推进轴系校中规范
第四章 轴系校中测量
1. 概述
根据美国船级社的规定，轴系校中应在验船师在场的情况下进行。校中方式通常是在上层建筑就位的情况下，在漂浮状态下进行验证。当校中计算被要求按照建筑和船舶钢材分级规则提交，计算数据需有验船师在场并以正确的测量程序核实与记录，以使验船师满意。
上述规则要求是一项一般性声明，主要要求造船商确保校中过程验船师在场。然而，当谈到合格的标准时，可能还有许多问题需要回答，这些指南将尽力解决一些最重要的问题：
bull;什么时候需要验船师到场？
bull;验船师在参加校准时需要熟悉哪些信息?
bull;什么是正确的测量程序?
bull;如果仅在干船坞条件下验证，是否可以校中?
bull;如果轴承定位和坡面镗孔没有全部用焊接连接，或者没有上层建筑，是否可以进行校中？
bull;垂度和间隙测量是否足够进行校中验证?
bull;仅验证一个轴承的轴承应力，并基于此进行校中是否足够？
bull;什么是反应测量可接受公差?
bull;什么时候需要进行坡面镗孔?
bull;如何处理不同的施工方法?
2. 校中验收标准
轴系校中对于船舶的所有操作条件都可接受，如果以下条件都合格：
bull;所有轴承的支撑力都是正值。
bull;未对准的坡面是合格的。
bull;曲轴挠度在发动机制造商的限制之内。
bull;齿轮啮合是合格的。
bull;应力对总应力水平没有显著影响。
2.1 到场
验船师的出席在何时何地是重要的?
在校中过程中需要验证哪些重要内容?
bull;设备校准记录
bull;轴系组装预先测量
bull;观测孔
bull;坡面镗孔
bull;垂度和间隙
bull;轴系组装完成测量
bull;轴承应力
bull;轴跳动
bull;轴承错位(前后舱，左舷)
bull;曲轴拐档差
bull;主机底座变形量
bull;齿轮啮合
bull;齿轮轴承应力
2.2 必要信息
需要向验船师提供盖章的校中分析、复核函和校中程序。验船师应熟悉的重要细节如下:
bull;规定的轴承补偿
bull;轴承应力
bull;坡面镗孔的要求
bull;影响系数矩阵
bull;校中程序
2.3 测量程序
直接或间接提供轴承应力的任何测量程序，对于处于任何操作条件下船舶都是可行的应力验证方法。在这个方面，上升量和应变量的测量是可行的程序，垂度和间隙不可行。
主机校中条件必须与曲轴偏转的要求相平衡。如有必要，造船商将调整校中，以符合曲轴偏转要求。如果进行了这样的调整，验船师可能要求反复校核轴承应力。
2.4 轴承磨损
轴系校中情况也可以通过尾轴管轴承磨损度进行评估测量。测量结果不会提供太多关于轴系其余部分的信息，然而，它对于尾轴管轴承未校准的情况以及它随时间如何变化是重要的信息。
测量在尾轴测量中定期进行。它是由位于尾部密封的游隙规执行的，轴的下降量将表明轴承的磨损程度。
2.5 干船坞校中
如果仅在干船坞条件下验证，校中结果不合理。至少要对一种漂浮状态进行验证。
此外，根据ABS的规定，在所有的操作条件下(即热态和冷态发动机、压载和满载船舶)，校中都必须合格。然而，到场验船师可自行决定是否只根据一组或两组测量数据来判断校中合格与否。验船师的决定应根据其各自的分析和对船厂实践的信心，以及对类似设计船舶的验收经验。
2.6 不符合建造要求
最后的校中条件相比预先设计条件可能有显著变化，如果船尾的结构没有及时焊接，校中通过垂度和间隙连接，以及在校中后船尾布置过大的重量。
因此强烈建议在船体尾部尽可能完整的条件下，从孔洞进行校中。
2.7 垂度与间隙合格度
垂度和间隙的测量验证校中的有效方法，由于垂度和间隙精度相对较低，不能作为验证校中的唯一方法。
垂度与间隙的方法虽并不准确，但在轴系组装前是一个快速有用的确认校中情况的方法。若从分析结果中注意到大的误差，则表明推进装置的安装有明显的误差，或是分析过程错误。
