船舶軸系和螺旋槳

1、第八章 船舶軸系和螺旋槳【學(xué)習(xí)目標(biāo)】掌握船舶軸系的功用、基本組成、日常維護(hù)管理；掌握螺旋槳的基本組成和各部分名稱；了解船舶軸系扭振及危害。在船舶推進(jìn)裝置中，從齒輪箱（或主機(jī)）輸出法蘭到螺旋槳，其間以傳動(dòng)軸為主體的用于傳遞扭矩的裝置稱為軸系，螺旋槳通過軸系與齒輪箱（或主機(jī)）連接。第一節(jié) 軸系一、軸系的功用軸系的功用是將船舶柴油機(jī)輸出的功率傳遞給螺旌槳，使螺旋槳旋轉(zhuǎn)，以推進(jìn)船舶航行。軸系是齒輪箱（或主機(jī)）和螺旋槳之間的連接和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將柴油機(jī)輸出功率傳遞給螺旌槳，以克服螺旌槳在水中轉(zhuǎn)動(dòng)的所消耗的功率，同時(shí)，又將螺旋槳在水中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的軸向推力通過推力軸承傳遞給船體，以克服船舶航行的阻力。二、軸系的基

2、本組成軸系包括傳動(dòng)軸（推力軸、中間軸、艉軸或螺旋槳軸）、軸承（推力軸承、中間軸承、艉軸承）、軸系附件（潤滑、冷卻、艉軸密封裝置）等，如圖8-1所示。軸系是由多支承的傳動(dòng)軸所構(gòu)成。從機(jī)艙到船尾往往有一段距離，其傳動(dòng)軸往往較長，傳動(dòng)軸通常分為幾段，并用聯(lián)軸器將各軸段聯(lián)接組合而成。每段軸又按其所承擔(dān)的任務(wù)分為推力軸、中間軸、艉軸或螺旋槳軸等，這些軸段依靠相應(yīng)的軸承支撐。傳動(dòng)軸的總長度、軸段數(shù)目及其附件的配置等，與船的大小、船型、船體線型、機(jī)艙位置、動(dòng)力裝置形式等因素有關(guān)。對(duì)于軸線不長的小型船舶，為了縮短軸系，也可只用一根螺旋槳軸直接將螺旋槳與齒輪箱的輸出法蘭相連。圖8-1 軸系1、傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸包括推

3、力軸、中間軸和艉軸。推力軸前端用法蘭與齒輪箱（或主機(jī)）的輸出法蘭相連，后端的法蘭則與中間軸法蘭相連。推力軸和推力軸承是一對(duì)組合部件。中間軸用來連接推力軸和艉軸。2、軸承軸承包括推力軸承、中間軸承和艉軸軸承。推力軸承用于承受螺旋槳通過推力軸傳遞的推力，并通過它將推力傳給船體。中間軸承用于承受中間軸的徑向負(fù)荷和重量。艉軸軸承用于承受艉軸軸的徑向負(fù)荷和重量。3、軸系附件軸系附件包括隔艙填料函、艉管、油封、潤滑管路和冷卻管路。隔艙填料函用于保持軸系穿過水密隔艙處的水密。艉軸管用來支撐艉軸承和艉軸。艉軸軸封裝于尾軸管中，用于密封水和油。潤滑系統(tǒng)用于提供并保證艉軸承中潤滑油的供應(yīng)。冷卻管路給艉軸管、中間軸

4、承、推力軸承供給冷卻水。三、軸系對(duì)中軸系對(duì)中的目的是使軸系的實(shí)際中心線與理論中心線盡量保持一致，以保證船舶推進(jìn)裝置正常運(yùn)行。軸系理論中心線是船舶設(shè)計(jì)時(shí)所確定的軸系中心線。通常根據(jù)軸系理論中心線確定主機(jī)、軸系各傳動(dòng)軸和軸承的安裝位置。因此，軸系理論中心線不僅是軸系和主機(jī)安裝時(shí)的安裝基準(zhǔn)，也是船舶修理時(shí)的重要依據(jù)。船舶軸系軸線的對(duì)中質(zhì)量，對(duì)軸系和主機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及船舶振動(dòng)均有很大影響，特別是對(duì)軸徑大、軸承間距小、剛性強(qiáng)的軸系影響更為顯著。若軸系對(duì)中質(zhì)量差，可能造成危害。如運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)引起軸承的負(fù)荷急劇增加，導(dǎo)致軸承發(fā)熱和迅速磨損甚至咬死；艉軸管密封裝置迅速磨損產(chǎn)生泄露，引起潤滑油泄漏造成污染事故；主機(jī)曲

