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1000噸漁政船推進(jìn)長軸系軸承布置分析

2018-04-04
陳生華
  摘 要:本文介紹了1000噸漁政船18米推進(jìn)軸系設(shè)計和軸承的布置情況,通過合理校中方法對幾種軸承方案進(jìn)行比較,優(yōu)化軸承設(shè)計和布置,探討了船舶推進(jìn)長軸系設(shè)計的流程和要點(diǎn)。
  關(guān)鍵詞:可調(diào)槳;齒輪箱;長軸系;合理校中;回旋振動
  1 引言
  公務(wù)執(zhí)法船主機(jī)一般布置船舶中部或艏部,大型公務(wù)執(zhí)法船推進(jìn)軸系較長,配置的軸承數(shù)目較多,需要通過合理校中計算進(jìn)行方案比較,優(yōu)化軸承數(shù)量和布置。本文通過實際項目的分析探討了船舶推進(jìn)長軸系的主要設(shè)計要點(diǎn)。
  2 主要參數(shù)
  1000噸漁政船布置形式采用兩臺中速柴油機(jī)并車,通過雙機(jī)單出齒輪箱驅(qū)動可調(diào)槳。軸系由艉軸、中間軸一和中間軸二組成,軸系全長約18米。軸系布置圖見圖1。
  主要參數(shù):主機(jī)功率:2x2720kW;螺旋槳轉(zhuǎn)速初定為203rpm。
  3 推進(jìn)軸系和軸承布置方案論證分析
  3.1推進(jìn)軸系初步設(shè)計
  按照本船總體性能和機(jī)艙布置要求,螺旋槳中心和柴油機(jī)位置已經(jīng)確定,因此軸系長度基本上確定在18米左右。按照船規(guī)要求計算艉軸和中間軸的Z小直徑。初步計算出Z小軸徑[1]。
  其中,柴油機(jī)驅(qū)動F=100,Ne為柴油機(jī)額定功率(kW),特性系數(shù)C=1.22(艉軸),C=1(中間軸),ne=額定轉(zhuǎn)速(rpm),Rm=軸的抗拉強(qiáng)度(MPa)。通過計算螺旋槳Z小計算直徑為329mm,實際軸徑取345mm;中間軸Z小計算直徑為270mm,實際取280mm。
  3.2軸承的初步布置
 
  軸承主要承受軸系的重力、水流對可調(diào)槳的徑向力和運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的不平衡徑向離心力等。由于結(jié)構(gòu)的原因,本船的艉管很短,前后艉管軸承的跨距比較小。中間軸承一、中間軸承二和艉管前軸承之間的跨距值根據(jù)船舶設(shè)計實用手冊的推薦公式[2]
  式中,l/d為軸承跨距與軸徑的比例,d為軸徑(cm)。
  計算出中間軸軸承之間的跨距比為:8.3
  方案一:由于船體結(jié)構(gòu)限制,艉管前后軸承的跨距比(l/d)僅為7.8,跨距比偏小,初步考慮取消艉管前軸承,兩根中間軸上設(shè)置兩個中間軸承,中間軸承一與艉管前端面跨距2100mm,中間軸承一和中間軸承二之間的l/d=22.5。
  方案二:保留艉管前軸承,兩根中間軸上設(shè)置兩個中間軸承,中間軸承一與艉管前軸承跨距比l/d=15,中間軸承一和中間軸承二之間的l/d=19。
  方案三:保留艉管前軸承,兩根中間軸只布置一個中間軸承,大概布置在兩根中間軸中間,跨距比l/d=26。
  3.3合理校中設(shè)計和回旋振動計算
 ?。?)合理校中模型建立和計算。可調(diào)槳比定距槳多出了槳轂部分,螺旋槳部分比較重,艉管后軸承作用點(diǎn)偏向后方1/7處。通過三彎矩理論建立的軸系的校中模型,計算出冷態(tài)情況下的軸承負(fù)荷和回旋振動頻率,見表1。
 ?。?)方案分析。首先考核三種方案的回旋振動頻率,第三種方案和第二種方案四葉可調(diào)槳葉頻不滿足船規(guī)要求的不在0.85倍螺旋槳額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),存在振動的風(fēng)險。