2.8 待校核轴承数
仅测量一个轴承的应力来验证校中条件是不合格的做法。如果采用顶举法来测量，建议在尾轴管轴承（如果有安装）、中间轴轴承上测量，并根据推进系统的设计，至少在一个主机轴承或齿轮轴轴承上测量。
2.9 应力测量合格性
在轴系校中分析中，建议最小轴承应力不小于轴承允许负荷的10%（见2/3.4.3）。这些标准是为了防止由于各种原因（如安装错误、意外的热影响、船体挠度预测错误、飞车等）造成的轴承空载。
合理的轴承应力测量值应在设计值的正负20%以内。这是理论要求下很好的一个配合，是轴承允许负荷的10%。在这种情况下，不需要额外条件即可认为校中合理。
然而，测量的应力值经常偏差超过计算值的正负20%，并很容易偏离50%甚至更多。在这种情况下，验船师必须核实船舶的测量条件（干船坞、浮载、压载、满载、螺旋桨浸没等）是否与分析所要求的条件相符。如果没有对某一特定的船舶状况进行分析，则要求其校中是合格的（例：测量其他轴承以确保负载合理，并对相应的测量条件进行分析）。
测量应力表明轴承偏移量是否符合设计要求或是偏离原方案。当测量的应力偏离设计值时，偏移量会成比例的变化。这说明轴的弯曲曲率也发生了变化。控制尾轴管轴承的曲率尤为重要。当轴承应力偏差较大时，了解轴承应力偏差（即使所有的轴承应力均为正）如何影响轴承失中非常重要(参阅3/10小节)。
建议验船师参考系数矩阵的影响，以及中间轴承的偏差调整程序（3/10小节），以验证特定轴承上的应力变化如何影响邻近轴承。应力偏差显著的原因与第二节和第三节中讨论过的校中设计和程序相关的所有问题有关。
2.10 斜面镗孔
根据《ABS钢船建造及入级规则》当轴与轴承的相对偏差超过0.3times;10-3rad（见第3/4小节）时，建议造船商考虑尾轴承管的斜面镗孔。
2.11 干船坞校中
如果在干船坞进行校中并进行校核，则当船舶在水上航行时，还应至少校核一种支承条件。
2.12 轴跳动
轴跳动可能严重影响轴承状况，在极端情况下可能导致轴承或尾轴管密封失效。如果用应变计测量轴承的应力，就可以直接检验出轴的跳动。当轴缓慢旋转时，可通过千分表同时测量轴的运动来验证轴的跳动。
2.13 建造实践
一些造船商的建造过程比其他的更容易出现校中问题。理想情况下，造船商应在船舶尾部的主要工作（即主焊缝焊接完成，所有重型结构和设备就位）完成后进行校中。在某些情况下，如果验船师确信 造船方有能力控制校中，并确保最终校中符合规定，则可以接受一点偏差。
验船师在确保遵守规则的情况下，当不满意造船商的校中程序时，能采取的方法是要求校核轴承的位置和船体结构焊接完成后确认尾轴管轴承斜面（通过程序验证校中应在轴系安装进船体前）。
第五章 校中测量
1. 概述
尽管轴系校中测量被认为是轴系校中程序的一个组成部分，但为了方便读者，本节专门阐述了测量细节。
推进轴系校中是观察推进轴系所处的静态状态。为了验证校中的合格性，必须确认以下参数是合理的:
bull;轴承支反力
bull;轴承垂直偏移量
bull;偏移角度
bull;曲轴腹板挠度（间接确定曲轴强度）
bull;齿轮错位（间接确定齿轮负荷）
在前面的部分中已经从另一个角度讨论了上述所有问题，包括设计和施工问题。本节将从施工条件确定后的角度来处理同样的问题。此外，本节还将提出以下方面的一些要求:
bull;垂度和间隙
bull;轴偏心
bull;轴系应力测量（弯矩，剪力）
并非所有上述测量都需要在每艘船上进行。一般情况下，会进行以下测量:
bull;垂度和间隙
bull;轴承应力
bull;曲轴变形量
bull;轴承错位
bull;齿轮错位（如适用）
2. 轴承应力测量
轴承应力一般采用以下方法进行测量:
