新造國產(chǎn)船舶的柴油機、螺旋槳匹配及處理的淺析

1、新造國產(chǎn)船舶的柴油機、螺旋槳匹配及處理的淺析金輝(寧波大唐海運有限公司,浙江寧波315000摘要:通過大唐公司所屬的船舶事例來介紹螺旋槳和船舶主機的匹配的重要性,同時將營運中的問題進行分 析和介紹,針對機、槳不匹配的情況進行處理,在主機及相關(guān)設備正常的情況下,只進行螺旋槳修邊操作并將處理 的方法介紹給機務同仁,以資共同探討。關(guān)鍵詞:螺旋槳;主機;匹配;處理;淺析O引言近年來,全球燃料資源日趨短缺,節(jié)能成為現(xiàn)今船舶營運的永恒主題,通過采取各種方法來實 現(xiàn)節(jié)能的措施,主要體現(xiàn)在增加螺旋槳的效率、增大柴油機的壓縮比和采用超高增壓的技術(shù)的使用; 此外,還改善船體線型和增加適合中國水域航行的球鼻;以得到

2、較高的經(jīng)濟效應。在我們?nèi)〉贸晒?的同時也出現(xiàn)了在機械管理上的矛盾體,最主要的是體現(xiàn)在螺旋槳和船舶主機匹配的問題。船用螺 旋槳的效率對船舶營運的經(jīng)濟效益起著重要的作用,如果工況良好會可觀地降低油耗。但原始設計 已是最佳效益的螺旋槳,經(jīng)過長期營運后,受船體污蝕阻力、船體伴流、螺旋槳表面的嚴重腐蝕、 主機能力的降低等因素的影響,使螺旋槳與主機的匹配點發(fā)生了變化,嚴重影響船舶的經(jīng)濟效益。 我公司所屬的十二條船舶中有六條船舶出現(xiàn)類似的問題,其他兄弟單位也相繼出現(xiàn)類似的問題, 作為機務工作者的我有責任有義務將發(fā)現(xiàn)的問題和解決的問題說出來以資共同探討。1螺旋槳與主機不匹配的主要癥狀大唐l輪的主機是MAK8M

3、354C的中速四沖程柴油機,功率4000馬力,配備的增壓器是ABB 公司的VTR304.11;齒輪箱由杭州齒輪箱廠生產(chǎn)的GWC60/66-01齒輪箱,額定傳遞能力 4.902KW/r/min,減速比3.5:l;螺旋槳是由舟山瀝港龍葉螺旋槳制造有限公司生產(chǎn)的定距槳,總平均 螺距是2600ram,直徑3700;由于船舶污底、柴油機的工況、增壓器和空冷器的不穩(wěn)定工作造成船 機槳不匹配,螺旋槳處于重負苛工況下,轉(zhuǎn)速航速不斷下跌,此時主機被迫在重負苛下低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn), 就會產(chǎn)生如下問題:(1排氣壓力下降,壓縮比下降,排溫太高,氣缸、氣閥和閥座易受高溫腐蝕,對主機工作極 其不利。(2減速航行時噴油壓力下降,導

4、致霧化不良,燃燒惡化,相對油耗率增加。(3燃油系統(tǒng)工作不佳,燃燒不良,積炭增多,磨損加劇;又由于排氣壓力下降,燃燒后移造 成排氣倒沖,排氣道污染,甚至于引起著火。(4重負苛槳,使可操作的主機轉(zhuǎn)速受到很大的局限,降低了營運的經(jīng)濟性。在船舶起航或靠 碼頭時船速較慢,無法立即達到加速所須的轉(zhuǎn)速且會造成增壓器嚴重喘振,大唐l輪的主機在螺旋 槳沒有進行修邊前無法在360-410轉(zhuǎn)速間運行,(相當于前進二使船舶的操縱受到較大限制。 (5大風浪航行和淺水域航行時造成增壓器喘振。由于大風浪和淺水區(qū)域航行相對阻力較大, 主機的轉(zhuǎn)速相對降低,造成增壓器壓氣端的氣流分離,使增壓器喘振。2產(chǎn)生螺旋槳與主機不匹配的主要

5、原因(1船舶機、槳設計方面:盡管2000年代后期設計的螺旋槳,選取主機時都考慮了1015%的馬力儲備,但調(diào)查結(jié)果表明,所有推薦的儲備量,只是在設計的圖紙上的體現(xiàn),在實際的操作中 船東或造船廠在船東在要求下,將微量的儲備功率全部使用出來,只是片面的追求航速和節(jié)能降耗,第二十三屆蘇浙閩滬航海學術(shù)研討會暨2010年江蘇港航論壇論文匯編未將船舶的可靠性放在首位。(2船舶污底的影響:船舶污底造成的船舶阻力的增加,以及配合的螺旋槳,還由于伴流增值 和螺旋槳粗糙度的影響,使其要比過去增加2.5%的主機功率才能使船舶維持原來的航速?？梢哉J為 船體污損是使主機轉(zhuǎn)速不斷下跌的主要原因。下降率約0.5%/年,5年后

