9000T水泥運(yùn)輸船軸系設(shè)計(jì)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(jì)與軸承布置分析研究，通過(guò)DNV校中軟件對(duì)幾種軸承方案進(jìn)行比較，優(yōu)化軸承設(shè)計(jì)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(xiàng)目通過(guò)DNV軸系校中軟件，計(jì)算并比較項(xiàng)目方案，合理布置軸承，優(yōu)化軸系布置，同時(shí)通過(guò)項(xiàng)目分析，研究船舶推進(jìn)軸系的主要設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)。

2主要參數(shù)

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

3軸系強(qiáng)度設(shè)計(jì)

根據(jù)船級(jí)社規(guī)范要求，按照設(shè)計(jì)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(jì)算，相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

通過(guò)計(jì)算艉軸后軸承處最小直徑為328.5mm，實(shí)際軸徑取340mm;艉軸后軸承處最小壹徑為309.7mm，實(shí)際軸徑取320mm;中間軸最小直徑為269.2mm，實(shí)際取280mm，

4軸承跨距設(shè)計(jì)

軸承主要承受軸系本身的重力、齒輪嚙合力和螺旋槳水動(dòng)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(jì)實(shí)用手冊(cè)的推薦公式計(jì)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(rùn)滑合金軸承;蜀= 280～350，水潤(rùn)滑高分子軸承。計(jì)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(jì)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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)足軸承最大跨距要求。

5軸系校中計(jì)算

(1)軸系校中計(jì)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(shí)在靜烈態(tài)時(shí)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(mǎn)足，可不需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算，軸承負(fù)荷與回旋振動(dòng)頻率計(jì)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(dòng)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(mǎn)足船規(guī)要求，因此不存在回旋振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

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

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

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

綜上分析，我司與設(shè)計(jì)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(guò)千斤頂對(duì)艉管前軸承的實(shí)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(xiàn)，根據(jù)千斤頂?shù)幕钊娣e計(jì)算出軸承的實(shí)際負(fù)荷。通過(guò)頂升，本項(xiàng)目前軸承的實(shí)際負(fù)荷為0.13Mpa，滿(mǎn)足船規(guī)要求。船舶在試航過(guò)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(méi)有超過(guò)報(bào)警值，軸系平穩(wěn)運(yùn)行，未產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象。

7總結(jié)

一般船舶推進(jìn)軸系是按照船級(jí)社規(guī)范要求進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)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(jì)，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(jì)進(jìn)行軸系回旋振動(dòng)與軸系校中設(shè)計(jì)。本文的三種設(shè)計(jì)方案都滿(mǎn)足經(jīng)驗(yàn)公式要求，但是通過(guò)DNV軟件計(jì)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(jì)關(guān)鍵點(diǎn)為：在軸系強(qiáng)度滿(mǎn)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(gè)軸承，在詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行軸系校中計(jì)算和回旋振動(dòng)計(jì)算，如回旋振動(dòng)無(wú)法滿(mǎn)足要求，同時(shí)機(jī)艙結(jié)構(gòu)限制也不易改變軸承的跨距，對(duì)于固定槳來(lái)說(shuō)，一般方法是通過(guò)改變螺旋槳的槳葉數(shù)目來(lái)改變?nèi)~次頻共振轉(zhuǎn)速。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]中國(guó)船舶工業(yè)總公司，船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[K].輪機(jī)分冊(cè)，北京國(guó)防工業(yè)出版社.