100m沿海工程船的推進(jìn)軸系設(shè)計(jì)

毛蘭霞,王 瑩

(1.江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 無(wú)錫 214151；2.無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214000)

100m沿海工程船的推進(jìn)軸系設(shè)計(jì)

毛蘭霞1,王 瑩2

(1.江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 無(wú)錫 214151；2.無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214000)

良好的船舶動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)有利于提高海上作業(yè)的工作效率。以100 m沿海工程船為例，對(duì)船舶主推進(jìn)方案和軸系設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的敘述，最后進(jìn)行了實(shí)船測(cè)試，得出經(jīng)過(guò)優(yōu)化的該類工程船的工作效率提高了15%。

沿海船；工程船；推進(jìn)系統(tǒng)；軸系；優(yōu)化設(shè)計(jì)

0 引言

船舶主推進(jìn)系統(tǒng)是船舶的主要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)，其設(shè)計(jì)好壞將影響到船舶的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、機(jī)動(dòng)性和生命力等方面。由于100 m沿海工程船為調(diào)遣自航機(jī)動(dòng)工程船，客戶對(duì)船舶的機(jī)動(dòng)性和工作效率提出了更高的要求，而船舶主推進(jìn)系統(tǒng)對(duì)船舶機(jī)動(dòng)性和工作效率起著決定性的作用，因此，船舶推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。

船舶軸系是從主機(jī)輸出端法蘭起至艉軸為止，用于連接主機(jī)和螺旋槳。直接傳動(dòng)的船舶推進(jìn)系統(tǒng)主要有船舶主機(jī)、離合器、彈性聯(lián)軸器和減速齒輪箱、軸系、軸系附件、傳動(dòng)設(shè)備和推進(jìn)器等組成。本文涉及的船型為向海底拋石和為整平船供料的工程船，考慮到船舶的機(jī)動(dòng)性和工作效率是本船設(shè)計(jì)的重要考核指標(biāo)，主要從船舶操作性分析推進(jìn)裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 主要量度及設(shè)備參數(shù)

1.1主要量度

100 m沿海工程船為鋼質(zhì)、單底(除皮帶機(jī)區(qū)域雙底外)船。該船中部船底部和甲板為縱骨架式，其余為橫骨架式。

其主要量度為：

總長(zhǎng)

100.00 m

垂線間長(zhǎng)

87.60 m

總寬

28.20 m

型寬

25.00 m

型深

5.00 m

設(shè)計(jì)吃水

3.00 m

設(shè)計(jì)排水量

6 016.2 t

上甲板載貨量

～2 723 t

肋距

0.55 m

梁拱

0.25 m

甲板層高：主甲板至艉升高甲板

0.40 m

艉升高甲板至2層甲板

2.45 m

2層甲板至3層甲板

2.10 m

3層甲板至駕駛甲板

2.10 m

駕駛甲板至羅經(jīng)甲板

2.10 m

總布置圖如圖1所示。

1.2主要設(shè)備參數(shù)

主機(jī)型號(hào)為Z8170，臺(tái)數(shù)為3臺(tái)，單機(jī)額定功率(MCR)為441 kW,額定轉(zhuǎn)速為1 200 r/min，形式為直列、直噴、四沖程。齒輪箱型號(hào)為HCD600-A，數(shù)量為3臺(tái)，速比為5.44。螺旋槳參數(shù)見表1。

表1 螺旋槳參數(shù)表

2 軸系

船舶軸系主要布置方式為單軸系、雙軸系、三軸系這3種形式。

(1)單軸系軸線與船體基線平行，布置于船體的中縱剖面上。單軸系的長(zhǎng)度主要由中間軸數(shù)目、機(jī)艙位置決定。若機(jī)艙位于船的中部，其中間軸數(shù)量多，軸系長(zhǎng)；若位于船的尾部，其中間軸數(shù)量較少，甚至沒有中間軸，軸系相對(duì)較短。軸系短有利于船艙布置和維護(hù)管理，節(jié)省船舶建造費(fèi)用。單軸系具有傳動(dòng)直接、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)損失小，便于操縱等優(yōu)點(diǎn)，主要用于大型海船、拖船及內(nèi)河中小型船舶等。

(2)兩個(gè)軸系相對(duì)船體基線略有傾斜，分別平行對(duì)稱布置在船體中縱剖面的兩側(cè)，以保證螺旋槳充分沒入水中。由于受到船體結(jié)構(gòu)的限制，使螺旋槳和艉軸管之間的距離相對(duì)較遠(yuǎn)，艉軸較長(zhǎng)，因此，需在船體外部設(shè)置人字架用來(lái)托住懸伸于船外的艉軸。為了便于拆裝，將艉軸分為兩段制造，中間用聯(lián)軸器連接。在船體尾軸管內(nèi)的軸段仍稱為尾軸;懸伸在船外的軸段與螺旋槳連接，并由人字架支承，這段軸稱為螺旋槳軸。雙軸系船舶具有高速、機(jī)動(dòng)性好和生命力強(qiáng)的特點(diǎn)。

