噴水推進器在23 500 DWT油船上的應用

黃建通

摘? ? 要：基于淺水域航道對船舶推進系統的特殊要求，根據ZF噴水推進器的特性，以23500DWT油船為研究對象，分析了ZF噴水推進器在淺水域船舶上的應用，并對ZF噴水推進器的安裝工藝進行總結，為后續類似船舶的設計和建造提供參考。

關鍵詞：噴水推進;淺水域船舶;設備安裝;造船工藝

中圖分類號：U664.34 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Application of Water-jet Propeller on 23 500 DWT Oil Tanker

HUANG Jiantong

（Fujian Mawei Shipbuilding Ltd.， Fuzhou 350501 ）

Abstract： Based on the special requirements of shallow water channel for ship propulsion system， according to the characteristics of the ZF water-jet propeller， taking the 23 500 DWT oil tanker as the research object， this paper analyzes the application of the ZF water-jet propeller in shallow-water ships， summarizes the installation technology of the ZF water-jet propeller， provides a reference for the design and construction of similar ships.

Key words： Water-jet propeller; Shallow-water ship; Equipment installation; Shipbuilding Technology

1? ? ?前言

經過近幾年的船舶市場低潮之后，國際油輪市場已開始呈現一定程度的復蘇景象，全球范圍內開始出現新的油船訂單。23 500 DWT淺水域肥大型油船兼具運油船及加油船功能，運營于新加坡附近東南亞航線，這些航線普遍存在水深較淺的特點，航道狹窄、水流復雜，要求推進系統具有符合淺水域航行特征，并具備較高的靈活性、回轉性和全向推進能力以適用船舶操作。如果采用普通的導管式側推，由于本船型寬較大、導管較長將導致推進器效率低，且無法滿足全向推進要求，而伸縮式全回轉推進器因水域淺無法滿足使用要求。ZF噴水推進器以其獨特的結構和性能特點，與柴油機-軸-槳推進系統組成混合動力推進系統，運用在本船上能很好地滿足該船在運營航道上的實際運營和操作需要，甚至在狹窄的航道上可以代替柴油機推進系統推進船舶前進;另外，噴水推進器與柴油機-軸-槳推進系統組成混合動力推進系統，符合申請EEDI豁免的條件，一定程度上提升了船舶的競爭力。

2? ? ZF噴水推進器介紹

2.1? ?ZF噴水推進器裝置的組成

ZF噴水推進器主要組成部分有：

（1）驅動馬達

為推進器提供動力。由船舶電站供電產生驅動轉矩，用以驅動螺旋槳轉動。

（2）外井

外井采用焊接方式固定于船體結構上，用于安裝推進裝置本體及驅動馬達基座。外井頂部法蘭有一定的平面度、粗糙度以及厚度要求，以確保強度和密性達到要求。

（3）內井

內井安裝在外井的頂部法蘭上。內井上裝有行星齒輪、回轉軸承以及噴嘴等，由轉舵裝置帶動，可360°無限制全回轉。

（4）噴嘴

噴嘴固定在內井結構底部.其出口位置接近船底，可隨內井360°轉動，噴嘴出口角度大約為15°。

（5）螺旋槳

采用高斜葉片設計，材料為鎳鋁青銅。將水以非常高的速度通過可轉動噴嘴泵噴射出去。

（6）立式傳動軸

位于軸管中，由圓錐滾子軸承支撐。采用配有2道水密和1道油密的密封裝置密封。

（7）轉舵裝置

包括轉向齒輪以及轉向馬達。轉向齒輪與行星齒輪箱嚙合，用于內井（噴嘴）360°轉動;另外配置舵角反饋單元，內置電位計和就地舵角指針。

（8）聯軸器以及齒輪箱

用于將驅動馬達轉矩傳遞給螺旋槳，帶動螺旋槳旋轉。

（9）潤滑系統

用于潤滑推進部分的齒輪箱及轉舵部分的齒輪箱等相關部件。

ZF噴水推進器的結構圖，如圖1所示。

2.2? ?ZF噴水推進器裝置的工作原理

如圖2所示：其工作原理是由驅動馬達通過聯軸器及齒輪箱帶動螺旋槳在水中旋轉，不斷地把水從吸水口吸入，水流通過槳葉在壓能的作用下流經與水平方向有一定夾角（15°）的噴嘴，最后以非常高的速度噴射出去。由于槳葉轉動造成水動量增加，水流噴射時產生反作用力，從而推動船舶前進。