5、軸臂距差超過規(guī)定值，導(dǎo)致曲軸裂紋甚至斷裂；破壞減速齒輪的正常嚙合和支承軸的正常工作；引起船體振動(dòng)，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致軸系斷裂等嚴(yán)重機(jī)損辜故。船舶軸系需要進(jìn)行良好的對(duì)中。船舶經(jīng)過一段時(shí)間營運(yùn)后，由于各道軸承、軸頸運(yùn)轉(zhuǎn)中存在不同程度的磨損和船體變形或者發(fā)生海損事故等原因，軸系原對(duì)中狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，因此，應(yīng)定期檢驗(yàn)、調(diào)整。軸系的技術(shù)狀態(tài)主要取決于軸系中心線的狀態(tài)，而軸系中心線的狀態(tài)是通過軸系中心線彎曲程度和艉軸與主機(jī)中心線同軸度來確定的。四、軸系的日常維護(hù)管理船舶軸系自重較大，運(yùn)行工況不斷變化，若管理維護(hù)不當(dāng)，會(huì)造成軸系及其部件過度磨損、滑油泄漏、連接松動(dòng)、彎曲甚至斷裂，使船舶推進(jìn)裝置的可靠性和經(jīng)濟(jì)性降

6、低。1、日常維護(hù)（1）船舶在開航前，應(yīng)仔細(xì)檢查軸系各運(yùn)轉(zhuǎn)部位有無障礙物，并檢查各軸承及聯(lián)軸器的緊固螺栓有無松動(dòng)，如發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)，應(yīng)及時(shí)緊固，以保證運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的安全。（2）對(duì)于采用自由潤滑的推力軸承和中間軸承，開航前應(yīng)向軸承內(nèi)加注滑油至規(guī)定值。對(duì)于壓力潤滑的推力軸承，應(yīng)使油路、冷卻水管路暢通。（3）采用重力潤滑的艉軸管，開航前需將油箱內(nèi)注滿滑油，并使油路與艉軸管接通。設(shè)有手搖泵時(shí)，應(yīng)壓油至回油管有油流出為止，然后將三通旋塞旋至重力油柜與艉軸管直通，以保證滑油的自動(dòng)補(bǔ)給。（4）采用水潤滑的艉軸管裝置，在開航前應(yīng)適當(dāng)松開首端填料壓蓋，以保證軸頸的潤滑。停航時(shí)，則應(yīng)將壓蓋壓緊。（5）航行中應(yīng)隨時(shí)檢查軸系各零

7、部件工作的可靠性和安全性，檢查并保證滑油的油量或水量。如發(fā)現(xiàn)軸系有振動(dòng)、噪聲，以及密封不嚴(yán)或軸承溫度過高等情況，應(yīng)及時(shí)查找原因并盡快消除，必要時(shí)可申請(qǐng)停航檢修。2、定期檢查及調(diào)整（1）檢查各軸承滑油的質(zhì)量，若發(fā)現(xiàn)黏度降低、變質(zhì)或金屬微粒等應(yīng)及時(shí)換油。換油時(shí)應(yīng)注意，先將污油放盡，清潔后，再注入同品質(zhì)的滑油。（2）檢查軸系中各軸的同軸度，如超過允許范圍，應(yīng)按規(guī)定要求進(jìn)行調(diào)整。（3）檢查推力軸承和各中間軸承的間隙，如超過允許范圍，應(yīng)按規(guī)定要求進(jìn)行調(diào)整。（4）檢查軸艉管密封裝置，若超過磨損極限，應(yīng)及時(shí)更換，橡膠密封應(yīng)全部換新。（5）檢查螺旋槳的損壞情況，并測(cè)螺距和進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)。（6）若遇到運(yùn)轉(zhuǎn)中軸系

8、潤滑正常，而軸承溫度升高超過正常溫度（65）；螺旋槳槳葉斷裂或嚴(yán)重變形；船體發(fā)生嚴(yán)重碰撞或擱淺后；船舶機(jī)艙大量進(jìn)水，經(jīng)排出后，尤其是未及時(shí)使主機(jī)停車，則應(yīng)及時(shí)檢查軸線、軸承及密封裝置，并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。第二節(jié) 螺旋槳一、螺旋槳的功用螺旋槳的功用是將船舶主機(jī)發(fā)出的功率轉(zhuǎn)變?yōu)榇扒斑M(jìn)（或后退）的動(dòng)力。推動(dòng)船舶前進(jìn)的各種機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為船舶推進(jìn)器。船舶推進(jìn)器有螺旋槳、噴水推進(jìn)器、平旋推進(jìn)器、明輪和Z形推進(jìn)器等。其中，螺旋槳的結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，效率高，工作可靠，是目前船舶應(yīng)用最廣泛的推進(jìn)器。螺旋槳是一種反作用式推進(jìn)裝置，螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)，槳向后（或向前）推水并受到水的反作用力而產(chǎn)生向前（或向后）的推力。二、螺旋槳

