某型船軸系異常振動問題處理及啟示

錢衛忠

（海軍駐上海地區艦艇設計研究軍事代表室 上海200011）

0 引 言

推進系統是艦船的心臟，艦船設計的好壞很大程度上取決于推進系統的設計。而推進軸系作為推進系統的重要組成部分，其作用是將主機的功率傳遞到推進器，并將推進器的推力傳遞到船體，推動船舶前進，因此，軸系的設計是推進系統和艦船設計極為重要的部分。某型船在交船過程中出現軸系異常振動問題，該問題的處理過程及其結果可為后續艦船設計及審查工作提供有益啟示。

1 存在的問題

某型船的推進系統采用兩臺8 800 kW中速柴油機推進，后帶高彈性聯軸節，通過齒輪箱減速后驅動調距槳，為調距槳調距提供動力的配油器裝在軸上。2008年4月，在航行試驗過程中發現左右軸系的配油器軸段存在明顯的回旋振動，配油器殼體振動很大，兩者之間又以右槳更為嚴重。

2 原因分析

問題發生后，領導機關組織了專題質量問題處理會。專家分析：造成配油器軸段異常振動的主要原因是本船軸系在前水潤滑軸承和中間支撐軸承間的跨距過大（軸徑400 mm，跨距達到7 600 mm），且有兩個大的集中質量負荷 （液壓聯軸器和配油器），其中配油器又是偏心的懸掛質量，致使該軸段產生了較大撓度，在軸系高速運轉下（額定轉速達171.4 r/min）引起了該軸段的局部異常振動。專家同時認為調距槳不平衡產生的槳葉激振力也可能增大軸系振動，故建議對槳的平衡狀態也進行檢查。

3 措施與結果

根據專家對軸系異常振動問題的分析意見，采取了以下措施：

（1）組織第三方對軸系的校中和回旋振動重新進行核算；

（2）由總體設計單位提交在配油器軸系段增加臨時支撐的方案；

（3）船廠組織施工并重新進行振動的測量。

經第三方復核，軸系的校中和回旋振動計算滿足設計規范要求。不過，專家分析后認為由于配油器是懸掛在軸上而非剛性固定在軸上，配油器偏心引起的離心力在軸系的校中和回旋振動計算中沒有得到反映，而且國內目前也沒有能對此進行準確計算的方法，因此只能進行定性分析。在進行定性分析后，專家都認為增加臨時支撐對減小軸系振動是有利的。在配油器軸系段增加臨時支撐后重新進行了軸系振動測量，測量結果表明：增加臨時支撐后，左軸系配油器軸段振動情況明顯改善，而右軸系在低轉速下改善明顯；當轉速達到157.6 r/min以上時，配油器軸段振動有改善，但振動還偏大。

由于左軸系配油器軸系段的振動得到顯著改善，專家認為問題的解決方向是對的，右軸系異常振動是加工和安裝的原因，建議對右軸系的制造安裝質量進行檢查。根據專家意見，調距槳生產單位在該船進塢后對右槳進行了徹底檢查，發現調距槳在出廠試驗后打印右槳葉鋼印時出現了差錯，致使原應裝于1號槳葉孔的槳葉裝在了4號槳葉孔上，造成了該兩槳葉相互錯位90°，導致右槳不平衡力矩值比標準要求超出68%。經重新安裝槳葉后，右軸系配油器軸段異常振動現象基本消除。

這些處理措施和結果表明，對產生故障原因的分析正確，采取的措施也有效。在此基礎上，船廠將配油器軸段增加的臨時支撐改為永久支撐，配油器軸段異常振動問題得到了徹底解決，此后順利完成了航行試驗和交船。

4 分析與啟示

處理完該型船的軸系異常振動問題，我們對其他采用調距槳的艦船也進行了分析檢查。目前調距槳的配油器在艦船上主要有兩種布置形式，多數艦船的配油器設置在軸上，少數艦船的配油器安裝在齒輪箱輸出軸前端。檢查近幾年交船的各型艦船的系泊、航行試驗記錄后發現，配油器安裝在齒輪箱輸出軸前端的艦船，配油器軸系段振動都正常；而配油器設置在軸上的艦船，大部分軸系振動正常，但有一型艦船配油器軸系段存在輕微的異常振動，不過未影響交船。

經檢查比較，配油器設置在軸上但軸系振動正常的艦船，配油器軸系段的長度均特意縮短了10%左右（如某型船軸徑450 mm時，中間軸承間距僅為6 400 mm），因此該軸系段的撓度比較小，沒有產生異常振動；而存在輕微異常振動的該型艦船，軸系段相對較長，故此軸系段撓度較大。

近年來，艦船設計中采用調距槳的越來越多，設計師對配油器布置位置有各自不同的處理辦法。一般艦船設計中將配油器設置在軸上和在齒輪箱輸出軸前端都可以，兩者各有優缺點。設置在軸上，可以縮短液壓油管長度、提高調距的速度和精度，但缺點是配油器的轉動慣量較大、且是偏心結構，故在該段軸上形成很大的離心力。所以采用此種布置方式時，配油器軸段的中間軸承間距應較常規的布置適當縮小（一般縮短10%左右），并要對調距槳的生產單位提出配油器的加工精度要求，盡量減小轉動慣量及其偏心距。而將配油器設置在齒輪箱輸出軸前端，可以從根本上避免配油器可能造成的異常振動，且便于配油器的檢修，但缺點是調距槳液壓油管路較長，調距的速度和精度受到影響。此外，配油器設置在齒輪箱輸出軸前端，要求齒輪箱輸入、輸出軸為異心布置的形式，能否采用該布置形式，則需根據機艙和軸系布置的條件綜合權衡。

5 結 論

經過對問題的處理和討論，我們對調距槳推進艦船軸系設計規律有了進一步認識，總結了配油器在軸上布置位置的設計規律，并與設計師達成共識，即對短軸系（通常長度在50 m以下）一般宜采用將配油器設置在齒輪箱輸出軸前端的方案；對長軸系（通常長度在50 m以上）宜采用將配油器設置在軸上的方案，但此時應對配油器段的撓度給予充分重視，適當縮短配油器段軸系長度。

［1］中國船舶工業總公司.船舶設計實用手冊 輪機分冊［M］.北京：國防工業出版社，1999.

［2］中國船級社.船上振動控制指南［M］.北京：人民交通出版社，2000.