主机预定位流程及案例分析

摘要：本文对主机预定位流程进行了详细的介绍，同时对预定位中出现的典型问题进行了分析并给出了处理方案。

关键词：主机；预定位流程；案例分析

1 前言

目前大多数船厂都采用了主机预定位工艺，大大缩短了施工周期，但预定位流程的正确与否将直接影响日后主机的安装和使用。本文对主机预定位流程进行了阐述，并对预定位案例进行了分析。

2 主机预定位流程及精度控制

2.1 尺寸计算及核对

2.1.1 地脚螺栓尺寸计算及核对

根据《主机地脚螺栓布置图》计算出相邻两地脚螺栓之间的距离，用铅笔标注在图纸上，用于实物核对及螺栓孔预定位检查。以某小型船舶所用6S50MC-C型主机为例，主机工作图中，地脚螺栓的位置是以主机后撑面为基准进行标注的，但实际上主机最后一颗地脚螺栓到后撑面的距离经常与图纸不符。此时需要记录实际距离，用于确定后机边线。主机预定位时以最后一颗地脚螺栓到艉管后端面距离为基准进行定位。

2.1.2 回油孔尺寸计算及核对

根据《主机回油管安装图》和《主机地脚螺栓布置图》计算出后回油孔孔中到后撑面及两回油孔之间的距离，分别为1 266 mm及3 200 mm，用于实物检查及定位时使用，如图1所示。

实物核对：实物测量上述两个数据，并与理论值核对，若数据偏差≤5 mm，按理论数据定位。因主机实物回油孔位置与工作图不符的情况时有发生，故此环节十分必要。

2.1.3 机边线长度核对

主机侧机边线长度有时与图纸不一致，此时按实际长度确定侧机边线。

2.2 主机预定位

2.2.1 数据交接

望光前会确定艉管后端面镗削深度c。《主机地脚螺栓布置图》标出了最后一颗地脚螺栓到艉柱后端面的距离为14 904 mm。预定位时，最后一颗地脚螺栓到艉柱后端面（镗削前）的距离应为14 904 + c。

2.2.2 地脚螺栓预定位

预定位前，根据下面公式计算出最后一颗地脚螺栓位置钢丝的挠度：

y=g ・ X（L-X）/0.99 ・ 2 G [1]

式中：y―挠度修正值（m）；

g―钢丝线单位重量（N/m）；

L―钢丝两基准点间的距离（m）；

X―所求挠度到基准点距离（m）；

G―钢丝拉紧力（N）。

从艉柱后端面拉卷尺到机舱，通过弹簧秤用规定拉力拉卷尺，卷尺尽量与轴线平行，在高度方向上补偿钢丝的挠度。在钢丝上确定14 904 + c位置（起始点为0点）做标记。如首制船，可同时采用激光测距仪检查此标记与艉管后端面的距离，与卷尺确定距离相比较，记录下偏差值，后续船可直接补偿，如图2所示。

图2 轴系望光工艺图

钢丝上14 904 + c的位置为图2中的D点，过D点做铅垂，投影到辅助角钢上。图3中的E点为D在辅助角钢上的投影点。用铅锤在前辅助角钢上投影出辅助点G。用粉线弹出轴系中心线在辅助角钢上的投影EG。用圆规分别过点E、G 做垂直于EG的垂线ML、NO。此过程要反复用圆规截取法检查标记点是否有偏移。

图3 轴系望光工艺图

根据《主机地脚螺栓布置图》以点E，G为圆心，用圆规在ML和NO上截取1415的距离，交点分别为A、A'、B、B'，打点标记。测量A、A' 点（最后一颗地脚螺栓位置）到FR27的距离与理论值比较，检查预定位正确性。

过点A、B、和A'、B'弹粉线，确定主机地脚螺栓中心线。沿确定的主机地脚螺栓中心线拉卷尺，按照《主机地脚螺栓布置图》尺寸进行定位。定位完毕，要测量前后地脚螺栓对角线的长度，测量值与理论值比较，偏差≤2 mm为合格。