2.3? ?ZF噴水推進器裝置的主要特點

ZF噴水推進器是一款適用于淺水域環境下，具有高機動性的全回轉推進器，其主要特點如下：

（1）淺水域航行

ZF噴水推進器的一個顯著特點是它可以在淺水域進行工作。由于其安裝位置一般與船底平齊，不會造成船舶阻力增加，也不會產生與海里的漂浮物發生碰撞的危險;螺旋槳靠近船底，采用水平布置，吸水口與噴水口均在底部，因此即使在很小的水深環境下仍能正常地工作。

（2）結構緊湊、易于安裝和維護

吸水口和噴嘴在同一底平面內，與傳統的隧道式側推器相比，需要的空間更小;法蘭式安裝采用螺栓固定，僅需對外井頂部法蘭面進行平面度加工，施工簡單;采用由上而下的吊裝方式安裝，與自下而上的安裝方式相比更加簡單，省時省力;吸水口采用獨特的設計，允許較低的進水速度，從而避免了異物或碎屑的吸入。

（3）回轉特性

噴嘴固定在回轉部件上隨回轉部件轉動，可實現360°轉向，任何角度下均不會減小推力。

從以上的特性可知，對淺水域航行的船舶，ZF噴水推進器不僅可以作為主推進或者輔助推進裝置使用，也可以代替導管式推進器，實現在港內作業和靠泊碼頭時操縱船舶，是導管式推進器的很好替代品。

3? ?ZF噴水推進器的實船應用

3.1? ?23 500 DWT油船簡介

該船總長155 m、型寬36 m、型深15.2 m、吃水9m、艙容40 800 t、航速14 kn，船型上屬于淺吃水肥大型，采用節能的混合動力推進設計，由常規柴油機-軸-槳推進系統和首尾各一套360°全回轉噴水推進器組成混合動力推進系統。與常規成品油船相比，本船吃水較淺、外形較寬，適應淺水域航線和碼頭，能提高碼頭?？磕芰拓涍\量，適用于新加坡附近東南亞一帶航線和碼頭，是一艘高技術含量、高自動化程度、營運性及經濟性良好的新型多功能、淺吃水、節能型成品油運輸船。

3.2? ?ZF噴水推進器的應用情況

通過分析計算，并結合東南亞航線的航道特點，本船配備了一臺700 kW ZF SDT6010 FP L-drive和一臺300 kW ZF SDT4010 FP L-drive噴水推進器，采用變頻器變速控制。兩臺噴水推進器分別布置在首尾船底區域，并沿船舯方向布置，既降低了船舶總體重心，又將重量峰值點靠近船舶舯部，有利于降低大型設備重量重心對船舶最大縱搖、橫搖角的影響。

通過實船驗證，噴水推進器與機-軸-槳常規推進系統組成混合推進系統，使船舶具有較高的靈活性、回轉性和全向推進能力，能很好地滿足在該航線上的實際運營和操作需要;同時，噴水推進器可以實現船舶自主的靠船和靠碼頭能力，省去了拖輪的輔助約束，提高了船舶的經營性和競爭力。

3.3? ?ZF噴水推進器的安裝工藝

下面以SDT6010型號為例，介紹噴水推進器的安裝工藝流程。

3.3.1外井的安裝

噴水推進器對外井的制作和安裝質量有很高的要求，只有確保外井制作及安裝正確，才能確保后期噴水推進器在強度、推進效率、密性、振動、噪音等各方面滿足使用要求。

（1）安裝精度要求

① 外井頂部法蘭與船體外板需平行，高度應滿足圖紙要求，外井的中心盡可能接近理論中心，前后左右允許定位公差為±5 mm;

② 外井與船體結構對接焊處需完全焊透，以確保強度足夠;

③ 裝焊后頂部法蘭平面度誤差不得超過1 mm，粗糙度級別為6.3μm。如不滿足要求，應再精加工至要求范圍內，同時確保加工后的法蘭厚度不低于25 mm。

（2）安裝前的檢查工作

安裝前需檢查外井制作是否滿足圖紙要求，包括筒體尺寸是否準確、筒體外部的加強筋結構是否完整、頂部法蘭的板厚是否滿足要求。確認滿足上述要求后，在外井法蘭頂部平面劃出十字線，并在平面上標記前、后、左、右標識，以便準確定位;船體對接結構，應根據外井的尺寸將余量切割、開坡口，并修補打磨完成。

