三用工作船建造中轴线校中工艺控制
陶鹏飞
摘要：笔者近几年全程参与了交通运输部上海打捞局筹建，由上海东真船舶工程有限公司承建的两艘大马力近海三用工作船的筹建和监造工作，由于在整个船舶建造过程中采取了严格的质量控制，船舶建造质量较高，得到业内行家们的首肯。尤其是主推进系统，经过船舶试航及建成后交付使用检验，未发现轴系震动、轴承发热等现象，复测轴系参数均在设备厂商要求的范围内，船舶的主要参数包括航速、拖力等均高于设计数据。
本文针对常规CPP推进三用工作船建造过程中主推进轴系校中，包括顶升关键工艺控制，以及一些轴系安装过程中常见问题，结合最近建造的6600kW三用工作船实船进行研究和总结；同时对轴线安装精度的检测手段和方法进行了归纳和阐述，希望能够为现场施工人员和船舶监造人员提供一些借鉴。
关键词：合理校中 轴线顶升 轴承负荷 工艺控制
1 轴系安装质量对于船舶的重要意义
近年来，随着国内外海洋工程业的飞速发展，特别是我国石油海工市场的迅猛发展，与之配套服务的近海三用工作船的需求也随之逐年增长，建造数量大幅增加。为此，如何掌控好工程类船舶的建造质量，其中特别重要、起决定性因素的主推进轴系的安装精度，是船舶制造领域技术关键，也是决定一艘船整体质量主要因素之一。
主推进轴系的安装是船舶轮机工程的关键所在，船舶的轴系校中直接影响到动力装置工作的可靠性与安全航行。由于工程类船舶发展逐步大型化和高功率化，螺旋桨重量和轴系刚性增加，船体结构相对变得刚性不足。如果建造时轴系校中不良可能导致艉轴承磨损，甚至烧毁，也可能导致减速齿轮啮合不良、轴系震动、轴承漏油等事故。
2 船舶轴线校中工艺
目前，船舶轴线校中工艺，国内多数船厂均采用液压千斤顶和偏移、曲折值进行校中质量检测，一般轴线校中的计算书都提供这方面的安装后的检测数据。
本文讨论的6 600kW三用工作船轴系对中，同样也采用负荷顶升法。由艉至艏依次进行顶升，各连接法兰之间的曲折（GAP）、偏移（SAG）等安装数据推荐值均由轴系制造商提供。
2.1轴系校中技术
以6 600kW三用工作船为例，轴系组成主要由螺旋桨、艉轴、艉轴承、中间轴、中间轴承、CPP变距机构、变速齿轮箱、主机、轴带对外消防泵。（图1）
早期的轴系校中一般采用直线对中方法，其工艺较简单，但轴系中各轴承的负荷分配往往不合理。由于螺旋桨的质量比较大，容易产生艉管后轴承单边承载的现象，还容易造成变速齿轮箱前、后轴承负荷差过大，使大小齿轮啮合不良，影响轴系的正常运行。为改善轴系中轴承的受力情况，保证轴系的正常运行，现在采用一种称之为“合理校中”的技术。合理校中的基本思想是将轴系看成弹性体，在规定的轴承负荷、轴段弯曲应力与转角等限制条件下，通过校中计算确定轴系中各轴承的合理位置，将轴系安装成规定的曲线状态，以合理分配各轴承上的负荷。实现轴系结构设计与轴系校中设计的紧密结合，能使轴系中各轴承的负荷尽可能地合理分布，避免因螺旋桨过重而出现艉管后轴承偏载严重乃至局部过载的现象。
2.2 轴系校中条件
轴系校中前，校中区域船舶大规模焊接需结束；船舶下水后，螺旋桨处于半吃水状态；主机、变速齿轮箱及附件安装完整，所有主机、变速齿轮箱结构件螺栓全部上紧，主机、变速齿轮箱与系统的接管以及舾装件如扶梯、管系等脱离。变速齿轮箱、轴系法兰之间应留有满足轴系校中的足够的测量间隙。轴系校中模型所示位置（图2）装妥可调临时支撑，临时支撑的架设必须有足够的强度。
校中时，要求船上停止有震动的作业，船上设备的装载状态基本保持不变，无影响船舶吃水压载的变化，油舱/柜无影响船舶吃水的大量加油。
该轴系安装对中工艺方法基于预先计算测量在两个未安装法兰之间GAP（夹角法兰的水平距离）和SAG（夹角法兰的垂直距离），“如图3所示”。
图3 轴系法兰开口示意图
轴线对中前首先满足：轴处于未连接状态；液压联轴节安装于艉轴上；确认隔舱填料函未安装到舱壁上；俯视图中轴线应为直线，允许偏差±0.05mm（见图3、4）。
2.3 轴系校中程序
（1）轴线处于自由状态，通过适当的支撑使轴系抬升5mm。
（2） 艉部中间轴应通过抬高或降低临时支撑以及中间轴承高度来和艉轴联轴节法兰连接，以测得GAP和SAG的尺寸，如图4位置1所示。
（3）艏部中间轴应通过抬高或降低中间轴承高度来和艉部中间轴按比例对中连接，通过调整来获得GAP和SAG的尺寸，如图4位置2所示。
（4） 变速齿轮箱和艏部中间轴按比例对中连接，通过调整来获得GAP和SAG的尺寸，如图4位置3所示。中间轴必须保持固定以获得正确的GAP和SAG的尺寸。
图4 轴系对中数据参考值
（5） 固定好变速齿轮箱，固定螺栓按照规定扭矩拧紧。
（6）进行顶升试验以修正轴系对中数据——见轴系顶升数据表（表一）。
考虑到主机、变速齿轮箱浇注环氧树脂垫片的干固过程中约有1/1 000的收缩量，所以在调整主机、变速齿轮箱座时应有意识将主机、变速齿轮箱座稍稍顶高约1/1 000×环氧厚度。
3 测量轴承负荷
3.1 轴承负荷测量方法
轴承负荷测量目前一般均采用顶升法。轴承负荷测量前，应停止一切震动作业。按照轴系校中计算书所示的各位置（图2），安装千斤顶，检查千斤顶座架是否牢固，松开中间轴承上轴瓦。
在千斤顶所对应的轴颈上，放置一个百分表，并检查百分表的支架是否牢固。按动油泵从而顶升中间轴，要求油压每升高0.2MPa，记录对应的百分表读数（即轴上升量）直到压力上升不大但轴颈抬高较快时为止。慢慢地泻放油压，每降0.2MPa，记录对应的百分表读数（即轴下降量），直至油压完全释放。绘制顶升过程升、降压力与位移的曲线，延长升压及降压曲线的直线段使其分别交与横轴坐标Pu和Pd，如图5。
3.2 轴系顶升步骤及注意问题
尽管顶升法的工艺已经比较完善，且有相关校中的辅助计算的工具，整个测量校中的过程相对固定。但如果在测量的过程中在某些细节上不加小心，有可能得到一系列不正确数据，依据这些数据对轴系进行校中必然带来一定的偏差。在此，本人结合多年来现场轴系校中检验的经验，归纳顶升过程的主要步骤，以及顶升过程中应注意的问题归纳如下：
（1） 为了减少测量时的误差，最好选用新购置的千斤顶。因为在实际测量时我们发现有时会出现千斤顶的运行不平稳或漏泄，造成数据的不稳定。在读数据时，要等表针稳定后再读取，防止不必要的误差。
（2） 在中间轴承基座旁焊一个小支座，且支座要有足够的强度和刚度，放置液压千斤顶，用它将中间轴逐步顶起，直到被测轴承与轴颈完全脱空。在顶起中间轴的过程中，用百分表记录轴的升高量，并同时记录下千斤顶相对应的表压值。
（3） 将百分表归零，此时千斤顶刚刚与中间轴接触，而后对油泵进行加压，利用千斤顶将轴分“档位”慢慢地顶起来，并随时记录下中间轴的位移量和相应的千斤顶表压。在轴承脱空后再顶起一段距离，但轴颈顶起的高度不能超过中间轴承的装配间隙。然后慢慢地分“档位”泄油，使轴慢慢地下降，同样记录轴的下降位移量和相对应的千斤顶表压。
（4） 负荷测量前，轴系临时支承均已拆除，轴系无任何附加物。施工现场环境要整洁安全，应不受振动、高分贝噪音作业干扰。
