環(huán)氧樹脂固定艉管滑油系統(tǒng)的分析

黃 宇

(江蘇新世紀(jì)造船有限公司，江蘇靖江 214518)

環(huán)氧樹脂固定艉管滑油系統(tǒng)的分析

黃 宇

(江蘇新世紀(jì)造船有限公司，江蘇靖江 214518)

基于目前設(shè)計(jì)優(yōu)化艉管采用環(huán)氧樹脂定位，從而達(dá)到了減少船舶下水前鏜孔工作量及縮短塢內(nèi)周期的目的。以163 000 DWT油船為例，對其艉管采用環(huán)氧樹脂固定艉軸運(yùn)轉(zhuǎn)滑油系統(tǒng)的溫度變化進(jìn)行計(jì)算及分析，重點(diǎn)對滑油溫度傳熱量進(jìn)行計(jì)算。

環(huán)氧樹脂;固定艉管;滑油系統(tǒng)

0 引言

由于環(huán)氧樹脂材質(zhì)的導(dǎo)熱能力低于艉管材質(zhì)，如果艉管采用環(huán)氧樹脂固定的方法，艉管運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度會(huì)高于采用傳統(tǒng)方法固定，因此，環(huán)氧樹脂固定的艉管熱輻射量少于采用傳統(tǒng)方式安裝的艉管，這也是尾軸承產(chǎn)生的熱量要通過艉管滑油循環(huán)來釋放的原因。本文分析了目前承建的163 000 DWT油船系列的艉管滑油循環(huán)應(yīng)用情況。

1 滑油循環(huán)的散熱計(jì)算

首先，計(jì)算尾軸承產(chǎn)生的熱量、螺旋槳軸和艉管本體的熱輻射量，然后估算通過滑油循環(huán)所釋放的熱量。本計(jì)算分析是基于1965年日本《關(guān)西造船學(xué)會(huì)論文集》上發(fā)表的《船用艉管軸承潤滑油的傳輸效率》一文。163 000 DWT油船的艉管圖如圖1所示，該船所用主機(jī)的功率(MCR)為18 660 kW。

1.1 艉管軸承的總發(fā)熱量

艉管軸承的發(fā)熱量可以通過以下的公式計(jì)算得出:

式中:H為艉管軸承發(fā)熱量，kcal/h;W為艉管軸承負(fù)荷，首軸承負(fù)荷W=22 243.2kg，尾軸承負(fù)荷W=54 252 kg，軸承單位負(fù)荷6 kg/cm2;P為功率消耗，PS;μ為艉軸與軸承間的摩擦系數(shù)，μ=0.006;D為螺旋槳軸直徑，D=0.662 m;N為螺旋槳轉(zhuǎn)速，N=91 r/min。

H=12 375 kcal/h。

1.2 螺旋槳軸對海水的熱輻射量

螺旋槳軸對海水的熱輻射量可以通過以下公式計(jì)算得出:

式中:Wprop為螺旋槳軸對海水的熱輻射量，kcal/h;Sprop為螺旋槳軸截面積，Sprop=0.34 m2;λprop為螺旋槳軸的熱傳導(dǎo)系數(shù)，λprop=51 kcal/(h·m·℃);Tprop為螺旋槳軸溫度，Tprop=52℃;Tsw為海水溫度，Tsw=32 ℃;Pprop為螺旋槳軸周長，Pprop=2.07 m;α為海水傳熱能力，α=1 000 kcal/(h·m2·℃);m為系數(shù)。

1.3 螺旋槳軸對機(jī)艙的熱輻射量

螺旋槳軸對機(jī)艙的熱輻射量可以通過以下公式計(jì)算得出:

式中:Wrm為螺旋槳軸對機(jī)艙的熱輻射量，kcal/h;α'為機(jī)艙傳熱能力，α'=30 kcal/(h·m2·℃);Trm為機(jī)艙溫度，Trm=40℃。

1.4 艉管后軸承的熱輻射量

艉管后軸承的熱輻射量可以通過以下的公式計(jì)算得出:

