簡介高彈性聯(lián)軸器在船舶動(dòng)力裝置中的使用_圖文

1、船舶輪機(jī)簡介高彈性聯(lián)軸器在船舶動(dòng)力裝置中的使用張蕓(無錫伏爾康科技有限公司上海辦事處上海200120關(guān)鍵詞高彈性聯(lián)軸器;動(dòng)力裝置摘要隨著造船技術(shù)的發(fā)展,人們對動(dòng)力裝置系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性和舒適性的要求越來越高,越來越多的船舶在動(dòng)力裝置中選用高彈性聯(lián)軸器來解決軸系的振動(dòng)與噪聲問題。文章就這方面的問題進(jìn)行一些討論,供大家參考。中圖分類號(hào)U66412文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)100129855(20060120034205H igh elastic coupli ng for sh ip power plan tZhang YunKeywords:h igh elastic coup ling;pow

2、 er p lan tAbstract:W ith con tinuou s developm en t of sh i p bu ilding techno logy,there app ears h igh and h igher dem ands on the safety,reliab ility and com fo rt ab ility of sh i p pow er p lan t,and m o re and m o re sh i p s have been e2 qu i pp ed w ith h igh elastic coup ling to so lve the

3、 p rob lem of vib rati on and no ise.T he article p rovide a clo se discu ssi on fo r readers reference.1前言隨著造船技術(shù)的發(fā)展,人們對動(dòng)力裝置系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性和舒適性的要求越來越高,越來越多的船舶在動(dòng)力裝置中選用高彈性聯(lián)軸器來解決軸系的振動(dòng)與噪聲問題。高彈性聯(lián)軸器的主要彈性元件是扭轉(zhuǎn)承載的橡膠組件,橡膠組件可設(shè)計(jì)成單排或多排,各橡膠組件又有多種標(biāo)準(zhǔn)剛度可供選擇,可極大范圍地滿足扭振計(jì)算所確定的剛度要求。有的高彈性聯(lián)軸器中還有軸向承載的膜片組件,膜片組件采用24片0. 651mm厚度

4、的彈簧鋼材料,因而具有極大的軸向承載和軸向位移補(bǔ)償能力。在船舶動(dòng)力系統(tǒng)中使用高彈性聯(lián)軸器的主要目的是傳遞功率和扭矩,補(bǔ)償徑向,軸向和角向?qū)χ姓`差,補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)動(dòng)量的振蕩,調(diào)整系統(tǒng)自振頻率。高彈性聯(lián)軸器具有重量輕,安裝方便,各向位移補(bǔ)償量大,阻尼大,吸振能力及調(diào)頻能力強(qiáng)等特點(diǎn),能較好地保護(hù)主機(jī)、齒輪箱和軸系。但是目前,在使用了高彈性聯(lián)軸器的船舶主推進(jìn)裝置中會(huì)發(fā)生一些這樣或那樣的事故。很多事故的主要原因就是沒有充分把握如何正確地在船舶動(dòng)力裝置中用好高彈性聯(lián)軸器。為此,本文在此就這方面的問題做一些討論,供大家參考。2高彈性聯(lián)軸器的選型原則高彈性聯(lián)軸器是根據(jù)計(jì)算扭矩及工作轉(zhuǎn)速來進(jìn)行初步選定聯(lián)軸器的型號(hào)。計(jì)

5、算扭矩按下列公式計(jì)算:第1期SH IP&BOA T NO.1收稿日期2005-10-12作者簡介張蕓(196919-,女,浙江人,工程師,從事船舶設(shè)備設(shè)計(jì)工作。T=K 9.55 P n式中T計(jì)算扭矩,kNm;K工作情況系數(shù),一般情況1.251.50;P額定功率,k W;n工作轉(zhuǎn)速,r m in。各個(gè)高彈性聯(lián)軸器的制造商對上述工作情況系數(shù)K的選用可能會(huì)有所不同,在不同的應(yīng)用場合一般也會(huì)選用不同的工作情況系數(shù)。3高彈性聯(lián)軸器的性能參數(shù)高彈性聯(lián)軸器的主要基本性能參數(shù)如下:額定扭矩T kN kNm最大扭矩1T km ax1kNm最大扭矩2T km ax2kNm許用變動(dòng)扭矩T kw kNm許用軸