（5） 安装顶升油泵部位，应考虑船体结构强度对测量精度的影响，如因内底板太薄、肋骨间距过大而引起的变形，须采取相应措施消除。
（6） 顶升油泵面积必须核实，油泵应无渗漏现象，压力表经计量室检验合格，要有合格证件，表面值应在要求范围内。
（7） 测量中间轴顶升过程位移量的数值所选用的百分表亦须经计量室鉴定，百分表安装位置与泵中心在同一截面上，且通过垂直中心。百分表安装须与轴系隔离，且无振动影响。
（8） 顶升油泵安装的轴向位置，要选在中间轴承轴瓦中心向前或向后一定距离，该距离应为整数，以便于修正时查表选取修正系数值。
（9） 轴承负荷测试时，应将轴承螺栓旋松，轴承盖吊起，以防止碰撞摩擦等影响测量精度。
（10） 轴承负荷测试，须通过作图求出轴承负荷，为使作图正确，须过细地进行测量，要求油泵油压每升高或降低0.2MPa，记录对应的百分表读数（即轴上升量或下降量）。
（11） 对轴承负荷测定，船东和船检部门都很重视，为使测试工作顺利进行，船厂需做好充分的准备工作。测量完后输入电脑绘制出相应的曲线，通过计算及时得出测试数据，再与轴系供应商提供的推荐值相比较，根据比较结果，得出轴系安装精度，同时也为轴系修正提供依据。
3.3 顶升法实例分析
以6 600kW三用船左艉管前轴承（jack1）顶升位置（图2）为例：在顶升法测量艉轴承负荷时，根据上述步骤，得到了如图5所示压力与位移的曲线。
在该图曲线中，有一部分不同于传统的顶举曲线图中周围标出的部分，按计算书及通常的数据分析方法支撑顶升时，当油压达到一定值的瞬间，液压千斤顶的负荷增加不大，但轴抬起较快时，此时的拐点，图中将发现有两次类似的情况出现。这是因为：液压千斤顶上的阻力是不可避免的，负荷响应的曲线在一定范围内存在滞后；由于艉管结构的特殊性，在负荷由轴承完全转移到液压千斤顶上时，受到螺旋桨的浮力，艉管内油压波动的影响，以及艉管后轴承与前轴承不像其他轴承的负荷曲线均匀，而出现波动。
由于会受上述因素的干扰，所以在测量时，应缓慢升高油泵的压力，待油泵压力达到稳定时再读数值，以消除液体压力滞后的影响。在进行轴承负荷曲线分析时，根据轴承的间隙顶举时不能超过1mm的限制，通常取大于0.20mm为数据分析段，将作图测得的数据代入下面公式计算。
轴承负荷：R = C×A × ≈20.12 （KN）
式中：A—液压千斤顶活塞面积（mm2），实测取
6 358.5mm?
C—距离修正系数，取0.93 ，见下面表一 。
Pu—为升压曲线段延长线与横轴的交点，顶起负荷（bar）。（参见图5）
Pd—为降压曲线段延长线与横轴的交点，下降负荷（bar）。（参见图5）
下表一为轴系生产厂商提供的左舷轴系顶升数据（推荐值），根据实际测得的轴承负荷与推荐值相比较，数据显示左艉管前轴承的负荷比推荐值略小，但在允许范围内。
表一 左舷轴系顶升数据（推荐值）
轴承 顶升位置 轴承负荷（KN） 顶升系数C
前艉管 Jack（1） 22.1 0.93
中间轴 Jack（2） 19.9 1.02
中间轴 Jack（3） 22.3 0.99
齿轮箱后轴承 Jack（4） 16.7 1.74
4 影响轴系校中的两大因素
通常三用工作船的轴线校中工作，船厂一般都是在船舶下水后系泊在码头时进行。由于受到客观条件的限制，校中时船舶的负载状况与船舶正常航行时装载状况有较大差距，而载况对船体变形的影响趋势不可预测。然而在实际工况时，对于某些船型（如长艉轴类三用船或供应船），轴系的轴向尺寸较大，轴承的数目较多，船体变形会使轴系的各个轴承处产生较大的相对位移，影响轴系的反力分布。在这种情况下，考虑船体变形对轴系对中的影响很有必要。
此外，从船舶出坞或下水在系泊码头漂浮，具备轴系校中条件开始，到主机、变速齿轮箱定位、安装结束，至少要经历两三个月的时间。在这期间里，气温变化对船体变形的影响也是不可预测的。然而在轴系校中期间，温度变化对校中的影响很大。另外，考虑主机、变速齿轮箱从冷态变为热态时机座因热膨胀而相对于中间轴抬高更多，在这种情况下船体与轴线的相对位置会发生变化，各轴承负荷同时也会发生变化，所以此因素也得考虑在内。
5 轴系校中时需注意的问题
首先要了解轴系校中计算书中是否对艉管轴承有偏斜的要求。也就是艉管前后轴承是同心还是后轴承后部有一定的向下倾斜。如果艉管前后轴承呈同心状态，则艉轴与艉管轴承会有不同的轴角度。一般地说该角度越小说明轴与轴承的贴合情况越好，轴与轴承的运行就越不容易出现问题。现在，有许多船东或船厂在轴系订货时，艉轴承（前/后）与艉轴管装配后由设备商配套供应，保证两者的同心度，船厂在安装时只需精确定位艉轴管即可。
轴系校中时对船舶漂浮吃水状态的要求是：保证船体后部吃水高于轴线0.5m以上。实践证明，船体艉部吃水越大，浸水越多，日光照射引起的温差变化对船体艉部变形的影响就越小，而船舶完全空载出现的艏艉吃水差距较大的状况引起的船体艉部的变形完全在轴系校中时考虑的预变范围之内。
轴系校正的检查应在上午9：00之前或阴雨天或晚上进行，并要求尽可能连续完成，不可以分两次检验。
关于轴系各对法兰的SAG和GAP值要求，虽然各轴法兰连接后仍可能对中间轴承进行一定幅度的调整，但仍应按要求进行，即按轴系校中计算书中规定的数值，考虑±0.05mm的公差进行验收。
有关轴承负荷（主要包括艉管前轴承、各中间轴承、变速齿轮箱轴承负荷）检测，首先必须弄清楚各轴承的最大允许负荷为多少（由轴系生产商提供）。对于各中间轴承负荷要求尽可能地调整在其理论负荷的±20%的范围之内，对于变速齿轮箱轴承负荷，要求尽可能地调整在公司推荐的轴承允许负荷的下限值。
6 结束语
轴系校中既涉及理论计算又与现场施工密切相关，因此，在施工中必需按照《轴系校中计算书》，严格把控轴系校中工艺要求，合理校中，使各轴承的负荷和轴上的弯曲力矩得到合理的分配，从而提高轴系设计质量和工作可靠性，避免出现严重的轴系故障而造成不可挽回的损失。
参考文献
[1] 陆俊岫.船舶建造质量检验.哈尔滨工程大学出版社
[2]周继良、邹鸿钧.船舶轴系校中原理及其应用.人民交通出版社
3.2 轴系顶升步骤及注意问题
尽管顶升法的工艺已经比较完善，且有相关校中的辅助计算的工具，整个测量校中的过程相对固定。但如果在测量的过程中在某些细节上不加小心，有可能得到一系列不正确数据，依据这些数据对轴系进行校中必然带来一定的偏差。在此，本人结合多年来现场轴系校中检验的经验，归纳顶升过程的主要步骤，以及顶升过程中应注意的问题归纳如下：
（1） 为了减少测量时的误差，最好选用新购置的千斤顶。因为在实际测量时我们发现有时会出现千斤顶的运行不平稳或漏泄，造成数据的不稳定。在读数据时，要等表针稳定后再读取，防止不必要的误差。
（2） 在中间轴承基座旁焊一个小支座，且支座要有足够的强度和刚度，放置液压千斤顶，用它将中间轴逐步顶起，直到被测轴承与轴颈完全脱空。在顶起中间轴的过程中，用百分表记录轴的升高量，并同时记录下千斤顶相对应的表压值。