  方案一取消了前軸承,各軸承之間的跨距比比較合理,軸承負(fù)荷均滿足設(shè)計要求,回旋振動也滿足要求。但是取消艉管前軸承后,艉軸在安裝時缺少固定的前支點(diǎn),艉軸軸線無法定位。需增加相應(yīng)的工裝進(jìn)行調(diào)整,不僅增加安裝難度,而且缺少前軸承對前密封安裝和密封性能有一定影響。此外,兩個中間軸承的負(fù)荷偏大,實際使用中易出現(xiàn)軸承發(fā)熱的現(xiàn)象。
  方案二保留了前軸承,由于跨距比較小,艉管前軸承負(fù)荷比較小,存在軸承脫空的風(fēng)險。通過合理校中的方法,將中間軸承一高度降低,增加了艉管前軸承的負(fù)荷。該方案雖然比方案一多了艉管前軸承,但是艉軸穿入艉管后,前后兩個軸承可以保證定位整個軸線,降低了安裝難度。但是回旋振動無法滿足要求,通過改變軸承跨距或軸徑也沒有得到根本改善,因此只有改變螺旋槳的葉數(shù),采用五葉可調(diào)槳。
  方案三不僅回旋振動不滿足要求,而且軸承負(fù)荷過大,該方案明顯不合理。
  綜合考慮,Z終選擇了第二種方案。
  3.4實船軸系安裝和試驗
  軸系安裝完成后,通過頂升方法對艉管前軸承、中間軸承一和中間軸承二的實際負(fù)荷進(jìn)行了測量,繪制頂舉曲線計算出各軸承的實際負(fù)荷。前軸承的實際負(fù)荷為0.15Mpa,運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定45℃;中間軸承一負(fù)荷為0.36Mpa,運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為52℃;中間軸承二負(fù)荷為0.42MPa,運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定為55℃。各軸承負(fù)荷和運(yùn)行溫度滿足船規(guī)要求。
  3.5總結(jié)
  通常船舶普通軸系設(shè)計一般按照船規(guī)公式計算Z小軸徑,根據(jù)船體機(jī)構(gòu)布置軸系,通過經(jīng)驗公式確定軸承跨距基本上可以完成軸系設(shè)計。但是推進(jìn)軸系比較長的可調(diào)槳系統(tǒng)在軸系前期方案時需考慮多種因素,需要按照下文的設(shè)計流程進(jìn)行多次調(diào)整和修改,同時借助通過校中和回旋振動計算,方能確定Z優(yōu)的軸承布置方案。文中三種方案都滿足經(jīng)驗公式要求,但是通過詳細(xì)計算,種方案和第三種方案并不是Z優(yōu)的,特別是第三種方案明顯不可行。
  長軸系和軸承布置的主要設(shè)計要點(diǎn)為:軸承初步布置時要選擇合適的跨距比,如跨距比過小,則考慮取消一個軸承。基于安裝考慮,不建議取消艉管前軸承,可通過合理校中設(shè)計增加該軸承的負(fù)荷。
  初步方案確定后必須進(jìn)行軸系校中和回旋振動計算。
  如回旋振動轉(zhuǎn)速范圍無法滿足要求,結(jié)構(gòu)限制無法改變軸跨距,則通過改變螺旋槳的槳葉數(shù)目來改變?nèi)~次頻共振轉(zhuǎn)速,這是一種非常有效的解決方法。
  參考文獻(xiàn):
  [1]鋼制海船入級規(guī)范(2006).北京:人民交通出版社,2006.
  [2]中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計實用手冊[K].輪機(jī)分冊,北京:國防工業(yè)出版社,1999:133.
來源:《山東工業(yè)技術(shù)》2016年24期
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