六万吨半潜船轴系校中及安装研究

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2. 摘要：

六万吨自航式半潜船，考虑船型的特殊性，其轴系的设计在正常合理设计的基础上，增加部分动态设计的元素（不同压载工况下的轴系理论计算），同时在现场安装过程中，严格要求，注意细节，使现场安装测量值尽量贴近设计的中间值，从而提高轴系运行的安全性，为类似船型的设计和施工者提供借鉴。

关键词：一带一路，半潜船，合理校中，轴系安装

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3. 课题背景：

随着国家“一带一路”战略的进一步深入推进，以及我国航运企业在自身发展需求和国家政策的鼓励，对项目设备货运需求产生了长期的利好因素，预计特种船运输市场需求将在未来几年内逐步释放，这都刺激着国内半潜船市场，同时也对半潜船的装载货物种类及装载能力提出了更高的要求，进一步促进国内半潜船装载吨位的提升。

随着半潜船的大型化，对半潜船轴系的设计和安装也提出了更高的要求，本文通过对6万吨半潜船的轴系设计及安装简介，为类似船型提供一些参考。

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4. 船型特点：

该船型采用双壳、单层连续甲板、方艉型结构设计，艉部采用可移式浮箱结构，轴系采用双机双桨，长轴系，艉部采用美人架结构，分体式尾管，尾管采用前后双轴承，带中间轴承，尾密封采用气封型式。

主要参数：

总长/m： 239.6 垂线间长/m： 230.4

型宽/m： 48.0 型深/m： 13.5

设计吃水/m： 9.6 最大沉深/m： 22.5

航速/kn： 14.0 航区： 无线航区

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5. 校中计算：

4.1 合理校中

该船型在轴系设计建模阶段充分考虑船体结构变形对轴系的影响，并参照船舶航行各工况的船舶姿态进行有限元分析，将相关数据导入轴系模型中，若仅按照常规经验，固定一种船态或简单认为船体结构变形对轴系没有影响，那么计算出的结果就会有偏差，从而影响轴系的性能，严重者甚至可能导致轴承的高温。

通过合理校中计算发现尾轴承支点处轴截面的转角为0.50mrad，超过船级社要求（CCS《钢质海船入级规范》要求为艉后轴承支点处轴截面的转角应不超过0.35mrad），遂对尾轴承进行0.4mm/m的斜镗孔处理。

4.2 动态校中

自航半潜船在半潜工作状态下和自航状态下船体装载变形较大，随之可能会引起轴系各轴承位置的变化，仅以静态校中仍不足以覆盖船舶可能的所有工况，所以综合建造阶段和航行阶段，选取几个典型的吃水状态重新进行轴系校中计算，以复核合理校中的准确性：

图表4.2 根据艉管中心线测量，轴承位置的船体竖直方向变形（mm）

船舶艉吃水m	艉管后轴承计算数据		艉管前轴承计算数据		中间轴承计算数据
	冷态	热态	冷态	热态	冷态	热态
	反力KN	反力KN	反力KN	反力KN	反力KN	反力KN
6.85	251.1	251.1	88.1	89	108.2	106.2
7.8	250.3	250.2	90.4	91.4	104.8	102.4
9.60-1	249.5	249.4	92.7	93.7	101.5	99.1
9.60-2	249.3	249.1	93.7	94.7	99.7	97.3
9.60-3	249.1	248.9	93.8	94.8	102.4	100.1
合理校中数据	245.27	245.17	92.81	93.8	100.92	98.4

通过不同吃水状态下的轴系校中计算发现，该船型不同的压载工况对轴系会产生影响，但是都在范围以内（根据计算要求，艉管前后轴承不超过计算值的±20%，中间轴承不超过计算值的±15%），说明就该船型而言，合理校中已经能够满足各工况下的运行要求。

尽管如此，考虑到半潜船各种极限运行工况，在建造过程中通过严格的过程控制，以减少人为偏差对各档轴承负荷产生影响，并通过现场调整，使各档轴承负荷尽量贴近设计的中间值，具体措施如下：

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2. 该船型为非常规船型，船体变形难以掌握，在下水后进行轴系校中，在校中前严格按照工艺，完成主机上方主船体结构焊接工程（因半潜船主机上方为压载舱，结构较多，且主甲板由于装载重物，板厚达40mm，焊接应力较大）。

3. 对于各加工件，如艉轴，中间轴，艉管总成等，在制作过程中严格控制形位公差，避免在安装过程中产生累积误差；

4. 对于临时支撑位置，要精确测量，前后位置偏差不超过10mm；

5. 临时支撑的安装要垂直于轴端面，支撑下方应在船体强力结构上，而不是在空档（或做加强），中间调整垫板应平直，确保液压千斤顶上下端面贴合；

6. 所有量具，包括百分表，压力表等量程要事宜，且全部经校验合格，测量时视线正对仪表表盘，百分表支承要固定在船体结构上，且强劲有力；

7. 现场负荷试验，百分表读数时应适当延迟，确保数据稳定，避免失真；

8. 每档轴承负荷尽量选取上下左右四个方向综合比较，避免发生大的偏差；

9. 主机飞轮端试验时要严格参照厂家工艺，制作工装，置于飞轮两齿之间，保证硬度足够没有变形，且顶升位置处于飞轮正下方，避免将力顶偏，使数据失真。

10. 仔细消化校中计算书，在主机环氧前负荷试验时参照计算书内容尽量将负荷有所侧重，使其在环氧后及热态下往更中间的负荷偏移。

通过现场过程严格控制，最终在船舶码头及试航阶段各状态下测量结果都比较理想，海试结果也都正常。

结论：

动态校中能够反映船舶的各种工况，更贴近实际，但是由于其周期和成本常不能被船厂接受，更多情况下船厂会选择合理校中，在实际建造过程中，通过严格的过程控制和精细的轴承负荷的合理范围选取，对于船舶的各种极端工况是有积极意义的。