（3） 将百分表归零，此时千斤顶刚刚与中间轴接触，而后对油泵进行加压，利用千斤顶将轴分“档位”慢慢地顶起来，并随时记录下中间轴的位移量和相应的千斤顶表压。在轴承脱空后再顶起一段距离，但轴颈顶起的高度不能超过中间轴承的装配间隙。然后慢慢地分“档位”泄油，使轴慢慢地下降，同样记录轴的下降位移量和相对应的千斤顶表压。
（4） 负荷测量前，轴系临时支承均已拆除，轴系无任何附加物。施工现场环境要整洁安全，应不受振动、高分贝噪音作业干扰。
（5） 安装顶升油泵部位，应考虑船体结构强度对测量精度的影响，如因内底板太薄、肋骨间距过大而引起的变形，须采取相应措施消除。
（6） 顶升油泵面积必须核实，油泵应无渗漏现象，压力表经计量室检验合格，要有合格证件，表面值应在要求范围内。
（7） 测量中间轴顶升过程位移量的数值所选用的百分表亦须经计量室鉴定，百分表安装位置与泵中心在同一截面上，且通过垂直中心。百分表安装须与轴系隔离，且无振动影响。
（8） 顶升油泵安装的轴向位置，要选在中间轴承轴瓦中心向前或向后一定距离，该距离应为整数，以便于修正时查表选取修正系数值。
（9） 轴承负荷测试时，应将轴承螺栓旋松，轴承盖吊起，以防止碰撞摩擦等影响测量精度。
（10） 轴承负荷测试，须通过作图求出轴承负荷，为使作图正确，须过细地进行测量，要求油泵油压每升高或降低0.2MPa，记录对应的百分表读数（即轴上升量或下降量）。
（11） 对轴承负荷测定，船东和船检部门都很重视，为使测试工作顺利进行，船厂需做好充分的准备工作。测量完后输入电脑绘制出相应的曲线，通过计算及时得出测试数据，再与轴系供应商提供的推荐值相比较，根据比较结果，得出轴系安装精度，同时也为轴系修正提供依据。
3.3 顶升法实例分析
以6 600kW三用船左艉管前轴承（jack1）顶升位置（图2）为例：在顶升法测量艉轴承负荷时，根据上述步骤，得到了如图5所示压力与位移的曲线。
在该图曲线中，有一部分不同于传统的顶举曲线图中周围标出的部分，按计算书及通常的数据分析方法支撑顶升时，当油压达到一定值的瞬间，液压千斤顶的负荷增加不大，但轴抬起较快时，此时的拐点，图中将发现有两次类似的情况出现。这是因为：液压千斤顶上的阻力是不可避免的，负荷响应的曲线在一定范围内存在滞后；由于艉管结构的特殊性，在负荷由轴承完全转移到液压千斤顶上时，受到螺旋桨的浮力，艉管内油压波动的影响，以及艉管后轴承与前轴承不像其他轴承的负荷曲线均匀，而出现波动。
由于会受上述因素的干扰，所以在测量时，应缓慢升高油泵的压力，待油泵压力达到稳定时再读数值，以消除液体压力滞后的影响。在进行轴承负荷曲线分析时，根据轴承的间隙顶举时不能超过1mm的限制，通常取大于0.20mm为数据分析段，将作图测得的数据代入下面公式计算。
轴承负荷：R = C×A × ≈20.12 （KN）
式中：A—液压千斤顶活塞面积（mm2），实测取
6 358.5mm?
C—距离修正系数，取0.93 ，见下面表一 。
Pu—为升压曲线段延长线与横轴的交点，顶起负荷（bar）。（参见图5）
Pd—为降压曲线段延长线与横轴的交点，下降负荷（bar）。（参见图5）
下表一为轴系生产厂商提供的左舷轴系顶升数据（推荐值），根据实际测得的轴承负荷与推荐值相比较，数据显示左艉管前轴承的负荷比推荐值略小，但在允许范围内。
表一 左舷轴系顶升数据（推荐值）
轴承 顶升位置 轴承负荷（KN） 顶升系数C
前艉管 Jack（1） 22.1 0.93
中间轴 Jack（2） 19.9 1.02
中间轴 Jack（3） 22.3 0.99
齿轮箱后轴承 Jack（4） 16.7 1.74
4 影响轴系校中的两大因素
通常三用工作船的轴线校中工作，船厂一般都是在船舶下水后系泊在码头时进行。由于受到客观条件的限制，校中时船舶的负载状况与船舶正常航行时装载状况有较大差距，而载况对船体变形的影响趋势不可预测。然而在实际工况时，对于某些船型（如长艉轴类三用船或供应船），轴系的轴向尺寸较大，轴承的数目较多，船体变形会使轴系的各个轴承处产生较大的相对位移，影响轴系的反力分布。在这种情况下，考虑船体变形对轴系对中的影响很有必要。
此外，从船舶出坞或下水在系泊码头漂浮，具备轴系校中条件开始，到主机、变速齿轮箱定位、安装结束，至少要经历两三个月的时间。在这期间里，气温变化对船体变形的影响也是不可预测的。然而在轴系校中期间，温度变化对校中的影响很大。另外，考虑主机、变速齿轮箱从冷态变为热态时机座因热膨胀而相对于中间轴抬高更多，在这种情况下船体与轴线的相对位置会发生变化，各轴承负荷同时也会发生变化，所以此因素也得考虑在内。
5 轴系校中时需注意的问题
首先要了解轴系校中计算书中是否对艉管轴承有偏斜的要求。也就是艉管前后轴承是同心还是后轴承后部有一定的向下倾斜。如果艉管前后轴承呈同心状态，则艉轴与艉管轴承会有不同的轴角度。一般地说该角度越小说明轴与轴承的贴合情况越好，轴与轴承的运行就越不容易出现问题。现在，有许多船东或船厂在轴系订货时，艉轴承（前/后）与艉轴管装配后由设备商配套供应，保证两者的同心度，船厂在安装时只需精确定位艉轴管即可。
轴系校中时对船舶漂浮吃水状态的要求是：保证船体后部吃水高于轴线0.5m以上。实践证明，船体艉部吃水越大，浸水越多，日光照射引起的温差变化对船体艉部变形的影响就越小，而船舶完全空载出现的艏艉吃水差距较大的状况引起的船体艉部的变形完全在轴系校中时考虑的预变范围之内。
轴系校正的检查应在上午9：00之前或阴雨天或晚上进行，并要求尽可能连续完成，不可以分两次检验。
关于轴系各对法兰的SAG和GAP值要求，虽然各轴法兰连接后仍可能对中间轴承进行一定幅度的调整，但仍应按要求进行，即按轴系校中计算书中规定的数值，考虑±0.05mm的公差进行验收。
有关轴承负荷（主要包括艉管前轴承、各中间轴承、变速齿轮箱轴承负荷）检测，首先必须弄清楚各轴承的最大允许负荷为多少（由轴系生产商提供）。对于各中间轴承负荷要求尽可能地调整在其理论负荷的±20%的范围之内，对于变速齿轮箱轴承负荷，要求尽可能地调整在公司推荐的轴承允许负荷的下限值。
6 结束语
轴系校中既涉及理论计算又与现场施工密切相关，因此，在施工中必需按照《轴系校中计算书》，严格把控轴系校中工艺要求，合理校中，使各轴承的负荷和轴上的弯曲力矩得到合理的分配，从而提高轴系设计质量和工作可靠性，避免出现严重的轴系故障而造成不可挽回的损失。
参考文献
[1] 陆俊岫.船舶建造质量检验.哈尔滨工程大学出版社
[2]周继良、邹鸿钧.船舶轴系校中原理及其应用.人民交通出版社
3.2 轴系顶升步骤及注意问题
尽管顶升法的工艺已经比较完善，且有相关校中的辅助计算的工具，整个测量校中的过程相对固定。但如果在测量的过程中在某些细节上不加小心，有可能得到一系列不正确数据，依据这些数据对轴系进行校中必然带来一定的偏差。在此，本人结合多年来现场轴系校中检验的经验，归纳顶升过程的主要步骤，以及顶升过程中应注意的问题归纳如下：
