对中计算软件开发-欧普兰

轴系校中的必要性以及目的：

船舶推进轴系校中轴承的布置至关重要，在设计阶段主要通过轴承间的合理间距，通过确定支撑轴的数量；在轴系安装阶段通过调整轴的垂向位置，使轴系中各轴承的负荷在合理的范围内，以满足各种规范要求，即轴系的合理校中；

SD-软件在轴系校中，震动分析方面具备如下几点优势：

（1） 建模：

三维可视化建模，直观，立体，流场的GUI界面对设计工程师来讲无疑是一种全新的建模体验，一次性建模，可以支撑后续所有流程的计算分析，并且可以随时返回建模界面对模型进行更改，软件具有模型库，可以通过对一般模型的积累，为后续建模提供便利的支撑，后续只需要通过拖拽的方式就可以轻松地搭建起一个轴系系统模型，并且可以随时对这些模型进行参数上的调整；

（2） 核心算法：

软件采用有限元算法，具有更高的准确性，可靠性，精度上，更适合三维轴系系统的分析计算。

（3） 轴系振动与校中集成化成熟商业软件；

（4） 船舶轴系校中工作贯穿于整个轴系安装过程；

轴系校中就是要按一定的要求和方法把轴系安装成一定的状态，在此种状态下轴系的各轴段内的应力和所有轴承上的负荷，都在允许的范围之内或具有合理的数值，从而使轴系能可靠地运转。轴系校中的实质就是准确地确定船轴机器轴承的位置。考虑到轴系弯曲、轴承负荷和船体变形等因素，保证轴系可靠运转的安装工艺过程。

船舶建造和轴系修理时，均有轴系安装和轴系校中工作，轴系的安装和校中质量直接关系到主机推进系统运转的可靠性和船舶航行的安全性。轴系的安装与校中都是依轴系理论中心线为依据的。

轴系的理论中心线是船舶设计的确定的轴系中心线。它是有首、尾两个基准点确定的，首基准点一般在前隔舱壁上或主机某处；尾基准点一般在后隔舱壁或舵系中心线后某处。理论中心线的高低由基准点的高度确定。单轴系的船舶的理论中心线位于船体的中纵剖面上；双轴系的中心线按船体纵剖面对称分布。

轴系校中就是要按一定的要求和方法把轴系安装成一定的状态，在此种状态下轴系的各轴段内的应力和所有轴承上的负荷，对中计算外包，都在允许的范围之内或具有合理的数值，从而使轴系能可靠地运转。轴系校中的实质就是准确地确定船轴机器轴承的位置。船舶轴系是否能可靠地运转，不仅取决于轴系的结构设计、材料和制造，而且更重要的是取决于轴系的安装质量。轴系校中、安装质量不佳，会造成轴承发热，尾轴承过度磨损、密封装置损坏和轴系振动等。因此，轴系校中是按照一定的原理和方法，将轴系布置成某种轴线状态，使各轴承上的负荷，各轴段内的应力、弯矩、转角等尽可能在允许值的范围内或取得合理的数值，从而保证轴系安全、可靠地运转。

2018年，雪龙号在从北极地区开展航行任务的返航途中，推进系统轴承发生故障，我方受邀配合调查故障原因，主要故障现象是：轴承严重磨损，并伴有显著的温度升高。

（图：雪龙号轴承故障图）

问题分析：

技术人员到船上实地查看轴承后同船上机组人员进行了详细交流。经讨论，对于当前轴承故障，我方初步提出三条可能的故障原因：

（1）未知原因的轴承润滑油***；

（2）极低风暴条件下的螺旋桨极限载荷激励影响；

（3）冰冲击下的回旋振动诱发动态载荷导致轴承压力过载；

故障***：

综合上述三点原因，经机组人员确认无漏油现象，故基本上排除了个原因；此外，在极端风暴气候条件下，船舶已经航行了24年，所以第二个原因也被排除。故，由于冰冲击以及回旋振动诱发的动力载荷造成的轴承过载是接下来要***检查和验证的原因。

（图：雪龙号轴系检测）

解决方案：

为了验证上述轴承故障原因，我们技术团队利用 软件对当前轴系进行了建模和分析。为此，我们研究了该船的原始设计和校中计算文件，以及主机厂商在校中安装期间测量的数据。

通过软件的计算得到一个未预期的事实：雪龙号即使是在正常航运环境下运行，轴承就已存在大约6%的压力过载。通过研究现有的轴系校中计算报告文件，我们注意到，根据轴承历史的计算结果，轴承的安全冗余量很小，几乎很接近限值。

值得注意的是，艉管轴承计算时采用的是逐点模型。我们重新对艉轴管轴承采用用更为可靠的可扩展支撑模型进行计算后，得出了上述6%的轴承过载量；雪龙号轴系的特点是采用单尾管轴承设计，这使得后面的中间轴承更容易受到来自螺旋桨的外部载荷的影响。

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