9000T水泥運(yùn)輸船軸系設(shè)計與軸承布置研究

宙青山

(南京高精船用設(shè)備有限公司，南京211103)

摘要：文章介紹了9000T水泥運(yùn)輸船軸系設(shè)計與軸承布置分析研究，通過DNV校中軟件對幾種軸承方案進(jìn)行比較，優(yōu)化軸承設(shè)計與布置。

關(guān)鍵詞：軸系;軸系校中;軸承布置

DOI:10.16640/j.cnH.37-1222/t2018.10.032

1前言

本項目通過DNV軸系校中軟件，計算并比較項目方案，合理布置軸承，優(yōu)化軸系布置，同時通過項目分析，研究船舶推進(jìn)軸系的主要設(shè)計關(guān)鍵點。

2主要參數(shù)

9000T水泥運(yùn)輸船采用單臺2560kW柴油機(jī)，通過可逆轉(zhuǎn)的齒輪箱減速后，驅(qū)動固定槳，螺旋槳轉(zhuǎn)速113RPM。軸系由艉軸(長度5725mm)，中間軸(長度2400mm)，齒輪箱輸出軸(長度2204mm)組成，固定槳軸系總長約10.3m。

3軸系強(qiáng)度設(shè)計

根據(jù)船級社規(guī)范要求，按照設(shè)計提供的船體機(jī)艙布置圖，進(jìn)行艉軸和中間軸的最小直徑計算，相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

通過計算艉軸后軸承處最小直徑為328.5mm，實際軸徑取340mm;艉軸后軸承處最小壹徑為309.7mm，實際軸徑取320mm;中間軸最小直徑為269.2mm，實際取280mm，

4軸承跨距設(shè)計

軸承主要承受軸系本身的重力、齒輪嚙合力和螺旋槳水動力等作用，由于結(jié)構(gòu)的原因，本船艉管前后軸承的跨距比較小，根據(jù)船舶設(shè)計實用手冊的推薦公式計算軸承之間的跨距值：z s K,JI

其中：d-軸承間的軸徑，Kl;=450，油潤滑合金軸承;蜀= 280～350，水潤滑高分子軸承。計算出艉管軸承之間的最大跨距為6358mm，如有中間軸軸承，中間軸承與齒輪箱軸承之間的最大跨距為7259mm。

根據(jù)船體機(jī)艙結(jié)構(gòu)布置圖，確定以下三種可行方案。

方案一：設(shè)計院方案，常規(guī)方案，艉軸上設(shè)置艉管后軸承與艉管前軸承，最大跨距2713mm，中間軸上設(shè)置中間軸軸承，最大跨距2663mm，滿足軸承最大跨距要求;

方案二：我司方案，取消中間軸軸承。艉軸上設(shè)置艉管后軸承與艉管前軸承，最大跨距2713mm，艉管前軸承距離齒輪箱后軸承4713mm，滿足軸承最大跨距要求;

方案三：取消艉管前軸承方案，艉軸上設(shè)置艉管后軸承，最大跨距4763mm，中間軸上設(shè)置中間軸軸承，最大跨距2663mm，滿足軸承最大跨距要求。

5軸系校中計算

(1)軸系校中計算。根據(jù)軸系布置圖在DNV軸系校中軟件進(jìn)行模型建立與分析，根據(jù)規(guī)范要求，在靜態(tài)下，所有軸承受到的負(fù)荷應(yīng)為正負(fù)荷，即不應(yīng)出現(xiàn)軸承脫空現(xiàn)象，同時在靜烈態(tài)時候，齒輪箱后 研究方向：機(jī)械、船舶。軸承與齒輪箱前軸承的軸承負(fù)荷反力差不大于兩軸承之間軸端及大齒輪重量的20%，如上述滿足，可不需要進(jìn)行動態(tài)計算，軸承負(fù)荷與回旋振動頻率計算結(jié)果如表1。