（1） 为了减少测量时的误差，最好选用新购置的千斤顶。因为在实际测量时我们发现有时会出现千斤顶的运行不平稳或漏泄，造成数据的不稳定。在读数据时，要等表针稳定后再读取，防止不必要的误差。
（2） 在中间轴承基座旁焊一个小支座，且支座要有足够的强度和刚度，放置液压千斤顶，用它将中间轴逐步顶起，直到被测轴承与轴颈完全脱空。在顶起中间轴的过程中，用百分表记录轴的升高量，并同时记录下千斤顶相对应的表压值。
（3） 将百分表归零，此时千斤顶刚刚与中间轴接触，而后对油泵进行加压，利用千斤顶将轴分“档位”慢慢地顶起来，并随时记录下中间轴的位移量和相应的千斤顶表压。在轴承脱空后再顶起一段距离，但轴颈顶起的高度不能超过中间轴承的装配间隙。然后慢慢地分“档位”泄油，使轴慢慢地下降，同样记录轴的下降位移量和相对应的千斤顶表压。
（4） 负荷测量前，轴系临时支承均已拆除，轴系无任何附加物。施工现场环境要整洁安全，应不受振动、高分贝噪音作业干扰。
（5） 安装顶升油泵部位，应考虑船体结构强度对测量精度的影响，如因内底板太薄、肋骨间距过大而引起的变形，须采取相应措施消除。
（6） 顶升油泵面积必须核实，油泵应无渗漏现象，压力表经计量室检验合格，要有合格证件，表面值应在要求范围内。
（7） 测量中间轴顶升过程位移量的数值所选用的百分表亦须经计量室鉴定，百分表安装位置与泵中心在同一截面上，且通过垂直中心。百分表安装须与轴系隔离，且无振动影响。
（8） 顶升油泵安装的轴向位置，要选在中间轴承轴瓦中心向前或向后一定距离，该距离应为整数，以便于修正时查表选取修正系数值。
（9） 轴承负荷测试时，应将轴承螺栓旋松，轴承盖吊起，以防止碰撞摩擦等影响测量精度。
（10） 轴承负荷测试，须通过作图求出轴承负荷，为使作图正确，须过细地进行测量，要求油泵油压每升高或降低0.2MPa，记录对应的百分表读数（即轴上升量或下降量）。
（11） 对轴承负荷测定，船东和船检部门都很重视，为使测试工作顺利进行，船厂需做好充分的准备工作。测量完后输入电脑绘制出相应的曲线，通过计算及时得出测试数据，再与轴系供应商提供的推荐值相比较，根据比较结果，得出轴系安装精度，同时也为轴系修正提供依据。
3.3 顶升法实例分析
以6 600kW三用船左艉管前轴承（jack1）顶升位置（图2）为例：在顶升法测量艉轴承负荷时，根据上述步骤，得到了如图5所示压力与位移的曲线。
在该图曲线中，有一部分不同于传统的顶举曲线图中周围标出的部分，按计算书及通常的数据分析方法支撑顶升时，当油压达到一定值的瞬间，液压千斤顶的负荷增加不大，但轴抬起较快时，此时的拐点，图中将发现有两次类似的情况出现。这是因为：液压千斤顶上的阻力是不可避免的，负荷响应的曲线在一定范围内存在滞后；由于艉管结构的特殊性，在负荷由轴承完全转移到液压千斤顶上时，受到螺旋桨的浮力，艉管内油压波动的影响，以及艉管后轴承与前轴承不像其他轴承的负荷曲线均匀，而出现波动。
由于会受上述因素的干扰，所以在测量时，应缓慢升高油泵的压力，待油泵压力达到稳定时再读数值，以消除液体压力滞后的影响。在进行轴承负荷曲线分析时，根据轴承的间隙顶举时不能超过1mm的限制，通常取大于0.20mm为数据分析段，将作图测得的数据代入下面公式计算。
轴承负荷：R = C×A × ≈20.12 （KN）
式中：A—液压千斤顶活塞面积（mm2），实测取
6 358.5mm?
C—距离修正系数，取0.93 ，见下面表一 。
Pu—为升压曲线段延长线与横轴的交点，顶起负荷（bar）。（参见图5）
Pd—为降压曲线段延长线与横轴的交点，下降负荷（bar）。（参见图5）
下表一为轴系生产厂商提供的左舷轴系顶升数据（推荐值），根据实际测得的轴承负荷与推荐值相比较，数据显示左艉管前轴承的负荷比推荐值略小，但在允许范围内。
表一 左舷轴系顶升数据（推荐值）
轴承 顶升位置 轴承负荷（KN） 顶升系数C
前艉管 Jack（1） 22.1 0.93
中间轴 Jack（2） 19.9 1.02
中间轴 Jack（3） 22.3 0.99
齿轮箱后轴承 Jack（4） 16.7 1.74
4 影响轴系校中的两大因素
通常三用工作船的轴线校中工作，船厂一般都是在船舶下水后系泊在码头时进行。由于受到客观条件的限制，校中时船舶的负载状况与船舶正常航行时装载状况有较大差距，而载况对船体变形的影响趋势不可预测。然而在实际工况时，对于某些船型（如长艉轴类三用船或供应船），轴系的轴向尺寸较大，轴承的数目较多，船体变形会使轴系的各个轴承处产生较大的相对位移，影响轴系的反力分布。在这种情况下，考虑船体变形对轴系对中的影响很有必要。
此外，从船舶出坞或下水在系泊码头漂浮，具备轴系校中条件开始，到主机、变速齿轮箱定位、安装结束，至少要经历两三个月的时间。在这期间里，气温变化对船体变形的影响也是不可预测的。然而在轴系校中期间，温度变化对校中的影响很大。另外，考虑主机、变速齿轮箱从冷态变为热态时机座因热膨胀而相对于中间轴抬高更多，在这种情况下船体与轴线的相对位置会发生变化，各轴承负荷同时也会发生变化，所以此因素也得考虑在内。
5 轴系校中时需注意的问题
首先要了解轴系校中计算书中是否对艉管轴承有偏斜的要求。也就是艉管前后轴承是同心还是后轴承后部有一定的向下倾斜。如果艉管前后轴承呈同心状态，则艉轴与艉管轴承会有不同的轴角度。一般地说该角度越小说明轴与轴承的贴合情况越好，轴与轴承的运行就越不容易出现问题。现在，有许多船东或船厂在轴系订货时，艉轴承（前/后）与艉轴管装配后由设备商配套供应，保证两者的同心度，船厂在安装时只需精确定位艉轴管即可。
轴系校中时对船舶漂浮吃水状态的要求是：保证船体后部吃水高于轴线0.5m以上。实践证明，船体艉部吃水越大，浸水越多，日光照射引起的温差变化对船体艉部变形的影响就越小，而船舶完全空载出现的艏艉吃水差距较大的状况引起的船体艉部的变形完全在轴系校中时考虑的预变范围之内。
轴系校正的检查应在上午9：00之前或阴雨天或晚上进行，并要求尽可能连续完成，不可以分两次检验。
关于轴系各对法兰的SAG和GAP值要求，虽然各轴法兰连接后仍可能对中间轴承进行一定幅度的调整，但仍应按要求进行，即按轴系校中计算书中规定的数值，考虑±0.05mm的公差进行验收。
有关轴承负荷（主要包括艉管前轴承、各中间轴承、变速齿轮箱轴承负荷）检测，首先必须弄清楚各轴承的最大允许负荷为多少（由轴系生产商提供）。对于各中间轴承负荷要求尽可能地调整在其理论负荷的±20%的范围之内，对于变速齿轮箱轴承负荷，要求尽可能地调整在公司推荐的轴承允许负荷的下限值。
6 结束语
轴系校中既涉及理论计算又与现场施工密切相关，因此，在施工中必需按照《轴系校中计算书》，严格把控轴系校中工艺要求，合理校中，使各轴承的负荷和轴上的弯曲力矩得到合理的分配，从而提高轴系设计质量和工作可靠性，避免出现严重的轴系故障而造成不可挽回的损失。
参考文献
[1] 陆俊岫.船舶建造质量检验.哈尔滨工程大学出版社
[2]周继良、邹鸿钧.船舶轴系校中原理及其应用.人民交通出版社
