調距槳軸系對中及安裝工藝程序的優化

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(武漢南華高速船舶工程股份有限公司，武漢 430064)

1 調距槳介紹

調距槳作為特殊的推進裝置，常用于工況多變的工程船、公務執法船以及雙機并車或多機并車的軍用艦船。

調距槳及其軸系結構相當復雜，按其結構可分為3種形式：①變距油缸及活塞設置在槳轂內；②變距油缸及活塞設置在艉軸前端可拆聯結法蘭內；③變距油缸及活塞設置在與艉軸相連的配油軸內。

圖1所示為變距油缸及活塞設置在槳轂內，配油器設置在齒輪箱輸出軸前端，艉軸、中間軸及齒輪箱輸出軸均為中孔結構，用于安裝雙油管(圖2)。這種結構形式用于8 m以上的長軸系，軸系由艉軸和多根中間軸組成。因配油器安裝在齒輪箱輸出軸前端，所以必須選配水平異心或角向異心的齒輪箱。

調距槳變距用的液壓油(約5 MPa)由動力油柜上的液壓油泵提供，經配油器及雙油管通至變距油缸。在液壓油的作用下活塞的往復運動驅動滑塊也作往復運動，滑塊的運動驅動槳葉根部圓盤同步旋轉，從而達到調節螺距的目的。

1-槳轂；2-活塞；3-滑塊；4-槳葉；5-艉軸管后密封；6-艉軸管；7-艉軸軸承潤滑油箱；8-艉軸管前密封；9-雙油管；10-艉軸；11-可拆聯軸器；12-齒輪箱；13-配油器；14-齒輪箱輸入軸；15-齒輪箱輸出軸法蘭；16-艉軸軸承；17-中間軸承圖1 變距油缸及活塞設置在槳轂內的調距槳結構示意

圖3所示為變距油缸及活塞設置在艉軸前端可拆聯結法蘭內，配油器設置在齒輪箱輸出軸前端，艉軸、中間軸及齒輪箱輸出軸均為中孔結構。艉軸的中孔用于安裝拉桿，齒輪箱輸出軸中孔用于安裝雙油管。這種結構形式用于短軸系，選配水平異心或角向異心的齒輪箱。

圖2 雙油管示意

調距槳變距用的液壓油由動力油柜上的液壓油泵提供，經配油器及齒輪箱輸出軸內的雙油管進入變距油缸，活塞的往復運動驅動拉桿及滑塊也作往復運動，滑塊的運動驅動槳葉根部圓盤同步旋轉，從而達到調節螺距的目的。

圖4所示為變距油缸及活塞設置在與艉軸相連的配油軸內。調距槳變距用的液壓油通過配油器經配油軸的徑向油孔進入到變距油缸，活塞的往復運動驅動拉桿及滑塊也作往復運動，滑塊的運動驅動槳葉根部圓盤同步旋轉，從而達到調節螺距的目的。這種結構形式既可用于短軸系，也可用于長軸系。用于長軸系時，中間軸不必設計成中孔結構。調距槳及其軸系結構復雜。導致槳轂有“三大”，即槳轂尺寸大、重量大、懸臂負荷大。如果軸系設計及軸承安裝不妥，將導致某些軸承支反力為零、或負的支反力、或支反力過大造成軸承比壓超出允許比壓，甚至導致實際的扭轉振動和回旋振動偏離設計計算值[1]，這些都是不允許的。為此，生產廠家均提供《軸系合理校中計算書》[2]，包括如下內容：①軸承負荷計算；②軸系垂直平面內的中間軸承變位計算，即某些中間軸承的中心線相對于理論軸線不能同心，要有一定的高度差；③軸系安裝時，其對偶法蘭的曲折和偏移；④用頂舉法測量軸承負荷，計算書中給出頂舉位置和相應的頂舉系數。