公式中參數(shù)詳見表1。

1.5 艉管首軸承的熱輻射量

公式中參數(shù)詳見表2。

1.6 艉管前軸承中間部分的聯(lián)接管熱輻射量

艉管前軸承部分聯(lián)接管的熱輻射量可以通過以下的公式計(jì)算得出:

表1 艉管后軸承的熱輻射量計(jì)算數(shù)據(jù)

表2 艉管首軸承的熱輻射量計(jì)算數(shù)據(jù)

公式中參數(shù)詳見表3。

表3 艉管前軸承中間部分的聯(lián)接管熱輻射量計(jì)算數(shù)據(jù)

1.7 循環(huán)滑油的散熱量

循環(huán)滑油的散熱量即為艉管軸承的總發(fā)熱量與艉管和螺旋槳軸的總熱輻射量的差值。基于以上計(jì)算，艉管軸承總發(fā)熱量計(jì)算為12 375 kcal/h，總熱輻射量為11 940 kcal/h。因此，通過滑油循環(huán)釋放的熱量為435 kcal/h。

2 艉管滑油進(jìn)出口的溫度

2.1 滑油循環(huán)所釋放的熱量

艉管滑油進(jìn)出口的溫度可以通過滑油循環(huán)的散熱量估算出來。滑油循環(huán)所釋放的熱量可以通過以下的公式計(jì)算出來:

式中:QR為滑油循環(huán)所攜帶的熱量，kcal/h;A為艉管重力油柜和傳輸管子的表面積，自循環(huán)時(shí)A=6.034 m2，壓力循環(huán)時(shí) A=8.034 m2，其中需要增加滑油冷卻器的散熱表面積2 m2;U為艉管重力油箱和油管的傳熱效率，U=7 kcal/(h·m2·℃);Tm為進(jìn)出口滑油溫度的算術(shù)平均值，℃;Tout為滑油出口溫度，℃;Tin為滑油進(jìn)口溫度，℃;Trm為機(jī)艙溫度，Trm=40℃。

滑油循環(huán)所攜帶的熱量也可以通過以下的公式計(jì)算:

式中:ρ為滑油的密度，ρ=900 kg/m3;c為滑油的比熱，c=0.45 kcal/(kg·℃);V 為滑油的流速，m3/h。

2.2 滑油的進(jìn)出口溫度

根據(jù)上述公式可以估算出滑油的進(jìn)出口溫度Tout或者Tin:

2.2.1 自循環(huán)

如果是自循環(huán)方式，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，其滑油的流速為0.05 m3/h，帶入計(jì)算滑油進(jìn)出口溫度的公式中，出口溫度 Tout為61.01 ℃，進(jìn)口溫度 Tin為39.46 ℃。

2.2.2 艉管滑油泵壓力循環(huán)

如果滑油泵提供的滑油循環(huán)速率為1.0 m3/h時(shí)，計(jì)算出的出口溫度Tout為48.26℃，進(jìn)口溫度Tin為37.18 ℃。

由于滑油冷卻器總的熱傳輸效率將比以上計(jì)算中的數(shù)值大，所以實(shí)際中的滑油進(jìn)出口溫度將比計(jì)算的要低。

3 結(jié)語

如果是自循環(huán)滑油系統(tǒng)，滑油出口的溫度比允許的溫度70℃低。安裝滑油循環(huán)泵可以降低滑油循環(huán)系統(tǒng)的溫度。

以上的計(jì)算未考慮摩擦阻力。軸與軸承的安裝校中程度將決定其摩擦系數(shù)的大小。艉管軸承產(chǎn)生的總熱量也將增加。但是，螺旋槳和艉管本身的熱輻射量是不變化的。這樣的結(jié)果就是，滑油的出口溫度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于允許的出口溫度(70℃)。

因此，考慮到軸承安裝中的校中問題，建議提供有滑油循環(huán)泵的強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)用于目前所建造的163 000 DWT油船系列。滑油循環(huán)和艉管滑油泵的規(guī)格參數(shù)取決于艉管軸承的尺寸。

U664.81+3

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2011-08-20

黃宇(1972-)，男，助理工程師，主要從事船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)。