摘要：笔者近几年全程参与了交通运输部上海打捞局筹建，由上海东真船舶工程有限公司承建的两艘大马力近海三用工作船的筹建和监造工作，由于在整个船舶建造过程中采取了严格的质量控制，船舶建造质量较高，得到业内行家们的首肯。尤其是主推进系统，经过船舶试航及建成后交付使用检验，未发现轴系震动、轴承发热等现象，复测轴系参数均在设备厂商要求的范围内，船舶的主要参数包括航速、拖力等均高于设计数据。
本文针对常规CPP推进三用工作船建造过程中主推进轴系校中，包括顶升关键工艺控制，以及一些轴系安装过程中常见问题，结合最近建造的6600kW三用工作船实船进行研究和总结；同时对轴线安装精度的检测手段和方法进行了归纳和阐述，希望能够为现场施工人员和船舶监造人员提供一些借鉴。
关键词：合理校中 轴线顶升 轴承负荷 工艺控制
1 轴系安装质量对于船舶的重要意义
近年来，随着国内外海洋工程业的飞速发展，特别是我国石油海工市场的迅猛发展，与之配套服务的近海三用工作船的需求也随之逐年增长，建造数量大幅增加。为此，如何掌控好工程类船舶的建造质量，其中特别重要、起决定性因素的主推进轴系的安装精度，是船舶制造领域技术关键，也是决定一艘船整体质量主要因素之一。
主推进轴系的安装是船舶轮机工程的关键所在，船舶的轴系校中直接影响到动力装置工作的可靠性与安全航行。由于工程类船舶发展逐步大型化和高功率化，螺旋桨重量和轴系刚性增加，船体结构相对变得刚性不足。如果建造时轴系校中不良可能导致艉轴承磨损，甚至烧毁，也可能导致减速齿轮啮合不良、轴系震动、轴承漏油等事故。
2 船舶轴线校中工艺
目前，船舶轴线校中工艺，国内多数船厂均采用液压千斤顶和偏移、曲折值进行校中质量检测，一般轴线校中的计算书都提供这方面的安装后的检测数据。
本文讨论的6 600kW三用工作船轴系对中，同样也采用负荷顶升法。由艉至艏依次进行顶升，各连接法兰之间的曲折（GAP）、偏移（SAG）等安装数据推荐值均由轴系制造商提供。
2.1轴系校中技术
以6 600kW三用工作船为例，轴系组成主要由螺旋桨、艉轴、艉轴承、中间轴、中间轴承、CPP变距机构、变速齿轮箱、主机、轴带对外消防泵。（图1）
早期的轴系校中一般采用直线对中方法，其工艺较简单，但轴系中各轴承的负荷分配往往不合理。由于螺旋桨的质量比较大，容易产生艉管后轴承单边承载的现象，还容易造成变速齿轮箱前、后轴承负荷差过大，使大小齿轮啮合不良，影响轴系的正常运行。为改善轴系中轴承的受力情况，保证轴系的正常运行，现在采用一种称之为“合理校中”的技术。合理校中的基本思想是将轴系看成弹性体，在规定的轴承负荷、轴段弯曲应力与转角等限制条件下，通过校中计算确定轴系中各轴承的合理位置，将轴系安装成规定的曲线状态，以合理分配各轴承上的负荷。实现轴系结构设计与轴系校中设计的紧密结合，能使轴系中各轴承的负荷尽可能地合理分布，避免因螺旋桨过重而出现艉管后轴承偏载严重乃至局部过载的现象。
2.2 轴系校中条件
轴系校中前，校中区域船舶大规模焊接需结束；船舶下水后，螺旋桨处于半吃水状态；主机、变速齿轮箱及附件安装完整，所有主机、变速齿轮箱结构件螺栓全部上紧，主机、变速齿轮箱与系统的接管以及舾装件如扶梯、管系等脱离。变速齿轮箱、轴系法兰之间应留有满足轴系校中的足够的测量间隙。轴系校中模型所示位置（图2）装妥可调临时支撑，临时支撑的架设必须有足够的强度。
校中时，要求船上停止有震动的作业，船上设备的装载状态基本保持不变，无影响船舶吃水压载的变化，油舱/柜无影响船舶吃水的大量加油。
该轴系安装对中工艺方法基于预先计算测量在两个未安装法兰之间GAP（夹角法兰的水平距离）和SAG（夹角法兰的垂直距离），“如图3所示”。
图3 轴系法兰开口示意图
轴线对中前首先满足：轴处于未连接状态；液压联轴节安装于艉轴上；确认隔舱填料函未安装到舱壁上；俯视图中轴线应为直线，允许偏差±0.05mm（见图3、4）。
2.3 轴系校中程序
（1）轴线处于自由状态，通过适当的支撑使轴系抬升5mm。
（2） 艉部中间轴应通过抬高或降低临时支撑以及中间轴承高度来和艉轴联轴节法兰连接，以测得GAP和SAG的尺寸，如图4位置1所示。
（3）艏部中间轴应通过抬高或降低中间轴承高度来和艉部中间轴按比例对中连接，通过调整来获得GAP和SAG的尺寸，如图4位置2所示。
（4） 变速齿轮箱和艏部中间轴按比例对中连接，通过调整来获得GAP和SAG的尺寸，如图4位置3所示。中间轴必须保持固定以获得正确的GAP和SAG的尺寸。
图4 轴系对中数据参考值
（5） 固定好变速齿轮箱，固定螺栓按照规定扭矩拧紧。
（6）进行顶升试验以修正轴系对中数据——见轴系顶升数据表（表一）。
考虑到主机、变速齿轮箱浇注环氧树脂垫片的干固过程中约有1/1 000的收缩量，所以在调整主机、变速齿轮箱座时应有意识将主机、变速齿轮箱座稍稍顶高约1/1 000×环氧厚度。
3 测量轴承负荷
3.1 轴承负荷测量方法
轴承负荷测量目前一般均采用顶升法。轴承负荷测量前，应停止一切震动作业。按照轴系校中计算书所示的各位置（图2），安装千斤顶，检查千斤顶座架是否牢固，松开中间轴承上轴瓦。
在千斤顶所对应的轴颈上，放置一个百分表，并检查百分表的支架是否牢固。按动油泵从而顶升中间轴，要求油压每升高0.2MPa，记录对应的百分表读数（即轴上升量）直到压力上升不大但轴颈抬高较快时为止。慢慢地泻放油压，每降0.2MPa，记录对应的百分表读数（即轴下降量），直至油压完全释放。绘制顶升过程升、降压力与位移的曲线，延长升压及降压曲线的直线段使其分别交与横轴坐标Pu和Pd，如图5。
3.2 轴系顶升步骤及注意问题
尽管顶升法的工艺已经比较完善，且有相关校中的辅助计算的工具，整个测量校中的过程相对固定。但如果在测量的过程中在某些细节上不加小心，有可能得到一系列不正确数据，依据这些数据对轴系进行校中必然带来一定的偏差。在此，本人结合多年来现场轴系校中检验的经验，归纳顶升过程的主要步骤，以及顶升过程中应注意的问题归纳如下：
（1） 为了减少测量时的误差，最好选用新购置的千斤顶。因为在实际测量时我们发现有时会出现千斤顶的运行不平稳或漏泄，造成数据的不稳定。在读数据时，要等表针稳定后再读取，防止不必要的误差。
（2） 在中间轴承基座旁焊一个小支座，且支座要有足够的强度和刚度，放置液压千斤顶，用它将中间轴逐步顶起，直到被测轴承与轴颈完全脱空。在顶起中间轴的过程中，用百分表记录轴的升高量，并同时记录下千斤顶相对应的表压值。
（3） 将百分表归零，此时千斤顶刚刚与中间轴接触，而后对油泵进行加压，利用千斤顶将轴分“档位”慢慢地顶起来，并随时记录下中间轴的位移量和相应的千斤顶表压。在轴承脱空后再顶起一段距离，但轴颈顶起的高度不能超过中间轴承的装配间隙。然后慢慢地分“档位”泄油，使轴慢慢地下降，同样记录轴的下降位移量和相对应的千斤顶表压。
（4） 负荷测量前，轴系临时支承均已拆除，轴系无任何附加物。施工现场环境要整洁安全，应不受振动、高分贝噪音作业干扰。