（3）外井與船體結構的焊接要求

如圖3所示：外井下端口與船底外板需采用對接形式，外板不可出邊;焊接要求為對接處內側先焊，外側余量割除后刨開焊透;外板與外井對接內側面需保證焊后處理光順，如果不光順可能會造成局部海水渦流，影響推進器效率。

3.3.2 推進器本體的安裝

推進器本體安裝步驟如下：

（1） 推進器安裝前，需再次檢查外井頂部法蘭平面度、粗糙度級別以及厚度。平面度誤差要求不大于1 mm，粗糙度級別為6.3μm，厚度不得小于25 mm;

（2）將推進器和外井的密封表面清潔干凈，去除油漆、油脂、焊渣和毛刺，并進行干燥處理，以確保密性達到要求;

（3）安裝密封墊片。密封墊片材質為丁腈橡膠，厚度為5 mm，具有防海水和防油的功能;同時在橡膠墊片的每個螺栓孔處，需要再放置一個直徑為28 mm、厚度為4 mm的鋼墊片，其目的是防止橡膠墊片受推進器過渡擠壓而損壞;

（4）以上準備工作完成后，即可將推進器本體放置到外井上。可以采用兩個導向銷作為安裝引導，快速、準確地將推進器放置到位，并再次檢查4個方向的標記，確保前、后、左、右無誤差;

（5）移除導向銷，并根據螺栓上緊順序安裝螺栓。螺栓上緊分兩步：第一步用170 Nm的扭力對所有螺栓進行鎖緊;第二步用340 Nm的扭力對所有螺栓再次鎖緊。螺栓安裝節點及上緊順序，見圖4、圖5;

（6）噴水推進器本體安裝到位后，需要在法蘭上適當的位置安裝4個錐度銷，其目的是為了將推進器本體法蘭定位。

3.3.3 驅動馬達的對中與安裝

驅動馬達和推進器本體采用高彈性聯軸器連接，安裝之前需要先核實聯軸器的對中公差要求：推進器端軸轂與馬達端軸轂法蘭之間的軸向距離為140 mm，軸向公差不大于±1 mm，徑向中心偏移公差不大于±0.2 mm，角度公差不大于±0.05°。聯軸器組裝圖，如圖6所示。

（1）推進器本體的輸入軸及馬達的輸出軸，需要提前做好去除油脂、雜物等清潔工作，并在軸上涂上潤滑油、裝上滑鍵，為安裝聯軸器做好準備;

（2） 采用熱套方式安裝聯軸器兩端的軸轂。需要先將聯軸器上的橡膠塊、法蘭盤、緊固件等部件移除，再分別對兩端的軸轂進行均勻加熱，加熱到比環境溫度高150 ℃～200 ℃，以便軸轂內孔獲得足夠的擴張量;再分別把兩端的軸轂裝入推進器本體的輸入軸及馬達的輸出軸上，并等待自然冷卻至環境溫度方可進行下一步工作;

（3） 吊裝馬達至推進器本體上的馬達基座上，并對馬達進行精確定位;測量并檢查對中情況，確保對中偏差符合要求。如不符合要求，則需要調整馬達的位置直到符合要求為止;

（4） 根據螺栓上緊順序安裝馬達的底腳螺栓。螺栓上緊分兩步：第一步用425 Nm的扭力對所有螺栓進行鎖緊;第二步用850 Nm的扭力對所有螺栓再次鎖緊;

（5） 馬達安裝到位后，需要在法蘭上適當的位置安裝4個錐度銷;

（6）安裝聯軸器的橡膠塊、法蘭盤等部件，并鎖緊所有的緊固件，達到預定的扭力。

上述步驟完成后，需要重新檢查對中情況，確保對中偏差符合要求。對中質量的好壞將直接影響設備的使用壽命，因此對中時需要將偏差嚴格控制在要求范圍之內，對中偏差值越小對設備越有利，運行越順暢，使用壽命也會更長。

4? ? 結語

通過本文對ZF噴水推進器結構、原理、特性等方面的分析可知，選擇ZF噴水推進器作為23500 DWT淺水域肥大型油船的混合動力推進器使用，能夠大大提高其在淺水域航道上的操縱性及安全可靠性，提高市場競爭力，為船東贏得廣闊的市場空間。另外，本文通過總結ZF噴水推進器的安裝工藝，為將來同類的船舶的設計建造提供參考。