1-槳轂；2-滑塊；3-槳葉；4-艉軸管后密封；5-艉軸管；6-艉軸軸承；7-艉軸軸承潤滑油箱；8-艉軸管前密封；9-拉桿；10-艉軸；11-可拆聯軸器；12-活塞；13-齒輪箱輸出法蘭；14-齒輪箱；15-齒輪箱輸入軸；16-配油器；17-中間軸承圖3 變距油缸及活塞設置在艉軸前端可拆聯結法蘭內的調距槳結構示意

1-槳轂；2-滑塊；3-槳葉；4-艉軸管后密封；5-艉軸管；6-艉軸軸承；7-艉軸軸承潤滑油箱；8-艉軸管前密封；9-拉桿；10-艉軸；11-可拆聯軸器；12-活塞；13-中間軸承圖4 變距油缸及活塞設置在與艉軸相連的配油軸內的調距槳結構示意

《軸系合理校中計算書》中的相關數據都是對船廠在軸系安裝完畢檢驗和船檢驗收的要求。對于生產調距槳的專業廠家而言，不同功率的調距槳槳轂及其軸系已成為系列產品。所以計算書的準確性較高，因生產廠家可以將實際調距槳及其軸系在安裝平臺或試驗臺、大型劃線平臺上進行測量并驗證計算書中的數據，尤其如圖3和圖4所示的短軸系型的調距槳及其軸系。對圖4中所示的結構，計算書中不但給出中間軸承13的計算負荷、頂舉位置及頂舉系數，同時給出A點的撓度及相應的頂舉力。

對于船廠而言，在進行調距槳軸系對中及安裝前應根據調距槳及軸系結構的不同形式進行工藝程序的優化設計，以保證調距槳及其軸系的安裝質量。

2 調距槳軸系對中工藝程序的優化

2.1 常規槳及其軸系對中和安裝工藝程序

常規槳及其軸系在船臺僅將螺旋槳、艉軸及艏、艉密封裝置安裝完畢，中間軸及中間軸承、齒輪箱等設備只是先進艙，待船舶下水后，船舶處于正浮狀態，并保持85%的滿載吃水時，用排軸法安裝軸系并定位齒輪箱和主機。可見，軸系對中及其安裝工程絕大部分是在水上完成的。

2.2 調距槳及其軸系對中和安裝工藝程序

2.2.1 船臺初始對中

所謂船臺初始對中，就是參照軸系布置圖和軸系結構圖，用排軸法在船臺將調距槳、軸系及齒輪箱安裝并定位。將中間軸承及齒輪箱的活動墊片視作拂配的工藝墊片，一旦中間軸承及齒輪箱定位，對圖1、圖3所示結構的雙油管的長度便可確定，切掉多余預留長度，將配油器安裝到位。動力油柜定位并安裝，潤滑油管和液壓油管安裝完畢。

槳葉安裝(槳葉散供)、軸系安裝、雙油管安裝、齒輪箱定位及安裝、配油器安裝妥后須做下列試驗。

1)用于變距槳變距的液壓系統的壓力試驗，要求油壓穩定，不得有內漏。

2)轂內潤滑系統的密性試驗，穩壓不得有泄漏。

3)艉軸艉管裝置重力供油潤滑系統的密性試驗，其艏、艉密封裝置不得有漏油現象。

4)變距功能試驗。① 啟動電動液壓泵，高壓油由配油器或配油軸進油孔進入變距油缸內，推動活塞進行變距。槳葉變距試驗：“0”螺距；最大“正”螺距；最大“負”螺距等，并檢查變距的正確性，槳葉根部圓盤上相應的螺距印記與槳轂上的相應印記一一對齊。② 用手動液壓泵將槳葉變距到最大“正”螺距(航行中的應急工況)。

2.2.2 船下水后軸系水上最終對中

軸系水上對中的條件是使船舶處于正浮狀態，并保持85%的滿載吃水。

采用頂舉法作為水上最終對中的工藝程序環節。

1)《軸系合理校中計算書》中數據繁多，有的數據可以不采用，例如連接法蘭處的曲折和偏移，因軸段中孔已安裝了雙油管或拉桿，連接法蘭已不宜脫開。用頂舉法已包含了軸承的變位計算的相關要求，所以用頂舉法可作為軸系水上最終對中的工藝程序環節。