检查相邻两个螺栓孔之间的距离与计算出来的数据核对，以确保正确。

注意事项：

（1）投影时要保证铅锤线与舵线要在轴线同侧。铅垂线与钢丝贴住，但不能与钢丝贴合过紧，导致钢丝偏移引起定位偏差。

（2）辅助角钢在主机定位前焊接，焊接前拉粉线做检查同面度。辅助角钢表面要与船体机座面在同一平面内，偏差不得超过2 mm。

（3）圆规法做垂直线的过程中辅助线截取的长度要适当，否则相交圆弧点会不清晰，影响定位精度。

2.2.3 机边线确定

根据实测数据确定主机各机边线，方法同地脚螺栓预定位相似。

2.2.4 回油孔预定位

将轴线投影到船体内底上，弹出粉线。根据计算所得数据，以后机边线为起始点，在地脚螺栓孔中心线确定回油孔所在位置（如图1中的1266位置），即图3中的S，R点。过S，R点拉粉线并做投影，投影到船体内底中心线上打点标记T，此点为后回油孔在中心线上的位置。过T点做垂直于中线的垂线，根据图纸在垂线上确定孔的最终位置。以同样方法确定前回油孔的位置。定位过程中，回油孔位置偏差≤5 mm为合格。

3 案例分析

在某型船主机预定位过程中，由于艉管长度的计算错误，导致地脚螺栓孔预定位位置与实际位置前后偏差达10～12 mm。因定居管凸台与机座螺栓孔单边间隙为1mm，地脚螺栓无法正常安装。

图4 定距管修改

针对这一问题，制定了相应的处理方案：

方案1：将螺栓孔磨成椭圆孔来补偿偏差，但船体机座板厚为50 mm，位置偏差最大达12 mm，全船螺栓孔数量为56个；

方案2：将原有的孔用圆铁填上并烧焊，用磁力钻重新钻孔。

以上两个方案都存在工作量大及施工时间长的缺点。经考虑，可尝试对地脚螺栓的定距管形式进行修改，如图4所示。但修改方案涉及到MAN B&W主机的设计专利，存在一定的风险。经初步分析此定距管的凸台设计可能为限位加强，如车去凸台是否会引起严重后果，需要进行进一步计算。经查阅《螺旋桨液压连接计算书》，主机额定转速下螺旋桨产生的最大推力F为1 070 KN，此推力先传递给主机，通过主机的后撑螺栓和地脚螺栓传递给船体，从而推动船舶前进，如图5所示。

地脚螺栓通过液压拉伸器预紧，拉伸器由主机厂家提供。主机厂家推荐的拉力P=150 Mpa，液压缸活塞面积S=1885 mm2，拉力损失、材料折减等引起的修正系数K=0.85。因此单个螺栓预紧力F' =PXSXK=150X1 885 X 0.85 = 240.34 KN。

整个主机采用56颗地脚螺栓安装，轴系推力与地脚螺栓组轴线垂直，如图5中B图所示。螺栓组所能分担的横向载荷（即轴系推力）F”为：

F"=μF'mZ/kf

式中： Z―螺栓组螺栓个数，Z=56；

μ―摩擦因数，μ0.1～0.16，取0.1； m―摩擦面数量，m=1；

kf：―摩擦因数不稳定引出的可靠性系数，kf=1.2～1.5，取1.5；

故F"=0.1X240.34X1X56/1.5 = 897.27 KN

后撑螺栓预紧方式与地脚螺栓类似，拉力P=165 Mpa，液压缸活塞面积S=5 640 mm2，拉力损失、材料折减等引起的修正系数K=0.85。

单个螺栓的预紧力：

F预=PXSXK=791 KN

如图5中A图所示，轴系推力与2个后撑螺栓轴线平行。由单个后撑螺栓分担的轴系推力若小于或等于预紧力，螺栓不会产生轴向伸长，则主机在最大推力状态下绝对不会出现前后移动的情况，取分担的轴系推力临界值791 KN进行校核：

F总=791X2+897.27=2 479.27 KN>>1070 KN。

后撑螺栓的强度校核：

后撑螺栓屈服极限Rm≥560 N/mm2，后撑螺栓最小处直径，D=50 mm，则单个后撑螺栓允许的最大轴向拉力F为

F拉=1/4 XRmXπD2=1 099 KN>F预=791 KN

故螺栓不会因为液压拉伸器的拉伸而产生屈服。

经计算分析，后撑螺栓与地脚螺栓预紧后可承受2479.27 KN的轴系推力，远大于螺旋桨在主机额定转速下产生的最大推力，主机不会因为螺旋桨最大推力作用而产生相对于船体的前后位移。故车去定距管凸台不会影响主机正常工作，经事实证明，方案正确，简单有效。

4 结束语

主机预定位的实施缩短了施工周期，但也在定位精度上提出了更高的要求。通过以上流程和偏差范围的控制，既满足了MAN公司对主机定位偏差小于1mm的要求，也保证了日后主机安装的正确性及使用性。

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， 2011

[2] 陆俊岫. 船舶建造质量检验.哈尔滨工程大学出版社， 2011

[3] 主机工作图. MAN

[4] 成大先.机械设计手册 第2卷.化学工业出版社， 2008