船舶螺旋槳無鍵安裝壓入計算與裝配工藝

1、船舶螺旋槳無鍵安裝壓入計算與裝配工藝TheKeylessPropellerHydraulicPress-inCalculationandtheAssemblyProcessforShipZHUANGXianfeng(COSCOShippingBulkKCo.，Ltd，Guangzhou510220)：Thekeylessconnectionbetweenshippropellerandtailshaftiswidelyusedinlargeandmedium-sizedships.Itscalculationcorrectnessandinstallationqualityofpropelle

2、r，directlyaffectthereliabilityofshipshaftingoperation，alsorelatetothesafetyofnavigation，Inthispaper，with57000DWTBulkCarrierasanexample，thecalculationmethodandtechnologyofpropellerassemblybyhydraulicsarediscussed.1 前言螺旋槳與軸的聯(lián)接方法，主要有有鍵聯(lián)接法、無鍵聯(lián)接法和環(huán)氧樹脂膠合法等形式。其中，無鍵聯(lián)接法通常是采用油壓方法將螺旋槳冷套裝在無鍵錐體尾軸上的一種安裝拆卸方法，具有裝拆方

3、便、可減少尾軸應力集中等優(yōu)點。本文以57,000DWT散貨輪為例，對螺旋槳無鍵安裝壓入計算和裝配工藝進行探討。2 螺旋槳無鍵安裝壓入計算螺旋槳無鍵安裝需要計算的主要內容包括：軸向推入量計算；軸向推力計算；起始點負荷計算。2.1 計算原始參數(shù)（1）主機參數(shù)型號MANB&W6S50MC-C額定功率（MCR）Ne=9480kW額定轉速ne=127r/min名義扭距（MCR7.129X105（2）螺旋槳軸參數(shù)材料鍛鋼彈性模數(shù)E1=20.6X104N/mm2泊松比以1=0.29線膨脹系數(shù)51=12X10-6/C（3）螺旋槳參數(shù)材料鎳鋁青銅彈性模數(shù)E2=11.8X104N/mm2泊松比以2=0.3

4、3線膨脹系數(shù)a2=17.5X10-6/C屈服強度（Ts=245N/mm2推力5=9.486X105N（4） ?Y構參數(shù)螺旋槳軸尾端錐度K=1/20套合接觸長度L=1039mm軸中孔直徑d0=0mm套合接觸處軸平均直徑d1=482.47mm槳轂平均外徑d2=989.37mm(5)其它參數(shù)套合接觸面積A=兀XdiXL=1.577X106mm2系數(shù)K1=d0/d1=0K2=d2/d1=2.052C1=(1+K12)/(1-K12)-以1=0.71C2=(K22+1)/(K12-1)+以2=1.912.2 軸向推入量計算如采用無鍵安裝螺旋槳的裝配工藝(見圖1)，裝配完成后應保證螺旋槳錐孔與尾軸錐面的摩

5、擦力能達到傳遞足夠扭矩，并保證螺旋槳內孔接觸面不會產生塑性變形。為此，在裝配前需要對螺旋槳軸向推入量進行計算。根據CCSM范，寸t入量S需滿足以下要求：S1<S<S2(1)式中：S裝配軸向推入量，mmS1最小軸向推入量，mm；S2最大軸向推入量，mm。最小軸向推入量S1按下式：S1=47750X104XNeX”/(AXne)X(C1/E1+C2/E2)+(a2-a1)X(35-t)Xd1+0.03/KS2=0.7X(TSXdlX(K22-1)/(3K24+1)1/2X(C1/E1+C2/E2)-(a2-a1)XdiXt/K(2)當螺旋槳套合時的溫度t=0時：S1，0=11.33，S

6、2，0=14.20；t=35時：S1，35=9.47，S2，35=12.34。因此，當t=0和35時的推入量為：S0=(S1，0+S2，0)/2=12.77；S35=(S1，35+S2，35)/2=10.90。圖2為推入量與溫度關系圖。圖中，最高處的直線為壓入最大值，最低處的直線為壓入最低值，中間處的直線為平均壓入值。2.3 軸向推力計算通過液壓螺母將螺旋槳安裝至尾軸理論位置所需的軸向推力，按下式計算：F=PAsina+以PAcosa(3)式中：F螺旋槳安裝時所需的理論軸向推力，N;P比壓，P=(SXK/d1)X1/(C1/E1+C2/E2)=5.28SN/mm2；以一一螺旋槳與螺旋槳軸的壓入

7、摩擦系數(shù)；sina=K/(K2+4)1/2=0.025;cos民=2/(K2+4)1/2=0.9997。取以為0.01、0.02、0.03三種狀態(tài)：當以=0.01時，F(xiàn)0.01=2.96X106SN;當=0.02時，F(xiàn)0.02=3.75X106SN;當以=0.03時，F(xiàn)0.03=4.58X106SN。將計算結果繪成推入量與推力關系圖(見圖3)。由于實際安裝時，有許多外界因素直接影響推力，而摩擦系數(shù)也各不相同，因此推入量與推力可用插值法確定。2.4 起始點負荷計算起始點負荷，就是油壓推入時的起始負荷。螺旋槳套合到尾軸后，在槳轂內無油壓情況下將螺旋槳推入軸錐端，并使其內孔與尾軸錐面緊密結合。推入起