（5） 安装顶升油泵部位，应考虑船体结构强度对测量精度的影响，如因内底板太薄、肋骨间距过大而引起的变形，须采取相应措施消除。
（6） 顶升油泵面积必须核实，油泵应无渗漏现象，压力表经计量室检验合格，要有合格证件，表面值应在要求范围内。
（7） 测量中间轴顶升过程位移量的数值所选用的百分表亦须经计量室鉴定，百分表安装位置与泵中心在同一截面上，且通过垂直中心。百分表安装须与轴系隔离，且无振动影响。
（8） 顶升油泵安装的轴向位置，要选在中间轴承轴瓦中心向前或向后一定距离，该距离应为整数，以便于修正时查表选取修正系数值。
（9） 轴承负荷测试时，应将轴承螺栓旋松，轴承盖吊起，以防止碰撞摩擦等影响测量精度。
（10） 轴承负荷测试，须通过作图求出轴承负荷，为使作图正确，须过细地进行测量，要求油泵油压每升高或降低0.2MPa，记录对应的百分表读数（即轴上升量或下降量）。
（11） 对轴承负荷测定，船东和船检部门都很重视，为使测试工作顺利进行，船厂需做好充分的准备工作。测量完后输入电脑绘制出相应的曲线，通过计算及时得出测试数据，再与轴系供应商提供的推荐值相比较，根据比较结果，得出轴系安装精度，同时也为轴系修正提供依据。
3.3 顶升法实例分析
以6 600kW三用船左艉管前轴承（jack1）顶升位置（图2）为例：在顶升法测量艉轴承负荷时，根据上述步骤，得到了如图5所示压力与位移的曲线。
在该图曲线中，有一部分不同于传统的顶举曲线图中周围标出的部分，按计算书及通常的数据分析方法支撑顶升时，当油压达到一定值的瞬间，液压千斤顶的负荷增加不大，但轴抬起较快时，此时的拐点，图中将发现有两次类似的情况出现。这是因为：液压千斤顶上的阻力是不可避免的，负荷响应的曲线在一定范围内存在滞后；由于艉管结构的特殊性，在负荷由轴承完全转移到液压千斤顶上时，受到螺旋桨的浮力，艉管内油压波动的影响，以及艉管后轴承与前轴承不像其他轴承的负荷曲线均匀，而出现波动。
由于会受上述因素的干扰，所以在测量时，应缓慢升高油泵的压力，待油泵压力达到稳定时再读数值，以消除液体压力滞后的影响。在进行轴承负荷曲线分析时，根据轴承的间隙顶举时不能超过1mm的限制，通常取大于0.20mm为数据分析段，将作图测得的数据代入下面公式计算。
轴承负荷：R = C×A × ≈20.12 （KN）
式中：A—液压千斤顶活塞面积（mm2），实测取
6 358.5mm?
C—距离修正系数，取0.93 ，见下面表一 。
Pu—为升压曲线段延长线与横轴的交点，顶起负荷（bar）。（参见图5）
Pd—为降压曲线段延长线与横轴的交点，下降负荷（bar）。（参见图5）
下表一为轴系生产厂商提供的左舷轴系顶升数据（推荐值），根据实际测得的轴承负荷与推荐值相比较，数据显示左艉管前轴承的负荷比推荐值略小，但在允许范围内。
表一 左舷轴系顶升数据（推荐值）
轴承 顶升位置 轴承负荷（KN） 顶升系数C
前艉管 Jack（1） 22.1 0.93
中间轴 Jack（2） 19.9 1.02
中间轴 Jack（3） 22.3 0.99
齿轮箱后轴承 Jack（4） 16.7 1.74
4 影响轴系校中的两大因素
通常三用工作船的轴线校中工作，船厂一般都是在船舶下水后系泊在码头时进行。由于受到客观条件的限制，校中时船舶的负载状况与船舶正常航行时装载状况有较大差距，而载况对船体变形的影响趋势不可预测。然而在实际工况时，对于某些船型（如长艉轴类三用船或供应船），轴系的轴向尺寸较大，轴承的数目较多，船体变形会使轴系的各个轴承处产生较大的相对位移，影响轴系的反力分布。在这种情况下，考虑船体变形对轴系对中的影响很有必要。
此外，从船舶出坞或下水在系泊码头漂浮，具备轴系校中条件开始，到主机、变速齿轮箱定位、安装结束，至少要经历两三个月的时间。在这期间里，气温变化对船体变形的影响也是不可预测的。然而在轴系校中期间，温度变化对校中的影响很大。另外，考虑主机、变速齿轮箱从冷态变为热态时机座因热膨胀而相对于中间轴抬高更多，在这种情况下船体与轴线的相对位置会发生变化，各轴承负荷同时也会发生变化，所以此因素也得考虑在内。
5 轴系校中时需注意的问题
首先要了解轴系校中计算书中是否对艉管轴承有偏斜的要求。也就是艉管前后轴承是同心还是后轴承后部有一定的向下倾斜。如果艉管前后轴承呈同心状态，则艉轴与艉管轴承会有不同的轴角度。一般地说该角度越小说明轴与轴承的贴合情况越好，轴与轴承的运行就越不容易出现问题。现在，有许多船东或船厂在轴系订货时，艉轴承（前/后）与艉轴管装配后由设备商配套供应，保证两者的同心度，船厂在安装时只需精确定位艉轴管即可。
轴系校中时对船舶漂浮吃水状态的要求是：保证船体后部吃水高于轴线0.5m以上。实践证明，船体艉部吃水越大，浸水越多，日光照射引起的温差变化对船体艉部变形的影响就越小，而船舶完全空载出现的艏艉吃水差距较大的状况引起的船体艉部的变形完全在轴系校中时考虑的预变范围之内。
轴系校正的检查应在上午9：00之前或阴雨天或晚上进行，并要求尽可能连续完成，不可以分两次检验。
关于轴系各对法兰的SAG和GAP值要求，虽然各轴法兰连接后仍可能对中间轴承进行一定幅度的调整，但仍应按要求进行，即按轴系校中计算书中规定的数值，考虑±0.05mm的公差进行验收。
有关轴承负荷（主要包括艉管前轴承、各中间轴承、变速齿轮箱轴承负荷）检测，首先必须弄清楚各轴承的最大允许负荷为多少（由轴系生产商提供）。对于各中间轴承负荷要求尽可能地调整在其理论负荷的±20%的范围之内，对于变速齿轮箱轴承负荷，要求尽可能地调整在公司推荐的轴承允许负荷的下限值。
6 结束语
轴系校中既涉及理论计算又与现场施工密切相关，因此，在施工中必需按照《轴系校中计算书》，严格把控轴系校中工艺要求，合理校中，使各轴承的负荷和轴上的弯曲力矩得到合理的分配，从而提高轴系设计质量和工作可靠性，避免出现严重的轴系故障而造成不可挽回的损失。
参考文献
[1] 陆俊岫.船舶建造质量检验.哈尔滨工程大学出版社
[2]周继良、邹鸿钧.船舶轴系校中原理及其应用.人民交通出版社
3.2 轴系顶升步骤及注意问题
尽管顶升法的工艺已经比较完善，且有相关校中的辅助计算的工具，整个测量校中的过程相对固定。但如果在测量的过程中在某些细节上不加小心，有可能得到一系列不正确数据，依据这些数据对轴系进行校中必然带来一定的偏差。在此，本人结合多年来现场轴系校中检验的经验，归纳顶升过程的主要步骤，以及顶升过程中应注意的问题归纳如下：
（1） 为了减少测量时的误差，最好选用新购置的千斤顶。因为在实际测量时我们发现有时会出现千斤顶的运行不平稳或漏泄，造成数据的不稳定。在读数据时，要等表针稳定后再读取，防止不必要的误差。
（2） 在中间轴承基座旁焊一个小支座，且支座要有足够的强度和刚度，放置液压千斤顶，用它将中间轴逐步顶起，直到被测轴承与轴颈完全脱空。在顶起中间轴的过程中，用百分表记录轴的升高量，并同时记录下千斤顶相对应的表压值。
