100m沿海工程船的推進軸系設計

毛蘭霞,王 瑩

(1.江蘇省無錫交通高等職業技術學校，江蘇 無錫 214151；2.無錫職業技術學院，江蘇 無錫 214000)

100m沿海工程船的推進軸系設計

毛蘭霞1,王 瑩2

(1.江蘇省無錫交通高等職業技術學校，江蘇 無錫 214151；2.無錫職業技術學院，江蘇 無錫 214000)

良好的船舶動力裝置設計有利于提高海上作業的工作效率。以100 m沿海工程船為例，對船舶主推進方案和軸系設計進行了詳細的敘述，最后進行了實船測試，得出經過優化的該類工程船的工作效率提高了15%。

沿海船；工程船；推進系統；軸系；優化設計

0 引言

船舶主推進系統是船舶的主要動力系統，其設計好壞將影響到船舶的動力性、經濟性、可靠性、機動性和生命力等方面。由于100 m沿海工程船為調遣自航機動工程船，客戶對船舶的機動性和工作效率提出了更高的要求，而船舶主推進系統對船舶機動性和工作效率起著決定性的作用，因此，船舶推進系統的優化設計就顯得尤為重要。

船舶軸系是從主機輸出端法蘭起至艉軸為止，用于連接主機和螺旋槳。直接傳動的船舶推進系統主要有船舶主機、離合器、彈性聯軸器和減速齒輪箱、軸系、軸系附件、傳動設備和推進器等組成。本文涉及的船型為向海底拋石和為整平船供料的工程船，考慮到船舶的機動性和工作效率是本船設計的重要考核指標，主要從船舶操作性分析推進裝置的優化設計。

1 主要量度及設備參數

1.1主要量度

100 m沿海工程船為鋼質、單底(除皮帶機區域雙底外)船。該船中部船底部和甲板為縱骨架式，其余為橫骨架式。

其主要量度為：

總長

100.00 m

垂線間長

87.60 m

總寬

28.20 m

型寬

25.00 m

型深

5.00 m

設計吃水

3.00 m

設計排水量

6 016.2 t

上甲板載貨量

～2 723 t

肋距

0.55 m

梁拱

0.25 m

甲板層高：主甲板至艉升高甲板

0.40 m

艉升高甲板至2層甲板

2.45 m

2層甲板至3層甲板

2.10 m

3層甲板至駕駛甲板

2.10 m

駕駛甲板至羅經甲板

2.10 m

總布置圖如圖1所示。

1.2主要設備參數

主機型號為Z8170，臺數為3臺，單機額定功率(MCR)為441 kW,額定轉速為1 200 r/min，形式為直列、直噴、四沖程。齒輪箱型號為HCD600-A，數量為3臺，速比為5.44。螺旋槳參數見表1。

表1 螺旋槳參數表

2 軸系

船舶軸系主要布置方式為單軸系、雙軸系、三軸系這3種形式。

(1)單軸系軸線與船體基線平行，布置于船體的中縱剖面上。單軸系的長度主要由中間軸數目、機艙位置決定。若機艙位于船的中部，其中間軸數量多，軸系長；若位于船的尾部，其中間軸數量較少，甚至沒有中間軸，軸系相對較短。軸系短有利于船艙布置和維護管理，節省船舶建造費用。單軸系具有傳動直接、結構簡單、傳動損失小，便于操縱等優點，主要用于大型海船、拖船及內河中小型船舶等。

(2)兩個軸系相對船體基線略有傾斜，分別平行對稱布置在船體中縱剖面的兩側，以保證螺旋槳充分沒入水中。由于受到船體結構的限制，使螺旋槳和艉軸管之間的距離相對較遠，艉軸較長，因此，需在船體外部設置人字架用來托住懸伸于船外的艉軸。為了便于拆裝，將艉軸分為兩段制造，中間用聯軸器連接。在船體尾軸管內的軸段仍稱為尾軸;懸伸在船外的軸段與螺旋槳連接，并由人字架支承，這段軸稱為螺旋槳軸。雙軸系船舶具有高速、機動性好和生命力強的特點。