8、始點時，槳轂孔與軸錐面的實際接觸面積應不小于理論接觸面積的70%，達到此要求后才可進行下一步的油壓推入裝配工作。起始點負荷按下式計算：W=A(0.002+K/20)P1+18(a2?Ca1)/B3(4)式中：W-開始壓裝螺旋槳時的？S向推力N;A-理論接觸面積，A=1.577X106mm2;K-錐度，K=1/20；民1-軸線脹系數(shù)，民1=12X10-6/C；a2-槳線脹系數(shù)，民2=17.5X10-6/C;P1=2M1+V1(F12/M2+1)1/2-1/AKV1=60.35N/mm2；M-螺旋槳推力，M=9.486X105N;V1=0.51X(以4/K)2-1=2.45;以4-油壓套裝螺旋槳時

9、轂與軸的摩擦系數(shù)，取以4=0.13;F1=2Q(1+C)/di=3.55X105kgf;Q-所選用功率和轉速時的平均扭矩，Q=7.129X108N.mmC-選用轉速下扭矩波動量與此轉速下平均扭矩的比值，取C=0.2；B3=C1/Ei+C2/E2=1.96X10-5;E1-槳軸材料彈性模數(shù)，Ei=20.6X104N/mm2;E2-槳轂材料彈性模數(shù)，E2=11.80X104N/mm2;C1-同前，C1=0.71；C2-同前，C2=1.91。液壓螺母活塞環(huán)形面積Ap=1.056X105mm2;液壓螺母活塞所需油壓P=W/Ap=4.39N/mm2（Pa）。代入公式（4），可得起始點負荷為：W=4641

10、11.1N3 螺旋槳無鍵安裝工藝3.1 車間內驗證（1）螺旋槳錐孔與尾軸錐面的拂配在安裝前，應對螺旋槳軸錐部與螺旋槳內孔進行拂配，其接觸面積應不小于理論接觸面積的70%且每25X25mm2內不少于3個油斑點，特別是在錐孔的兩端不得有間斷之處，用0.03mm塞尺檢查，插入深度不應超過10mm寬度不應超過15mm,做好拂配線。（2）螺旋槳錐孔與尾軸錐面的清潔在安裝前，應先用清洗劑清洗螺旋槳錐孔和螺旋槳軸的錐面，使配合表面無油脂等雜物。 3）螺旋槳的吊裝將螺旋槳吊裝到位，并旋上液壓螺母擰緊到位。液壓螺母旋入前，應清潔螺母內螺紋及尾軸外螺紋。 4）螺旋槳車間試裝及拆卸在車間內場必須先正式試裝合格，檢查

11、有無泄漏等異常情況現(xiàn)象，并記錄推入量及油壓力。試裝步驟與船上安裝相同，螺旋槳拆卸步驟如下： 松開液壓螺母，在螺母與槳轂端面之間墊上木板，木板與槳轂端面之間保留間隙約為10mm； 將槳轂上的進油管接好（徑向壓力腔），放掉系統(tǒng)內空氣； 緩慢升壓，待升至裝配記錄油壓時停止升壓，螺旋槳可順利松下； 若仍拆不下時，可將油壓繼續(xù)緩慢升高，直至槳松動為止； 在拆卸過程中，如有異常情況，應在恢復正常后方可進行下一步工作。3.2 螺旋槳船上安裝在完成上述車間驗證工作后，進行船上安裝工作。（1）接通液壓管路，安裝磁性千分表，如圖4所示；（2）測量槳轂及螺旋槳軸的溫度，兩者溫度應相等。然后根據螺旋槳液壓安裝計算中的

12、推入量及溫度曲線，選取中間一根，算出該溫度下的推入量。此外，推入量的確定，也可根據下式計算：dt=12.77-0.0534285714t（5）式中：t槳轂與軸的溫度。（3）打開（軸向）閥1向液壓螺母泵油，放盡內部空氣，然后起壓，當油壓升至起始點計算值4.39MPa時停止供油，將兩只磁力百分表調整至零位，即完成初始壓入；（4）打開閥1、閥2再啟動油泵軸向徑向升壓，壓入量每隔0.5mmi己錄一次油壓，直至槳推入到實際溫度下的計算值，關閉閥1、閥2，然后在坐標紙上將以上各點連成線，如圖5所示（圖中壓力不代表實際壓力，必要時根據CCSffi船東意見調整壓入量，只要在計算范圍內即可）；（ 5）液壓螺母繼續(xù)持壓（軸向），先卸去槳轂中的高壓油（徑向），待1520分鐘后再卸去軸向油壓，注意螺旋槳有無移動，記錄實際壓入量，并標注好螺旋槳在軸上的位置；（ 6）在安裝過程中繪制油泵壓力與推入量關系圖；（ 7）在整個安裝過程如出現(xiàn)異常情況（壓入量、軸向力和徑向力不在正常范圍），則需及時處理后再進行下一步；（ 8）旋緊液壓螺母，壓緊環(huán)形活塞，放盡剩油然后旋上螺塞；9）拆除尾管密封裝置固