(3)三軸系的布置是單軸系和雙軸系的組合體布置，即一個(gè)軸系布置在船體的中縱剖面上，并平行于船體基線，另外兩條軸系布置在船體中縱剖面的兩側(cè)。三軸系布置有利于提高船舶生命力、航速和機(jī)動(dòng)性，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，配套設(shè)備多，建造和修理工作量大，費(fèi)用高。三軸系布置一般用于工程船和軍用艦船以及特種工程船。本文的沿海特種工程船采用的軸系布置方式為三軸系，目的是提高本船的生命力、航速和機(jī)動(dòng)性。

100 m沿海工程船配有3臺(tái)推進(jìn)主機(jī)，3只螺旋槳，雙舵。3臺(tái)推進(jìn)主機(jī)軸系間距為5 100 mm，三軸系布置示意圖如圖2所示。

圖1 100 m沿海工程船總布置圖

圖2 100 m沿海工程船三軸系平面布置示意圖

中間軸的首尾部采用整體鍛造法蘭，軸徑和連接面需要按照要求加工，軸的其他表面應(yīng)加工光滑。

螺旋槳軸的首段為平鍵連接的可拆聯(lián)軸器，與螺旋槳采用平鍵連接，末端裝鎖緊螺母。艉管前端焊接在前軸承座上，尾部焊接在艉柱殼部，軸承間距為900 mm，艉管采用油潤(rùn)滑方式。

舵裝置設(shè)備采用流線型舵，由兩扇雙支點(diǎn)平衡舵，單扇舵葉面積為4.05 m2，采用往復(fù)式撥叉舵機(jī)。本船采用平衡舵優(yōu)點(diǎn)是沿整個(gè)舵的高度上，均有部分舵面積在舵軸線的前方，水動(dòng)力作用點(diǎn)距轉(zhuǎn)軸較近，比普通舵可節(jié)省舵機(jī)功率；缺點(diǎn)是支撐點(diǎn)少，對(duì)強(qiáng)度不利。

本船軸系中心線與基線夾角為2°，其中間軸、螺旋槳軸的計(jì)算根據(jù)中國(guó)船級(jí)社(CCS)《國(guó)內(nèi)航行海船建造規(guī)范 》(2012)及其2013版《修改通報(bào)》分別為140 mm和170 mm。軸系拆卸時(shí)，螺旋槳軸從艉部抽出。軸系布置圖如圖3所示。

3 實(shí)船測(cè)試

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)效果，100 m沿海工程船在龍口港進(jìn)行實(shí)船測(cè)試。經(jīng)過(guò)2次停靠，2次機(jī)動(dòng)航行裝卸貨物，與同類型船舶相比，船舶的停靠碼頭時(shí)間縮短約16%。結(jié)果見測(cè)試表2。

表2 船舶在1個(gè)作業(yè)區(qū)域的運(yùn)行情況

4 結(jié)語(yǔ)

本船推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，以機(jī)動(dòng)性和工作效率為主要考核指標(biāo)，根據(jù)船舶主要設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)本船進(jìn)行推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)匹配。實(shí)船測(cè)試證明，工作效率提高約16%。

1.Z8170主機(jī) 2.HCD600齒輪箱 3.中間軸 4.聯(lián)軸器 5. 艉軸艉管 6.螺旋槳

船舶主推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)備的選型是否合理，軸系直徑計(jì)算和軸系加工是否精細(xì)準(zhǔn)確，船舶工況是否清楚，螺旋槳設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等各方面都影響著船舶的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化匹配，可以提高船舶的操縱靈活性、機(jī)動(dòng)性，使船舶工作效率高，安全可靠，有利于該船型的推廣應(yīng)用。

[1]中國(guó)船級(jí)社.國(guó)內(nèi)航行海船建造規(guī)范(2012)[M].北京：人民交通出版社，2012.

[2]中國(guó)船級(jí)社.國(guó)內(nèi)航行海船建造規(guī)范修改通報(bào)(2013)[M].北京：人民交通出版社，2013.

[3]中華人民共和國(guó)海事局.國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則(2011)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4]中國(guó)船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)(輪機(jī)分冊(cè))[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1999.

[5]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[6]陳勁送，彭存達(dá).關(guān)于船舶軸系設(shè)計(jì)的若干問題[J].廣東造船，2009，28(6)：33-35.

[7]李俊.230 000 DWT礦砂船輪機(jī)設(shè)計(jì)體會(huì) [J].船舶設(shè)計(jì)通訊，2008，6(1)：48-51.

[8]詹志剛，喻英.船舶主機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)機(jī)槳匹配設(shè)計(jì)工況的優(yōu)化選擇[J].江蘇船舶，2000，17(5)：12-14.

2013-12-10

毛蘭霞(1964-)，女，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)闄C(jī)械實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)等；王瑩(1988-)，女，碩士，助教，研究方向?yàn)檐囕v工程。

U662.2

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