(2)方案分析。首先考核三種方案的回旋振動頻率，螺旋槳轉(zhuǎn)速113RPM，三種方案葉次頻都不在0.85~1倍螺旋槳額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，滿足船規(guī)要求，因此不存在回旋振動的風(fēng)險。

方案一是設(shè)計院提供的方案，也是比較普通設(shè)計的方案，在靜熱態(tài)時軸系強(qiáng)度滿足要求，軸承之間的跨距滿足要求，軸承負(fù)荷均滿足要求，但是在靜冷態(tài)時候，齒輪箱后軸承負(fù)荷非常小，存在可能脫空的風(fēng)險。

方案二：我司方案，取消中間軸軸承。在靜熱態(tài)時軸系強(qiáng)度滿足要求，各軸承之間的跨距滿足要求，軸承負(fù)荷均滿足要求，在靜冷態(tài)時候各軸承之間的跨距比較合適，軸承負(fù)荷比較均勻，滿足設(shè)計要求。

方案三：取消艉簪前軸承，在靜熱態(tài)時軸系強(qiáng)度滿足要求，各軸承之間的跨距滿足要求，軸承負(fù)荷均滿足要求i但是在靜冷態(tài)時候，齒輪箱后軸承負(fù)荷非常小，存在可能脫空的風(fēng)險，同時在取消艉管前軸承后，軸系安裝時需要增加臨時支撐，同時缺少前軸承，軸系變形將會對前密封的使用壽命產(chǎn)生影響。

綜上分析，我司與設(shè)計院充分技術(shù)溝通與討論后，第二種方案最為合適，因此選擇了第二種方案。

6軸系安裝和試航

軸系安裝完畢后，需要在船舶漂浮狀態(tài)，通過千斤頂對艉管前軸承的實際負(fù)荷進(jìn)行頂升，根據(jù)頂升的壓力數(shù)據(jù)繪制頂舉曲線，根據(jù)千斤頂?shù)幕钊娣e計算出軸承的實際負(fù)荷。通過頂升，本項目前軸承的實際負(fù)荷為0.13Mpa，滿足船規(guī)要求。船舶在試航過程中，艉管前軸承溫度穩(wěn)定35℃;齒輪箱軸承溫度穩(wěn)定在50℃，軸承溫度均沒有超過報警值，軸系平穩(wěn)運(yùn)行，未產(chǎn)生振動現(xiàn)象。

7總結(jié)

一般船舶推進(jìn)軸系是按照船級社規(guī)范要求進(jìn)行強(qiáng)度計算，選擇合適的軸頸，然后根據(jù)機(jī)艙布置圖進(jìn)行軸系跨距的設(shè)計，基本可以作為初步的軸系方案圖。如需要最佳的軸系布置圖，需要在軸系前期設(shè)計進(jìn)行軸系回旋振動與軸系校中設(shè)計。本文的三種設(shè)計方案都滿足經(jīng)驗公式要求，但是通過DNV軟件計算，第一種方案和第三種方案并木是最優(yōu)的。

船舶推進(jìn)軸系的主要設(shè)計關(guān)鍵點為：在軸系強(qiáng)度滿足規(guī)范要求的前提下選擇并盡可能優(yōu)化的軸承跨距。如軸承跨距太小，可以減少一個軸承，在詳細(xì)設(shè)計時需要進(jìn)行軸系校中計算和回旋振動計算，如回旋振動無法滿足要求，同時機(jī)艙結(jié)構(gòu)限制也不易改變軸承的跨距，對于固定槳來說，一般方法是通過改變螺旋槳的槳葉數(shù)目來改變?nèi)~次頻共振轉(zhuǎn)速。

參考文獻(xiàn)：

[1]鋼制海船入級規(guī)范(2006) [S]，北京：人民交通出版社，2006.

[2]中國船舶工業(yè)總公司，船舶設(shè)計實用手冊[K].輪機(jī)分冊，北京國防工業(yè)出版社.