6、向位移k a mm許用徑向位移k r mm軸向反作用力F ax kN許用轉(zhuǎn)速n km ax r m in動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度C T dy n kNm rad相對阻尼額定扭矩(T kN是聯(lián)軸器在發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工況(連續(xù)運(yùn)行或間斷運(yùn)行時(shí),能持續(xù)傳遞的最大平均扭矩。最大扭矩1(T km ax1是聯(lián)軸器在系統(tǒng)正常的過渡工況(例如:起動(dòng)載荷、沖擊載荷、短暫地通過臨界點(diǎn)下,所允許傳遞的最大扭矩值,最大扭矩發(fā)生的時(shí)間很短。最大扭矩2(T km ax2是聯(lián)軸器在系統(tǒng)非正常的過渡工況下,所允許傳遞的最大扭矩值。許用變動(dòng)扭矩(T kw是聯(lián)軸器在受到的基本載荷達(dá)到額定扭矩T kN時(shí),聯(lián)軸器所允許的由于周期性扭矩變動(dòng)而產(chǎn)生持續(xù)

7、的扭矩振幅值。許用軸向位移(k a是聯(lián)軸器允許主動(dòng)端與從動(dòng)端之間在軸線方向相對于中間平衡位置的位移偏移量。許用徑向位移(k r是聯(lián)軸器允許主動(dòng)端到從動(dòng)端對軸線垂直方向穩(wěn)定不變的、緩慢變化的或周期性變化的位移偏移量。軸向反作用力(F ax是當(dāng)聯(lián)軸器的兩端存在軸向位移偏差時(shí),聯(lián)軸器的主動(dòng)端和從動(dòng)端在軸向產(chǎn)生的反作用力。許用轉(zhuǎn)速(n km ax是聯(lián)軸器允許的最大轉(zhuǎn)速。動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度(C T dy n是聯(lián)軸器在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)彈性扭矩與扭矩角的振幅之比。相對阻尼(是聯(lián)軸器在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)轉(zhuǎn)換成熱量的阻尼功與彈性變形功之比。上述這些參數(shù)之間均存在著一定的內(nèi)存聯(lián)系和嚴(yán)格的制約關(guān)系,它們均由橡膠的基本性能(硬度

8、、彈性和阻尼等和結(jié)構(gòu)特性所決定。所有技術(shù)性能參數(shù)均通過各種試驗(yàn)得出,如靜態(tài)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn),動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn),沖擊試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)等。4高彈性聯(lián)軸器在船舶動(dòng)力裝置中應(yīng)用的主要型式目前在船舶動(dòng)力裝置中得到廣泛應(yīng)用的高彈聯(lián)軸器主要有以下幾種。4.1RAT O型RA TO型高彈性聯(lián)軸器是80年代德國伏爾康公司推出的性能較全面的高彈性橡膠聯(lián)軸器。該高彈性聯(lián)軸器已廣泛應(yīng)用于船舶主推進(jìn),根據(jù)二十多年的使用經(jīng)驗(yàn)證明,該聯(lián)軸器應(yīng)用于船舶主推進(jìn)性能非?？煽?。伏爾康公司的RA TO型高彈性聯(lián)軸器一般有兩種型式。4.1.1RA TO2S型RA TO2S型高彈性聯(lián)軸器是一種扭轉(zhuǎn)彈性橡膠聯(lián)軸器,它能夠補(bǔ)償被聯(lián)接機(jī)器的徑向、軸向和角向

9、位移。RA TO2S型高彈性聯(lián)軸器通過受剪切的橡膠元件來傳遞扭矩,可利用不同的扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼系數(shù),來充分調(diào)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振性能。RA TO2S型高彈性聯(lián)軸器主要由彈性元件、膜片組件和聯(lián)接件組成。根據(jù)聯(lián)軸器的型號(hào)大小和剛度級(jí)別,可將扭轉(zhuǎn)彈性元件布置成單排或多排。彈性元件由多個(gè)扇形塊組成。圖1為RA TO2S型高彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)圖。4.1.2RA TO2R型該聯(lián)軸器是作為“全能的”RA TO2S型高彈性聯(lián)軸器的補(bǔ)充,特殊設(shè)計(jì)的RA TO2R型高彈性聯(lián)軸器,用于要求有較高的扭轉(zhuǎn)彈性和不對中補(bǔ)償能力 圖1RA TO 2S 型高彈性聯(lián)軸器的傳動(dòng)裝置中。由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低,RA TO 2R 型高彈性聯(lián)軸器的內(nèi)

10、在特性包括:較高的動(dòng)態(tài)載荷承受能力和良好的扭轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)特性。應(yīng)用領(lǐng)域主要是柴油機(jī)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速主推進(jìn)系統(tǒng) PTO 系統(tǒng)。在低扭矩至中等扭矩范圍內(nèi),搬運(yùn)和安裝整個(gè)橡膠件比較方便可行的情況下,可選用RA TO 2R 型高彈性聯(lián)軸器。 在盡可能最短的安裝長度下,RA TO 2R 型高彈性聯(lián)軸器的徑向、軸向和角向柔性使它能較好地補(bǔ)償由原動(dòng)機(jī)的彈性支承或基礎(chǔ)偏移等引起的對中誤差。4.2XL 型XL 型高彈性聯(lián)軸器是通過一對特殊設(shè)計(jì)的整圈式橡膠環(huán)來傳遞功率的,主要應(yīng)用于船用柴油機(jī)主推進(jìn)動(dòng)力裝置(主機(jī)剛性安裝時(shí)。該聯(lián)軸器是國內(nèi)用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化觀點(diǎn)設(shè)計(jì)研制的第一個(gè)高彈性橡膠聯(lián)軸器國家標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品