9、的結(jié)構(gòu)螺旋槳是由槳葉和槳轂兩部分組成，如圖8-2所示。槳葉是螺旋槳產(chǎn)生推力的構(gòu)件，通常有三葉和四葉。槳轂是槳葉與槳軸的連接構(gòu)件。有些螺旋槳還安裝有導(dǎo)流罩（流線型槳帽），使螺旋槳尾部的線形光順，降低螺旋槳工作阻力。圖8-2 螺旋槳1、葉面與葉背從船尾向船首看到的槳葉的一面稱為葉面，另一面稱為葉背。2、導(dǎo)邊與隨邊螺旋槳正轉(zhuǎn)時(shí)槳葉先入水的一邊稱為導(dǎo)邊，后入水的一邊稱為隨邊。3、葉根與葉稍槳葉與槳轂相連處為葉根，遠(yuǎn)離槳轂的一端稱為葉梢。通常葉根較厚而葉梢較薄。4、右旋槳與左旋槳螺旋槳正轉(zhuǎn)旋向?yàn)轫槙r(shí)針的螺旋槳叫右旋槳，正轉(zhuǎn)旋向?yàn)槟鏁r(shí)針的螺旋槳叫左旋槳。5、外旋與內(nèi)旋對(duì)于雙槳船，左槳左旋，右槳右旋叫外旋；

10、左槳右旋，右槳左旋叫內(nèi)旋。為避免夾帶漂浮物而損壞槳葉，船舶一般多采用外旋槳。三、螺旋槳的常見缺陷螺旋槳的常見缺陷有腐蝕、磨損、裂紋、彎曲和折斷等。第三節(jié) 軸系的扭振船舶的柴油機(jī)飛輪、軸系和螺旋槳構(gòu)成一個(gè)彈性系統(tǒng)，在工作中會(huì)產(chǎn)生扭振（扭轉(zhuǎn)振動(dòng)）。一、軸系的自由扭振當(dāng)給軸系初激勵(lì)扭矩后，軸系便會(huì)產(chǎn)生周期性的自由扭振（自由扭轉(zhuǎn)振動(dòng)）。其振動(dòng)頻率是自振頻率或固有頻率，其大小與軸系的剛度和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)。二、軸系的強(qiáng)迫扭振軸系工作時(shí)，柴油機(jī)曲軸和螺旋槳上作用著周期性變化的外力矩。軸系在這個(gè)周期性變化的外力矩作用下，發(fā)生不均勻的忽快忽慢的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（一面在旋轉(zhuǎn)，一面在扭擺）的現(xiàn)象，稱為強(qiáng)迫扭振（強(qiáng)迫扭轉(zhuǎn)振動(dòng)）

11、。此外力矩稱激振（干擾）力矩。強(qiáng)制扭振的頻率等于外力矩變化頻率，且與柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。三、軸系的共振及臨界轉(zhuǎn)速軸系的自振頻率一般是固有的，與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)。而柴油機(jī)強(qiáng)迫扭轉(zhuǎn)的頻率與其轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)外力矩頻率與自振頻率相等時(shí)，軸系的振幅將明顯增高，稱為共振。軸系發(fā)生共振時(shí)所對(duì)應(yīng)的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。軸系在柴油機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有多個(gè)臨界轉(zhuǎn)速、危險(xiǎn)臨界轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速禁區(qū)。四、軸系共振的危害當(dāng)軸系發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振時(shí)，均會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振幅增大，使軸系承受較大的扭振附加應(yīng)力。當(dāng)扭振附加應(yīng)力超過軸系許用的扭振應(yīng)力，可能引起軸系破壞，該臨界轉(zhuǎn)速稱為危險(xiǎn)臨界轉(zhuǎn)速?！稗D(zhuǎn)速禁區(qū)”是指危險(xiǎn)臨界轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)段。在柴油機(jī)

12、常用轉(zhuǎn)速（80%105%）范圍內(nèi)不允許存在“轉(zhuǎn)速禁區(qū)”。軸系共振的危害：（1）引起軸系裂紋和斷裂；（2）引起傳動(dòng)齒輪和鏈輪打擊、齒面點(diǎn)蝕及斷齒；（3）引起柴油機(jī)零部件過快磨損；（4）引起柴油機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定；（5）激發(fā)相關(guān)機(jī)件、設(shè)備和船體振動(dòng)，并引起異常噪音；（6）引起軸系扭轉(zhuǎn)縱向偶合振動(dòng)。通?！稗D(zhuǎn)速禁區(qū)”在轉(zhuǎn)速表上用紅色標(biāo)示，并在操縱臺(tái)前設(shè)有告示牌，以引起注意。操作時(shí)，禁止柴油機(jī)在“轉(zhuǎn)速禁區(qū)”內(nèi)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，如遇“轉(zhuǎn)速禁區(qū)”應(yīng)快速越過。² 本章小結(jié)船舶軸系和螺旋槳是船舶推進(jìn)裝置的重要組成部分，它連接齒輪箱（或主機(jī)）與螺旋槳。螺旋槳是船舶推進(jìn)器，產(chǎn)生船舶航行推力。做好船舶軸系的日常維護(hù)管理。軸系共振對(duì)船舶的危害很大，操作時(shí)，要快速越過“轉(zhuǎn)速禁區(qū)”。