2)頂舉法測量軸承負荷。

(1)具體方法及步驟參考《船舶推進軸系校中》(CB/Z388—2005)[3]。

(2)中間軸承及齒輪箱原拂配工藝活動墊片處理。

《軸系合理校中計算書》中給出的中間軸承負荷(Q1，Q2，…)，頂舉位置(a1，a2，…)及相關的頂舉系數(f1，f2，…)，見圖5。

1-中間軸承;2-1#中間軸;3-2#中間軸圖5 軸承負荷布置示意

假設相應的頂舉力為Qa1，Qa2，…按照計算書要求Qa1×f1≈Q1，Qa2×f2≈Q2，…。將艉軸旋轉90°后重復以上操作，并記錄和計算。

按所測數據繪制每一次頂升和放下的曲線，作線性部分的斜線，與頂升高度計算起點直線的交點分別為A和B，見圖6。A和B對應的頂升負荷平均值(A+B)/2即為頂升試驗所得負荷。將頂升試驗負荷與軸系校中計算負荷比較，在要求范圍內即為合格[4]。

圖6 軸系校中頂升試驗曲線圖

若頂升和放下結果偏差較大，或與軸系校中計算負荷偏差較大，應先排除試驗本身誤差的可能性，比如，B-A>0.4倍計算負荷，有可能是由于摩擦力較大，即頂升試驗千斤頂與軸不垂直或未通過軸的中心或千斤頂規格偏大，應進行調整后重新做試驗[5]。

如果排除試驗本身誤差的可能性后，Qa1×f1遠大于Q1，說明該軸承位置偏高，可磨削并重新拂配原工藝活動墊片，直至滿足要求位置，并緊固這一中間軸承。如果Qa1×f1遠小于Q1，說明該軸承位置偏低，可用薄鐵皮或銅皮按要求墊在中間軸承座下平面與原拂配工藝活動墊片之間，直至滿足要求位置，并緊固這一中間軸承。頂舉測量時由船艉向船艏方向逐一進行。在齒輪箱的工藝活動墊片與其相鄰的中間軸承的工藝活動墊片一并調節處理后將中間軸承和齒輪箱最終定位并以鉸制螺栓鎖緊。

雖然調距槳及其軸系結構較復雜，但由于在船臺初始對中階段，將軸系安裝、中間軸承初定位及安裝、齒輪箱初定位及配鉆的螺栓孔已配鉆完畢等大部分工作已在船臺完成，所以船下水后的軸系對中及安裝工作量就大為減少，而且船臺施工條件比水下施工條件好、方便、工效高，縮短了施工周期。

水下部件(槳葉及槳轂)在試驗時均能目視其動作的正確性和可靠性，為日后的系泊及航行試驗的成功提供了保證。

3 結論

基于上述理論分析和方案比較，按其優化工藝程序在實船上進行的一系列相關調距槳及其軸系的潤滑和密性試驗、液壓系統的壓力試驗及相關的變距靈活性和正確性實驗。經實踐證明，將調距槳及其軸系對中和安裝工藝程序優化成船臺初始對中及水下最終對中兩個環節是合理的。采取此優化工藝程序所進行的軸系安裝可以保證施工周期短，提高工作效率并確保了軸系的安裝質量。

[1] 譚祖勝.高速船推進軸系回旋振動影響因素及特點探析[J].船舶工程,1999(3):32-34.

[2] 胡 義,楊建國.船舶推進系統集成設計平臺的設計與開展[J].船海工程，2009(5):84-87.

[3] 全國船舶標準化技術委員會指導性技術文件.CB/Z338—2005，船舶推進軸系校中[S],2005.

[4] 李 梓,趙 旭,周劍平.3 600 t化學品船主推進系統安裝工藝[J].船海工程,2009(4):1-4.

[5] 陸俊岫,吳庭笙,魏承楣.船舶建造質量檢驗[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社,2004.