11、的特點(diǎn)是彈性大,承載能力較強(qiáng),但重量大,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大, 對主、從動(dòng)機(jī)的附加影響大。為了限制高彈性聯(lián)軸器承受過大的意外瞬時(shí)載荷,XL 型高彈性聯(lián)軸器中間安裝有扭轉(zhuǎn)角限制器,把最大扭轉(zhuǎn)角限制在25°,當(dāng)橡膠環(huán)發(fā)生意外斷裂時(shí),它還可以起到緊急傳遞功率的作用。圖2為XL 型高彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)圖。4.3EZR 型圖2XL 型高彈性聯(lián)軸器EZR 型高彈性聯(lián)軸器是伏爾康公司早期的一個(gè)產(chǎn)品,是一種內(nèi)襯簾子布增強(qiáng)材料,具有多向撓性的高彈性橡膠聯(lián)軸器。簾子布的使用保證了該聯(lián)軸器的高強(qiáng)度。該聯(lián)軸器適用于所有需要柔性聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)機(jī)械,通過選擇不同的扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼系數(shù),幾乎可使任何軸系達(dá)到理想的扭振狀況。特別適用

12、于負(fù)載變化較大的場合。該聯(lián)軸器的特點(diǎn)是強(qiáng)度高,耐疲勞性好,彈性較大,但易形成應(yīng)力集中,彈性元件制造工藝復(fù)雜?，F(xiàn)在已很少應(yīng)用在船舶主推進(jìn)裝置。圖3為EZR 型高彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)圖。圖3EZR 型高彈性聯(lián)軸器第1期SH IP &BOA T NO.14.4VUL KARDAN -E 型該聯(lián)軸器是伏爾康公司用來對RA TO 系列高彈性聯(lián)軸器在小扭矩范圍應(yīng)用的補(bǔ)充,廣泛應(yīng)用于聯(lián)接彈性 剛性安裝的主機(jī)及齒輪箱或其它機(jī)器。VU L KA RDNA 2E 型高彈性聯(lián)軸器用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的扭振響應(yīng),具有“軸向滑移”的特點(diǎn)。因此,主要用于罩殼安裝。因罩殼安裝的通風(fēng)截面一般較小,散熱效果差,所以VU L KA

13、RDAN 2E 型聯(lián)軸器的橡膠元件采用耐熱橡膠制造,允許環(huán)境溫度為-45+90,同時(shí)也可以采用硅耐熱橡膠,其允許環(huán)境溫度可達(dá)-45+120。圖4為VU L KA R 2DAN 2E 型高彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)圖。 圖4VUL KA RDAN 2E 型高彈性聯(lián)軸器幾種高彈性聯(lián)軸器的使用和性能特點(diǎn)對比見表1。5船舶用高彈性聯(lián)軸器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配船舶推進(jìn)裝置中,軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)性能并不是完全靠高彈性聯(lián)軸器來進(jìn)行調(diào)諧的。其軸系中的柴油機(jī)設(shè)計(jì)也應(yīng)當(dāng)充分把握其基本的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性。一臺(tái)好的柴油機(jī),對其扭振方面最基本的要求就是柴油機(jī)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性能使得動(dòng)力裝置中其他設(shè)備或部件配置時(shí)滿足CCS 或各國船級(jí)社規(guī)范對扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特

14、性的基本要求。要使得軸系在其配置其他設(shè)備和部件時(shí)其扭振特性能達(dá)到理想狀態(tài),柴油機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)當(dāng)充分把握其基本的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性問題。柴油機(jī)設(shè)計(jì)中的當(dāng)量系統(tǒng)處理應(yīng)盡可能達(dá)到以下幾個(gè)原則:不平衡原則,各個(gè)汽缸及其曲柄合成的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及剛度不等原則;最低次主簡諧相抵消原則,相對振幅合成為零原則;最低次主簡諧相回避原則,避開常用工作轉(zhuǎn)速;次主簡諧相回避原則,避開常用工作轉(zhuǎn)速;最小振幅或節(jié)點(diǎn)最佳選擇原則。軸系中高彈性聯(lián)軸器的正確選用與否,也會(huì)直接影響柴油機(jī)的正常使用。曾經(jīng)有一貨輪的柴油機(jī)曲軸最后的推力軸承快速磨損,后對該輪的軸系重新進(jìn)行扭振計(jì)算,重新對高彈性聯(lián)軸器進(jìn)行選型,則此類事故就徹底解決了。6船舶用高彈性

