪與主機飛輪脫開以保證所測負荷不包含齒輪與飛輪的嚙合力。主機內(nèi)部有多道軸承，一般對于6S50MC-C來說，需要測量第8，7，6道軸承。基于主機本身的發(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，曲軸每轉(zhuǎn)一個角度，在軸系軸承負荷的波動是變化的。在主機軸承負荷時，測哪一個軸承，需要將哪一缸的曲軸調(diào)到水平狀態(tài)，取平均力。依據(jù)國外（瑞典）的研究，在測主機內(nèi)部間隔號軸承，需要盤車調(diào)到該缸的曲臂（從艉看）調(diào)到水平狀態(tài)。測量該軸承的平均負荷。而對于主機外部的軸承負荷，如中間軸承，他們要求第一次測量后，盤車180度后再測量一次取平均值。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，主機的最后一道軸承負荷可以為零，但是不能為負值，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，在風浪中拐彎引起的偏心推力。船舶主機安裝質(zhì)量的好壞表征最后是主機軸承負荷分配合理。高負荷位置用好軸承,同時又動態(tài)檢測軸承。在控制軸系振動(第2階激振力)引起的軸承負荷偏大方面,如有限的措施不能達到這個目的,會在主機曲軸末端設(shè)置內(nèi)置減振器或電子式減振器。瓦錫蘭對船舶主機相對研究的比較透徹。五、頂部支撐主機頂部支撐有兩種方式：機械方式和液壓方式。機械方式相對成本比較低，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)量問題，還有一些安裝細節(jié)需要注意:船舶柴油機不象汽車，航空業(yè)的柴油機在翻轉(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，二是船舶柴油機體積大，支撐點單一（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)一點小問題，直觀的保單是反應(yīng)在主機的側(cè)向支撐的問題上。測量調(diào)節(jié)主機扭曲度，避免主機重心偏離船舶中縱線，在主機運行時，單向偏移過大，局部搖動引起的側(cè)向支撐拉裂。甚至把船體結(jié)構(gòu)拉裂。用側(cè)向支撐板對位，實船安裝時用木板（除厚度為5mm外,其他與船體側(cè)固定板相同）作為測量校對工具。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，開焊接刨口。保證螺栓位于橢圓孔的正中心對稱位置。MAN推薦的橢圓孔的膨脹空間15mm，允許主機左右在此范圍內(nèi)膨脹，避免過大的膨脹導致地腳螺栓松動，引起主機內(nèi)部零件的破壞。主機定位后,標出支撐位置才能焊接船體加強筋,加強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)固定板和加強板焊在船體結(jié)構(gòu)上。主機上頂部側(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，必要時打磨光滑。船體側(cè)的固定板上同時需要保證沒有油漆和光滑。摩擦墊片用AB膠粘在側(cè)向支撐板上，主機低負荷下的熱膨脹由摩擦片吸收，高負荷下摩擦片與側(cè)向支撐板成為一個整體在光滑面上移動，避免摩擦片出現(xiàn)積裂和拉裂。國內(nèi)不少船廠接到頂部支撐拉裂的保單，大家都是按照MAN的推薦來做。出現(xiàn)問題，我們有的改進的探討意見是將上圖的側(cè)向支撐板（眼板）穿過船體結(jié)構(gòu)后，與反面的加強結(jié)構(gòu)對接焊，從而增加焊角，從反面加強，類似給門安裝牢固的把手。當然這種意見，我們已經(jīng)發(fā)給主機廠家，由他們轉(zhuǎn)交給Man認可。船舶主機安裝質(zhì)量的好壞直觀體現(xiàn)為主