bull;液压千斤顶，或
bull;应变仪。
2.1 顶举法
相关主题：
bull;应力测量（分段3/7）
bull;船体挠度测量（段落6/3.2）
顶举法是一种直接测量轴承应力的方法。由于它的简单性，它是行业中应用最广泛的方法。测量是通过液压千斤顶进行的，这些千斤顶安装在要测量的轴承附近。强烈建议将液压千斤顶与测压元件结合使用，能显著提高测量精度。
顶举法的优点如下:
bull;它使用简单的测量设备，如液压千斤顶和千分表。
bull;结合测压元件测量，精度显著提高。
bull;这是唯一直接提供应力负荷的方法。
顶举法的缺点如下：
bull;每次重复测量需要相同的准备时间。
bull;如果不使用测压元件，测量结果会产生较大的滞后。
bull;安装不准确原因：
—液压千斤顶偏心
—千分表失调
bull;顶举法虽然直接记录载荷，但由于顶举位置在轴承附近，所以不能直接测量轴承应力。这就需要使用校正因子，同时也会引入一些误差。
此方法需要以下设备：
bull;bull;液压千斤顶
bull;测压元件
bull;千分表
图5.1 液压千斤顶和测压元件
液压千斤顶应尽可能靠近轴承。千斤顶的底座应足够坚固。
顶举法测量也可用于轴跳动的验证。然而，顶举法并不太适合它，因为轴的旋转只能在一个旋转角度的一个步骤中应用。
在测量发动机的尾轴承应力时，应注意将盘车装置从飞轮上拆下来。如果不能确保这一点，得到的轴承应力可能是错误的，因为盘车装置产生了显著的水平力。从而使曲轴与尾轴承接触后侧向移动。
负荷再分配问题也可能与盘车装置的锁紧有关，盘车机不仅使轴水平运动，而且在齿轮之间的接触点上锁定了部分应力。
图5.2 数字千分表
表盘应固定在不受升降影响的结构上。如果结构过于灵活，千斤顶的负载也会移动千分表的指针，从而导致读数错误。
进行顶举时建议控制轴的顶部位移，并在千分表上读出每一步的载荷。应用该方法可以得到更光滑的曲线，最终可以更准确地计算轴承的反应。
图5.3 中间轴承应力测量
虽然液压千斤顶直接记录载荷，但不能直接测量轴承应力。千斤顶被放置在轴承和实际应力位置。
其中（Fb）与千斤顶应力有关，（Ff）通过修正因子（Cf），Fb=Cfbull;Ff。
图5.4在柴油机内用顶举法测量轴承应力
通过观察顶举过程的梯度，可以很容易地验证顶举过程与分析模型的一致性。顶举的梯度是升降曲线的一个角度。顶举梯度通常表示为提升力的变化量除以垂直偏移量的变化量。梯度值通常作为轴校直分析的常规输出。
顶举梯度通常称为影响系数值，并以影响系数矩阵的形式表示。
2.1.1 例：
下面的影响系数矩阵是用美国船级社的轴系校中软件五轴承系统下生成的。
表5.1影响系数矩阵样本
对应轴承应力 [KN]-gt;R[0.1-补偿]-R[0-补偿]
由于0.1[mm]补偿与零轴承补偿有关
|
节点 |
lt;7gt; |
lt;14gt; |
lt;27gt; |
lt;41gt; |
lt;46gt; |
|
|
补偿 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
lt;7gt; |
1 |
4.289 |
-7.896 |
4.768 |
-3.222 |
2.120 |
|
lt;14gt; |
2 |
-7.896 |
15.425 |
-11.112 |
9.951 |
-6.546 |
|
lt;27gt; |
3 |
4.768 |
-11.112 |
13.421 |
-25.421 |
18.858 |
|
lt;41gt; |
4 |
-3.222 |
9.951 |
-25.421 |
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