船舶軸系和螺旋槳

1、第八章 船舶軸系和螺旋槳【學習目標】掌握船舶軸系的功用、基本組成、日常維護管理；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。在船舶推進裝置中，從齒輪箱（或主機）輸出法蘭到螺旋槳，其間以傳動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）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輸出的功率傳遞給螺旌槳，使螺旋槳旋轉，以推進船舶航行。軸系是齒輪箱（或主機）和螺旋槳之間的連接和傳動機構，將柴油機輸出功率傳遞給螺旌槳，以克服螺旌槳在水中轉動的所消耗的功率，同時，又將螺旋槳在水中旋轉產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軸所構成。從機艙到船尾往往有一段距離，其傳動軸往往較長，傳動軸通常分為幾段，并用聯軸器將各軸段聯接組合而成。每段軸又按其所承擔的任務分為推力軸、中間軸、艉軸或螺旋槳軸等，這些軸段依靠相應的軸承支撐。傳動軸的總長度、軸段數目及其附件的配置等，與船的大小、船型、船體線型、機艙位置、動力裝置形式等因素有關。對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、傳動軸傳動軸包括推

3、力軸、中間軸和艉軸。推力軸前端用法蘭與齒輪箱（或主機）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荷和重量。艉軸軸承用于承受艉軸軸的徑向負荷和重量。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。冷卻管路給艉軸管、中間軸

4、承、推力軸承供給冷卻水。三、軸系對中軸系對中的目的是使軸系的實際中心線與理論中心線盡量保持一致，以保證船舶推進裝置正常運行。軸系理論中心線是船舶設計時所確定的軸系中心線。通常根據軸系理論中心線確定主機、軸系各傳動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安裝時的安裝基準，也是船舶修理時的重要依據。船舶軸系軸線的對中質量，對軸系和主機的正常運轉以及船舶振動均有很大影響，特別是對軸徑大、軸承間距小、剛性強的軸系影響更為顯著。若軸系對中質量差，可能造成危害。如運轉時引起軸承的負荷急劇增加，導致軸承發(fā)熱和迅速磨損甚至咬死；艉軸管密封裝置迅速磨損產生泄露，引起潤滑油泄漏造成污染事故；主機曲

5、軸臂距差超過規(guī)定值，導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，嚴重的甚至導致軸系斷裂等嚴重機損辜故。船舶軸系需要進行良好的對中。船舶經過一段時間營運后，由于各道軸承、軸頸運轉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，軸系原對中狀態(tài)會發(fā)生變化，因此，應定期檢驗、調整。軸系的技術狀態(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中心線同軸度來確定的。四、軸系的日常維護管理船舶軸系自重較大，運行工況不斷變化，若管理維護不當，會造成軸系及其部件過度磨損、滑油泄漏、連接松動、彎曲甚至斷裂，使船舶推進裝置的可靠性和經濟性降

6、低。1、日常維護（1）船舶在開航前，應仔細檢查軸系各運轉部位有無障礙物，并檢查各軸承及聯軸器的緊固螺栓有無松動，如發(fā)現有松動，應及時緊固，以保證運轉時的安全。（2）對于采用自由潤滑的推力軸承和中間軸承，開航前應向軸承內加注滑油至規(guī)定值。對于壓力潤滑的推力軸承，應使油路、冷卻水管路暢通。（3）采用重力潤滑的艉軸管，開航前需將油箱內注滿滑油，并使油路與艉軸管接通。設有手搖泵時，應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，以保證滑油的自動補給。（4）采用水潤滑的艉軸管裝置，在開航前應適當松開首端填料壓蓋，以保證軸頸的潤滑。停航時，則應將壓蓋壓緊。（5）航行中應隨時檢查軸系各零

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)現軸系有振動、噪聲，以及密封不嚴或軸承溫度過高等情況，應及時查找原因并盡快消除，必要時可申請停航檢修。2、定期檢查及調整（1）檢查各軸承滑油的質量，若發(fā)現黏度降低、變質或金屬微粒等應及時換油。換油時應注意，先將污油放盡，清潔后，再注入同品質的滑油。（2）檢查軸系中各軸的同軸度，如超過允許范圍，應按規(guī)定要求進行調整。（3）檢查推力軸承和各中間軸承的間隙，如超過允許范圍，應按規(guī)定要求進行調整。（4）檢查軸艉管密封裝置，若超過磨損極限，應及時更換，橡膠密封應全部換新。（5）檢查螺旋槳的損壞情況，并測螺距和進行靜平衡試驗。（6）若遇到運轉中軸系