（3） 将百分表归零，此时千斤顶刚刚与中间轴接触，而后对油泵进行加压，利用千斤顶将轴分“档位”慢慢地顶起来，并随时记录下中间轴的位移量和相应的千斤顶表压。在轴承脱空后再顶起一段距离，但轴颈顶起的高度不能超过中间轴承的装配间隙。然后慢慢地分“档位”泄油，使轴慢慢地下降，同样记录轴的下降位移量和相对应的千斤顶表压。
（4） 负荷测量前，轴系临时支承均已拆除，轴系无任何附加物。施工现场环境要整洁安全，应不受振动、高分贝噪音作业干扰。
（5） 安装顶升油泵部位，应考虑船体结构强度对测量精度的影响，如因内底板太薄、肋骨间距过大而引起的变形，须采取相应措施消除。
（6） 顶升油泵面积必须核实，油泵应无渗漏现象，压力表经计量室检验合格，要有合格证件，表面值应在要求范围内。
（7） 测量中间轴顶升过程位移量的数值所选用的百分表亦须经计量室鉴定，百分表安装位置与泵中心在同一截面上，且通过垂直中心。百分表安装须与轴系隔离，且无振动影响。
（8） 顶升油泵安装的轴向位置，要选在中间轴承轴瓦中心向前或向后一定距离，该距离应为整数，以便于修正时查表选取修正系数值。
（9） 轴承负荷测试时，应将轴承螺栓旋松，轴承盖吊起，以防止碰撞摩擦等影响测量精度。
（10） 轴承负荷测试，须通过作图求出轴承负荷，为使作图正确，须过细地进行测量，要求油泵油压每升高或降低0.2MPa，记录对应的百分表读数（即轴上升量或下降量）。
（11） 对轴承负荷测定，船东和船检部门都很重视，为使测试工作顺利进行，船厂需做好充分的准备工作。测量完后输入电脑绘制出相应的曲线，通过计算及时得出测试数据，再与轴系供应商提供的推荐值相比较，根据比较结果，得出轴系安装精度，同时也为轴系修正提供依据。
3.3 顶升法实例分析
以6 600kW三用船左艉管前轴承（jack1）顶升位置（图2）为例：在顶升法测量艉轴承负荷时，根据上述步骤，得到了如图5所示压力与位移的曲线。
在该图曲线中，有一部分不同于传统的顶举曲线图中周围标出的部分，按计算书及通常的数据分析方法支撑顶升时，当油压达到一定值的瞬间，液压千斤顶的负荷增加不大，但轴抬起较快时，此时的拐点，图中将发现有两次类似的情况出现。这是因为：液压千斤顶上的阻力是不可避免的，负荷响应的曲线在一定范围内存在滞后；由于艉管结构的特殊性，在负荷由轴承完全转移到液压千斤顶上时，受到螺旋桨的浮力，艉管内油压波动的影响，以及艉管后轴承与前轴承不像其他轴承的负荷曲线均匀，而出现波动。
由于会受上述因素的干扰，所以在测量时，应缓慢升高油泵的压力，待油泵压力达到稳定时再读数值，以消除液体压力滞后的影响。在进行轴承负荷曲线分析时，根据轴承的间隙顶举时不能超过1mm的限制，通常取大于0.20mm为数据分析段，将作图测得的数据代入下面公式计算。
轴承负荷：R = C×A × ≈20.12 （KN）
式中：A—液压千斤顶活塞面积（mm2），实测取
6 358.5mm?
C—距离修正系数，取0.93 ，见下面表一 。
Pu—为升压曲线段延长线与横轴的交点，顶起负荷（bar）。（参见图5）
Pd—为降压曲线段延长线与横轴的交点，下降负荷（bar）。（参见图5）
下表一为轴系生产厂商提供的左舷轴系顶升数据（推荐值），根据实际测得的轴承负荷与推荐值相比较，数据显示左艉管前轴承的负荷比推荐值略小，但在允许范围内。
表一 左舷轴系顶升数据（推荐值）
轴承 顶升位置 轴承负荷（KN） 顶升系数C
前艉管 Jack（1） 22.1 0.93
中间轴 Jack（2） 19.9 1.02
中间轴 Jack（3） 22.3 0.99
齿轮箱后轴承 Jack（4） 16.7 1.74
4 影响轴系校中的两大因素
通常三用工作船的轴线校中工作，船厂一般都是在船舶下水后系泊在码头时进行。由于受到客观条件的限制，校中时船舶的负载状况与船舶正常航行时装载状况有较大差距，而载况对船体变形的影响趋势不可预测。然而在实际工况时，对于某些船型（如长艉轴类三用船或供应船），轴系的轴向尺寸较大，轴承的数目较多，船体变形会使轴系的各个轴承处产生较大的相对位移，影响轴系的反力分布。在这种情况下，考虑船体变形对轴系对中的影响很有必要。
此外，从船舶出坞或下水在系泊码头漂浮，具备轴系校中条件开始，到主机、变速齿轮箱定位、安装结束，至少要经历两三个月的时间。在这期间里，气温变化对船体变形的影响也是不可预测的。然而在轴系校中期间，温度变化对校中的影响很大。另外，考虑主机、变速齿轮箱从冷态变为热态时机座因热膨胀而相对于中间轴抬高更多，在这种情况下船体与轴线的相对位置会发生变化，各轴承负荷同时也会发生变化，所以此因素也得考虑在内。
5 轴系校中时需注意的问题
首先要了解轴系校中计算书中是否对艉管轴承有偏斜的要求。也就是艉管前后轴承是同心还是后轴承后部有一定的向下倾斜。如果艉管前后轴承呈同心状态，则艉轴与艉管轴承会有不同的轴角度。一般地说该角度越小说明轴与轴承的贴合情况越好，轴与轴承的运行就越不容易出现问题。现在，有许多船东或船厂在轴系订货时，艉轴承（前/后）与艉轴管装配后由设备商配套供应，保证两者的同心度，船厂在安装时只需精确定位艉轴管即可。
轴系校中时对船舶漂浮吃水状态的要求是：保证船体后部吃水高于轴线0.5m以上。实践证明，船体艉部吃水越大，浸水越多，日光照射引起的温差变化对船体艉部变形的影响就越小，而船舶完全空载出现的艏艉吃水差距较大的状况引起的船体艉部的变形完全在轴系校中时考虑的预变范围之内。
轴系校正的检查应在上午9：00之前或阴雨天或晚上进行，并要求尽可能连续完成，不可以分两次检验。
关于轴系各对法兰的SAG和GAP值要求，虽然各轴法兰连接后仍可能对中间轴承进行一定幅度的调整，但仍应按要求进行，即按轴系校中计算书中规定的数值，考虑±0.05mm的公差进行验收。
有关轴承负荷（主要包括艉管前轴承、各中间轴承、变速齿轮箱轴承负荷）检测，首先必须弄清楚各轴承的最大允许负荷为多少（由轴系生产商提供）。对于各中间轴承负荷要求尽可能地调整在其理论负荷的±20%的范围之内，对于变速齿轮箱轴承负荷，要求尽可能地调整在公司推荐的轴承允许负荷的下限值。
6 结束语
轴系校中既涉及理论计算又与现场施工密切相关，因此，在施工中必需按照《轴系校中计算书》，严格把控轴系校中工艺要求，合理校中，使各轴承的负荷和轴上的弯曲力矩得到合理的分配，从而提高轴系设计质量和工作可靠性，避免出现严重的轴系故障而造成不可挽回的损失。
参考文献
[1] 陆俊岫.船舶建造质量检验.哈尔滨工程大学出版社
[2]周继良、邹鸿钧.船舶轴系校中原理及其应用.人民交通出版社
3.2 轴系顶升步骤及注意问题
尽管顶升法的工艺已经比较完善，且有相关校中的辅助计算的工具，整个测量校中的过程相对固定。但如果在测量的过程中在某些细节上不加小心，有可能得到一系列不正确数据，依据这些数据对轴系进行校中必然带来一定的偏差。在此，本人结合多年来现场轴系校中检验的经验，归纳顶升过程的主要步骤，以及顶升过程中应注意的问题归纳如下：