6、大修前主機轉(zhuǎn)速下降約 2.5%,增阻約為8.33%。(3劣質(zhì)燃油使用造成的影響:劣質(zhì)燃油在船上的使用,雖然比重大的燃油在工作時單位體積 內(nèi)的供油量增加,并造成爆壓的升高,但劣質(zhì)燃油的燃油品質(zhì)差含有的有害物質(zhì)比較多,反兒會降 低燃燒室的密封性,將使工況降低。此外,最突出的是劣質(zhì)燃油內(nèi)無法完全燃燒的物質(zhì)會通過排氣 管粘附在增壓器的噴嘴環(huán)、壓氣輪和渦輪上,隨著時間的增長,將會引起積碳堵塞,使增壓器工作 變差而造成惡性循環(huán)?？绽淦髋K堵,也是造成主機功率下降而主機和螺旋槳不匹配的原因之一。 3改變螺旋槳與主機不匹配措施和對策(1船舶機、槳設計方面:造船廠應嚴格按照設計部門設計的機、槳配合來執(zhí)行,不能隨意

7、聽 任船東的要求,偷偷修改螺旋槳的尺寸和螺距,嚴格按照設計的要求保證具備1015%的馬力儲備, 可以在外界環(huán)境變化時使用各種工況的要求。(2船舶污底的影響:大修或中修進塢,船體雖然進行一次徹底的清洗,但不能復舊如新,因 此也就無法達到新造時的航速和轉(zhuǎn)速了。通過每次進塢對航速和主機轉(zhuǎn)速均大有好處,航速每年約 按0.10節(jié)下降率不斷降低。(3加強燃油和柴油機運行的管理:使用劣質(zhì)燃油時應及對噴油器、噴油泵和供油正時進行檢 查、維護,燃油系統(tǒng)工作的好壞將對增壓器工況產(chǎn)生積極影響,El常中嚴格按照增壓器的維護保養(yǎng) 間隔期,進行有效的維護保養(yǎng),此外,空冷器也是影響機、漿匹配的主要因素,空冷器臟堵后,能 使

8、主機的進氣量下降,嚴重時使主機無法加速,并且造成排溫增高,平常應定期對空冷器的壓差進 行測量,并進行有效的維護。(4更換齒輪箱的主動齒輪使其達到增大速比,以達到降低艉軸轉(zhuǎn)速的目的。據(jù)估算螺旋槳最 大效率在lOOr/min左右,使它的轉(zhuǎn)速接近螺旋槳最大效率區(qū)域,降低艉軸轉(zhuǎn)速盡量接近最大效率區(qū), 使其達到效率最大化,這種方法也是比較行之有效的辦法。(5螺旋槳修邊技術(shù)的應用:在主機等各設備均正常的情況下,才進行修邊操作,依筆者認為, 凡通過切割螺旋槳邊緣來改善螺旋槳的推進性能,從而使船、機、槳獲得合理匹配的技術(shù)就叫做螺 旋槳修邊技術(shù),根據(jù)切割部位的不同,可分為直徑切割,隨邊切割和導邊切割三類;由于導

9、邊切割 很少使用,所以通常指的螺旋槳修邊僅是前兩類;a、切割直徑;切割直徑,可以顯著地降低主機負荷,從而提高轉(zhuǎn)速。其機理,直觀地可理解為螺 旋槳用以產(chǎn)生推力的面積減少,需要主機提供的扭矩自然減少。如果扭矩保持不變,轉(zhuǎn)速自然上升,因 為只有提高轉(zhuǎn)速,才能使船速增加,阻力也增加,需要的主機提供的馬力也增加,從而達到新的平衡。 b、切割隨邊;切割隨邊,可直觀地理解為槳葉面積減少,推力自然就減少,船的負荷減輕,轉(zhuǎn) 速提高,這一點和切割直徑是相似的。不過就同樣的減少槳葉面積而言,切割隨邊時因保持直徑不 變,推進效率不會降低的優(yōu)點,也有因盤面比減少,容易產(chǎn)生空泡的缺點。這一點對高速船尤其要 引起足夠的重視