(3)三軸系的布置是單軸系和雙軸系的組合體布置，即一個軸系布置在船體的中縱剖面上，并平行于船體基線，另外兩條軸系布置在船體中縱剖面的兩側。三軸系布置有利于提高船舶生命力、航速和機動性，其缺點是結構復雜，配套設備多，建造和修理工作量大，費用高。三軸系布置一般用于工程船和軍用艦船以及特種工程船。本文的沿海特種工程船采用的軸系布置方式為三軸系，目的是提高本船的生命力、航速和機動性。

100 m沿海工程船配有3臺推進主機，3只螺旋槳，雙舵。3臺推進主機軸系間距為5 100 mm，三軸系布置示意圖如圖2所示。

圖1 100 m沿海工程船總布置圖

圖2 100 m沿海工程船三軸系平面布置示意圖

中間軸的首尾部采用整體鍛造法蘭，軸徑和連接面需要按照要求加工，軸的其他表面應加工光滑。

螺旋槳軸的首段為平鍵連接的可拆聯軸器，與螺旋槳采用平鍵連接，末端裝鎖緊螺母。艉管前端焊接在前軸承座上，尾部焊接在艉柱殼部，軸承間距為900 mm，艉管采用油潤滑方式。

舵裝置設備采用流線型舵，由兩扇雙支點平衡舵，單扇舵葉面積為4.05 m2，采用往復式撥叉舵機。本船采用平衡舵優點是沿整個舵的高度上，均有部分舵面積在舵軸線的前方，水動力作用點距轉軸較近，比普通舵可節省舵機功率；缺點是支撐點少，對強度不利。

本船軸系中心線與基線夾角為2°，其中間軸、螺旋槳軸的計算根據中國船級社(CCS)《國內航行海船建造規范 》(2012)及其2013版《修改通報》分別為140 mm和170 mm。軸系拆卸時，螺旋槳軸從艉部抽出。軸系布置圖如圖3所示。

3 實船測試

為了驗證設計效果，100 m沿海工程船在龍口港進行實船測試。經過2次停靠，2次機動航行裝卸貨物，與同類型船舶相比，船舶的停靠碼頭時間縮短約16%。結果見測試表2。

表2 船舶在1個作業區域的運行情況

4 結語

本船推進系統的設計是在滿足設計要求的情況下，以機動性和工作效率為主要考核指標，根據船舶主要設計參數，對本船進行推進系統的優化設計匹配。實船測試證明，工作效率提高約16%。

1.Z8170主機 2.HCD600齒輪箱 3.中間軸 4.聯軸器 5. 艉軸艉管 6.螺旋槳

船舶主推進系統設備的選型是否合理，軸系直徑計算和軸系加工是否精細準確，船舶工況是否清楚，螺旋槳設計經驗等各方面都影響著船舶的經濟性。同時，推進系統的設計優化匹配，可以提高船舶的操縱靈活性、機動性，使船舶工作效率高，安全可靠，有利于該船型的推廣應用。

[1]中國船級社.國內航行海船建造規范(2012)[M].北京：人民交通出版社，2012.

[2]中國船級社.國內航行海船建造規范修改通報(2013)[M].北京：人民交通出版社，2013.

[3]中華人民共和國海事局.國內航行海船法定檢驗技術規則(2011)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4]中國船舶工業總公司.船舶設計實用手冊(輪機分冊)[M].北京：國防工業出版社，1999.

[5]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2001.

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[8]詹志剛，喻英.船舶主機推進系統機槳匹配設計工況的優化選擇[J].江蘇船舶，2000，17(5)：12-14.

2013-12-10

毛蘭霞(1964-)，女，實驗師，研究方向為機械實驗、實訓等；王瑩(1988-)，女，碩士，助教，研究方向為車輛工程。

U662.2

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