（1） 为了减少测量时的误差，最好选用新购置的千斤顶。因为在实际测量时我们发现有时会出现千斤顶的运行不平稳或漏泄，造成数据的不稳定。在读数据时，要等表针稳定后再读取，防止不必要的误差。
（2） 在中间轴承基座旁焊一个小支座，且支座要有足够的强度和刚度，放置液压千斤顶，用它将中间轴逐步顶起，直到被测轴承与轴颈完全脱空。在顶起中间轴的过程中，用百分表记录轴的升高量，并同时记录下千斤顶相对应的表压值。
（3） 将百分表归零，此时千斤顶刚刚与中间轴接触，而后对油泵进行加压，利用千斤顶将轴分“档位”慢慢地顶起来，并随时记录下中间轴的位移量和相应的千斤顶表压。在轴承脱空后再顶起一段距离，但轴颈顶起的高度不能超过中间轴承的装配间隙。然后慢慢地分“档位”泄油，使轴慢慢地下降，同样记录轴的下降位移量和相对应的千斤顶表压。
（4） 负荷测量前，轴系临时支承均已拆除，轴系无任何附加物。施工现场环境要整洁安全，应不受振动、高分贝噪音作业干扰。
（5） 安装顶升油泵部位，应考虑船体结构强度对测量精度的影响，如因内底板太薄、肋骨间距过大而引起的变形，须采取相应措施消除。
（6） 顶升油泵面积必须核实，油泵应无渗漏现象，压力表经计量室检验合格，要有合格证件，表面值应在要求范围内。
（7） 测量中间轴顶升过程位移量的数值所选用的百分表亦须经计量室鉴定，百分表安装位置与泵中心在同一截面上，且通过垂直中心。百分表安装须与轴系隔离，且无振动影响。
（8） 顶升油泵安装的轴向位置，要选在中间轴承轴瓦中心向前或向后一定距离，该距离应为整数，以便于修正时查表选取修正系数值。
（9） 轴承负荷测试时，应将轴承螺栓旋松，轴承盖吊起，以防止碰撞摩擦等影响测量精度。
（10） 轴承负荷测试，须通过作图求出轴承负荷，为使作图正确，须过细地进行测量，要求油泵油压每升高或降低0.2MPa，记录对应的百分表读数（即轴上升量或下降量）。
（11） 对轴承负荷测定，船东和船检部门都很重视，为使测试工作顺利进行，船厂需做好充分的准备工作。测量完后输入电脑绘制出相应的曲线，通过计算及时得出测试数据，再与轴系供应商提供的推荐值相比较，根据比较结果，得出轴系安装精度，同时也为轴系修正提供依据。
3.3 顶升法实例分析
以6 600kW三用船左艉管前轴承（jack1）顶升位置（图2）为例：在顶升法测量艉轴承负荷时，根据上述步骤，得到了如图5所示压力与位移的曲线。
在该图曲线中，有一部分不同于传统的顶举曲线图中周围标出的部分，按计算书及通常的数据分析方法支撑顶升时，当油压达到一定值的瞬间，液压千斤顶的负荷增加不大，但轴抬起较快时，此时的拐点，图中将发现有两次类似的情况出现。这是因为：液压千斤顶上的阻力是不可避免的，负荷响应的曲线在一定范围内存在滞后；由于艉管结构的特殊性，在负荷由轴承完全转移到液压千斤顶上时，受到螺旋桨的浮力，艉管内油压波动的影响，以及艉管后轴承与前轴承不像其他轴承的负荷曲线均匀，而出现波动。
由于会受上述因素的干扰，所以在测量时，应缓慢升高油泵的压力，待油泵压力达到稳定时再读数值，以消除液体压力滞后的影响。在进行轴承负荷曲线分析时，根据轴承的间隙顶举时不能超过1mm的限制，通常取大于0.20mm为数据分析段，将作图测得的数据代入下面公式计算。
轴承负荷：R = C×A × ≈20.12 （KN）
式中：A—液压千斤顶活塞面积（mm2），实测取
6 358.5mm?
C—距离修正系数，取0.93 ，见下面表一 。
Pu—为升压曲线段延长线与横轴的交点，顶起负荷（bar）。（参见图5）
Pd—为降压曲线段延长线与横轴的交点，下降负荷（bar）。（参见图5）
下表一为轴系生产厂商提供的左舷轴系顶升数据（推荐值），根据实际测得的轴承负荷与推荐值相比较，数据显示左艉管前轴承的负荷比推荐值略小，但在允许范围内。
表一 左舷轴系顶升数据（推荐值）
轴承 顶升位置 轴承负荷（KN） 顶升系数C
前艉管 Jack（1） 22.1 0.93
中间轴 Jack（2） 19.9 1.02
中间轴 Jack（3） 22.3 0.99
齿轮箱后轴承 Jack（4） 16.7 1.74
4 影响轴系校中的两大因素
通常三用工作船的轴线校中工作，船厂一般都是在船舶下水后系泊在码头时进行。由于受到客观条件的限制，校中时船舶的负载状况与船舶正常航行时装载状况有较大差距，而载况对船体变形的影响趋势不可预测。然而在实际工况时，对于某些船型（如长艉轴类三用船或供应船），轴系的轴向尺寸较大，轴承的数目较多，船体变形会使轴系的各个轴承处产生较大的相对位移，影响轴系的反力分布。在这种情况下，考虑船体变形对轴系对中的影响很有必要。
此外，从船舶出坞或下水在系泊码头漂浮，具备轴系校中条件开始，到主机、变速齿轮箱定位、安装结束，至少要经历两三个月的时间。在这期间里，气温变化对船体变形的影响也是不可预测的。然而在轴系校中期间，温度变化对校中的影响很大。另外，考虑主机、变速齿轮箱从冷态变为热态时机座因热膨胀而相对于中间轴抬高更多，在这种情况下船体与轴线的相对位置会发生变化，各轴承负荷同时也会发生变化，所以此因素也得考虑在内。
5 轴系校中时需注意的问题
首先要了解轴系校中计算书中是否对艉管轴承有偏斜的要求。也就是艉管前后轴承是同心还是后轴承后部有一定的向下倾斜。如果艉管前后轴承呈同心状态，则艉轴与艉管轴承会有不同的轴角度。一般地说该角度越小说明轴与轴承的贴合情况越好，轴与轴承的运行就越不容易出现问题。现在，有许多船东或船厂在轴系订货时，艉轴承（前/后）与艉轴管装配后由设备商配套供应，保证两者的同心度，船厂在安装时只需精确定位艉轴管即可。
轴系校中时对船舶漂浮吃水状态的要求是：保证船体后部吃水高于轴线0.5m以上。实践证明，船体艉部吃水越大，浸水越多，日光照射引起的温差变化对船体艉部变形的影响就越小，而船舶完全空载出现的艏艉吃水差距较大的状况引起的船体艉部的变形完全在轴系校中时考虑的预变范围之内。
轴系校正的检查应在上午9：00之前或阴雨天或晚上进行，并要求尽可能连续完成，不可以分两次检验。
关于轴系各对法兰的SAG和GAP值要求，虽然各轴法兰连接后仍可能对中间轴承进行一定幅度的调整，但仍应按要求进行，即按轴系校中计算书中规定的数值，考虑±0.05mm的公差进行验收。
有关轴承负荷（主要包括艉管前轴承、各中间轴承、变速齿轮箱轴承负荷）检测，首先必须弄清楚各轴承的最大允许负荷为多少（由轴系生产商提供）。对于各中间轴承负荷要求尽可能地调整在其理论负荷的±20%的范围之内，对于变速齿轮箱轴承负荷，要求尽可能地调整在公司推荐的轴承允许负荷的下限值。
6 结束语
轴系校中既涉及理论计算又与现场施工密切相关，因此，在施工中必需按照《轴系校中计算书》，严格把控轴系校中工艺要求，合理校中，使各轴承的负荷和轴上的弯曲力矩得到合理的分配，从而提高轴系设计质量和工作可靠性，避免出现严重的轴系故障而造成不可挽回的损失。
参考文献
[1] 陆俊岫.船舶建造质量检验.哈尔滨工程大学出版社
[2]周继良、邹鸿钧.船舶轴系校中原理及其应用.人民交通出版社