10、,要核查是否會因為空泡的產(chǎn)生而引起振動和銹蝕。切割隨邊使主機負荷減輕的實質(zhì)是切割會引起螺旋槳等效螺距的變化。這一點機理一定要搞清 楚,否則在具體操作時就容易出錯,以至于南轅北撤,得出相反的結(jié)果來。切割工藝流程及注意點;當我們真的要對一只螺旋槳進行切割時,應該如何安排工藝流程?在 每一工藝過程又應注意那些問題呢?首先,是準備階段。包括原始資料的掌握;跟船測試,掌握現(xiàn)狀船主機馬力到底有多大?有否 新造國產(chǎn)船舶的柴油機、螺旋槳匹配及處理的淺析金輝潛力可挖?計算根據(jù)實際馬力最佳直徑有多大?計算隨邊切割量B j分別各是多少?會不會產(chǎn)生 空泡?需要不需要加割直徑?等等。其次,當船舶上塢,槳尚未卸下來時,應

11、到現(xiàn)場看一下,槳軸上纏的雜物多不多?槳葉有沒有 卷邊、損壞?若有這些情況,那么你基于實際馬力所計算的切割量就會偏大,應該作適當?shù)恼{(diào)整。 最后,槳葉卸下,拉到車間,正式開始進行切割工作。其工藝流程一般如下:(1對槳葉作必要的調(diào)整。如熱工整平卷邊,焊補裂紋等。(2測量螺距。這時的測量螺距主要是為了看一下槳的5個葉螺距是否基本一致?螺距和資料 中描述的是否相同?等等。(3繪槳葉徑向幅射參考線。以槳葉面最完整的一個葉作為基準面繪第一根幅射線。利用螺距 儀繪出二條徑向弧(一般取0.3r和0.8r,依據(jù)圖紙找出它們的中點,連接這二個中點的線即為該 槳葉的幅射參考線。第二個葉的幅射參考線可以根據(jù)同樣的方法繪

12、出也可通過葉數(shù)算出相鄰幅射參 考線的夾角來繪。這里最困難的是遇到?jīng)]有原槳葉的圖紙的情況。真的這樣,就應根據(jù)槳型等條件 細心的進行分析、判斷。一般地講,只要下功夫,幅射參考線總是可以繪出來的。(4畫各徑向半徑處的園弧線。有了螺距儀,畫這些線并不難,需要注意的是最好定一次r(0.3, 0.4,0.95,幾個葉同時繪出。(5繪切割線。先在相應的徑向半徑園弧處,按已算好的B i描點,然后用樣條把它們光順 地連接起來(允許等面積調(diào)整o核實無誤后,以7mm的間距打上園沖眼。(6切割。最好用切割機,也可用碳弧氣刨。切割時要求正好留下園沖眼,以便查驗和下一道 工序作為基準。如果是用切割機,則每割一葉,都把切屑

13、收集、稱重,編號保存,看一看各葉的切 割量是否一樣。若一樣,就可免做靜平衡這一道工作了。(7修鏟。這道工序包含三層工作。首先是用砂輪把切割后的葉邊打到符合切割線的要求,并 園順;其次是用風鏟或砂輪修鏟出60。的倒角;最后用砂輪作流線型的打磨。這里需要特別注意的 一點是,對隨邊切割,倒角方向,造成尾翹,千萬不能反其道而行之,以致產(chǎn)生相反的效果。(8焊補。這一次焊補與前一次有區(qū)別。這一次是對槳葉各處的凹坑、裂紋都進行仔細的修補。(9磨光。主要是磨光焊補點。(10測量直徑。不論是否切割過直徑,都應進行測量。(11測量螺距。這一次測量螺距應該按船用螺旋槳驗收標準進行。測量的結(jié)果將作為正式的 文件移交和

14、保存。但實際上,這只是對原槳面螺距的再一次校驗,而實效螺距已經(jīng)大大減少了。當 然,如果已經(jīng)切割過直徑,則各徑向半徑r的值都不一樣了,這一點不要疏忽。(12螺距調(diào)整。這一步只有在上一步測試結(jié)果嚴重失準的情況下才有必要進行。若做了這一 步,則必須重新做10、ll二步。(13靜平衡。只有在用切割機進行切割,各葉切屑量完整保存,并經(jīng)稱量后每一葉的切屑量 與所有葉的平均值之比不大于10%的情況下,才可以不做這道工作。靜平衡的實際操作應按有關(guān)標 準進行。這里要注意的是一定要使槳支承在有滾動軸承的軸上,而且保持支承軸的水平。參考文獻:【l】邱嗣鎬.一種綜合修改螺旋槳的方法們.浙江造船,1989(1.【2】702所.螺旋槳直徑切割后對船舶性能的影響.【31蔡耀增.大型螺旋槳切割的一個實例們.【4】王圣光,任啟畢.船舶螺旋槳的修整工藝及其裝備【J】造船技術(shù)。1983(