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重變形；船體發(fā)生嚴重碰撞或擱淺后；船舶機艙大量進水，經排出后，尤其是未及時使主機停車，則應及時檢查軸線、軸承及密封裝置，并進行相應調整。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發(fā)出的功率轉變?yōu)榇扒斑M（或后退）的動力。推動船舶前進的各種機構統(tǒng)稱為船舶推進器。船舶推進器有螺旋槳、噴水推進器、平旋推進器、明輪和Z形推進器等。其中，螺旋槳的結構簡單，重量輕，效率高，工作可靠，是目前船舶應用最廣泛的推進器。螺旋槳是一種反作用式推進裝置，螺旋槳旋轉時，槳向后（或向前）推水并受到水的反作用力而產生向前（或向后）的推力。二、螺旋槳

9、的結構螺旋槳是由槳葉和槳轂兩部分組成，如圖8-2所示。槳葉是螺旋槳產生推力的構件，通常有三葉和四葉。槳轂是槳葉與槳軸的連接構件。有些螺旋槳還安裝有導流罩（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、導邊與隨邊螺旋槳正轉時槳葉先入水的一邊稱為導邊，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旋向為順時針的螺旋槳叫右旋槳，正轉旋向為逆時針的螺旋槳叫左旋槳。5、外旋與內旋對于雙槳船，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飛輪、軸系和螺旋槳構成一個彈性系統(tǒng)，在工作中會產生扭振（扭轉振動）。一、軸系的自由扭振當給軸系初激勵扭矩后，軸系便會產生周期性的自由扭振（自由扭轉振動）。其振動頻率是自振頻率或固有頻率，其大小與軸系的剛度和轉動慣量有關。二、軸系的強迫扭振軸系工作時，柴油機曲軸和螺旋槳上作用著周期性變化的外力矩。軸系在這個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運動（一面在旋轉，一面在扭擺）的現象，稱為強迫扭振（強迫扭轉振動）

11、。此外力矩稱激振（干擾）力矩。強制扭振的頻率等于外力矩變化頻率，且與柴油機的轉速成正比。三、軸系的共振及臨界轉速軸系的自振頻率一般是固有的，與柴油機轉速無關。而柴油機強迫扭轉的頻率與其轉速成正比。當外力矩頻率與自振頻率相等時，軸系的振幅將明顯增高，稱為共振。軸系發(fā)生共振時所對應的柴油機轉速稱為臨界轉速。軸系在柴油機運行轉速范圍內有多個臨界轉速、危險臨界轉速及轉速禁區(qū)。四、軸系共振的危害當軸系發(fā)生扭轉共振時，均會出現扭轉振幅增大，使軸系承受較大的扭振附加應力。當扭振附加應力超過軸系許用的扭振應力，可能引起軸系破壞，該臨界轉速稱為危險臨界轉速?！稗D速禁區(qū)”是指危險臨界轉速所對應的轉速區(qū)段。在柴油機

12、常用轉速（80%105%）范圍內不允許存在“轉速禁區(qū)”。軸系共振的危害：（1）引起軸系裂紋和斷裂；（2）引起傳動齒輪和鏈輪打擊、齒面點蝕及斷齒；（3）引起柴油機零部件過快磨損；（4）引起柴油機運行不穩(wěn)定；（5）激發(fā)相關機件、設備和船體振動，并引起異常噪音；（6）引起軸系扭轉縱向偶合振動。通?！稗D速禁區(qū)”在轉速表上用紅色標示，并在操縱臺前設有告示牌，以引起注意。操作時，禁止柴油機在“轉速禁區(qū)”內持續(xù)運轉，如遇“轉速禁區(qū)”應快速越過。² 本章小結船舶軸系和螺旋槳是船舶推進裝置的重要組成部分，它連接齒輪箱（或主機）與螺旋槳。螺旋槳是船舶推進器，產生船舶航行推力。做好船舶軸系的日常維護管理。軸系共振對船舶的危害很大，操作時，要快速越過“轉速禁區(qū)”。