15、聯(lián)軸器與齒輪箱的匹配軸系中高彈性聯(lián)軸器的存在將大大降低齒輪箱所承受的變動(dòng)扭矩值。齒輪箱所承受的變動(dòng)扭矩公式已經(jīng)很好地反映了這一點(diǎn)。T w =T tI 2I 1+I 2k式中T w 齒輪箱承受的變動(dòng)扭矩,kN m ;T t 柴油機(jī)發(fā)出的變動(dòng)扭矩值,kN m ;I 1高彈性聯(lián)軸器柴油機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,kg m 2;I 2高彈性聯(lián)軸器齒輪箱側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,kg m 2;k 與彈性聯(lián)軸器剛度成正比的系數(shù)。從上面的公式可知,在其他參數(shù)保持不變的情況下,當(dāng)軸系中所選的高彈性聯(lián)軸器的剛度越大,則齒輪箱所受的變動(dòng)扭矩越大。同樣,在其他參數(shù)保持不變的情況下,當(dāng)軸系中所選的高彈性聯(lián)軸器的齒輪箱側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I 2越大,

16、則齒輪箱上所受的變動(dòng)扭矩越大。也就是說從齒輪箱所承受的變動(dòng)扭矩來考慮,高彈性聯(lián)軸器齒輪箱側(cè)的質(zhì)量越小越好。表1幾種高彈性聯(lián)軸器的使用和性能特點(diǎn)對比聯(lián)軸器性能RA TORA TO2S RA TO2RXL EZR VUL KA RDAN2E扭矩范圍(kNmT kN=12.5800T kN=1.6180T kN=0.71100T kN=0.4500T kN=0.1620彈性元件橡膠件(扇型,膜片組件橡膠件(圓環(huán)型,膜片組件整圈式橡膠環(huán)內(nèi)襯簾子布加強(qiáng)材料的橡膠普通橡膠 硅耐熱橡膠彈性性能同時(shí)具有較好的扭轉(zhuǎn)和軸向彈性有較高的扭轉(zhuǎn)彈性和不對中補(bǔ)償性能彈性大,阻尼特性較好具有多向撓性,強(qiáng)度非常高有較好的扭轉(zhuǎn)

17、特性位移補(bǔ)償軸向及徑向位移補(bǔ)償性能非常好一般好好降噪性能好極好一般好好環(huán)境溫度允許在-5070環(huán)境下使用-1060-3085-4590 -45120應(yīng)用場合在全扭矩范圍內(nèi),柴油機(jī)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)的中高速主推進(jìn)系統(tǒng),主機(jī)剛性 彈性安裝在低扭矩至中等扭矩范圍內(nèi),柴油機(jī)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)的中高速主推進(jìn)系統(tǒng),主機(jī)剛性 彈性安裝在低扭矩范圍內(nèi),柴油機(jī)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)的中高速主推進(jìn)系統(tǒng),主機(jī)剛性安裝在RA TO產(chǎn)品以前廣泛應(yīng)用于船舶主推進(jìn),現(xiàn)較多用于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架可適用于發(fā)動(dòng)機(jī)的罩殼安裝及自由安裝,自由安裝時(shí),主機(jī)可剛性 彈性安裝安裝與維護(hù)自由拆裝結(jié)構(gòu),易損件(橡膠件可徑向自由拆裝,勿需移動(dòng)相鄰設(shè)備1.非自由拆裝結(jié)構(gòu),軸向尺寸緊

18、湊2.自由拆裝結(jié)構(gòu),易損件(橡膠件可徑向自由拆裝,勿需移動(dòng)相鄰設(shè)備有自由拆裝和非自由拆裝兩種結(jié)構(gòu)形式有自由拆裝和非自由拆裝兩種結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)自由安裝時(shí),聯(lián)軸器可自由拆裝對相鄰設(shè)備的影響由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低,重量輕,能最有效地保護(hù)系統(tǒng)中的其它設(shè)備由于重量大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大,對主、從動(dòng)機(jī)的附加影響大能有效保護(hù)系統(tǒng)中的其它設(shè)備能有效保護(hù)系統(tǒng)中的其它設(shè)備安全可靠高一般高高7結(jié)束語現(xiàn)今,在有中高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)(一般轉(zhuǎn)速在500r m in以上的船舶動(dòng)力裝置中,選用高彈性聯(lián)軸器已成為一種設(shè)計(jì)模式。尤其是橡膠高彈性聯(lián)軸器,以其重量輕,可變剛度范圍大,補(bǔ)償位移能力強(qiáng),免維護(hù),隔離結(jié)構(gòu)噪聲等特點(diǎn),越來越受到設(shè)計(jì)人員的青睞。選用合適的高彈性聯(lián)軸器,將使船舶動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)水平達(dá)到一個(gè)