淺談提高可調(diào)槳修理的檢測(cè)精度及檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)研究

丁韋青

(上海船廠船舶有限公司，上海 202156)

淺談提高可調(diào)槳修理的檢測(cè)精度及檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)研究

丁韋青

(上海船廠船舶有限公司，上海 202156)

文章針對(duì)可調(diào)槳槳葉在受到重大損傷經(jīng)焊補(bǔ)修復(fù)后對(duì)槳葉螺距和可調(diào)槳靜平衡的檢測(cè)進(jìn)行了探索和研究，設(shè)計(jì)適合可調(diào)槳修理專用的檢測(cè)裝置，成功地消除可調(diào)槳所存在的螺距和靜不平衡量偏差超差的缺陷，有效地提高了可調(diào)槳修理的檢測(cè)精度，取得了顯著的效果。

可調(diào)槳；槳葉螺距；靜平衡；檢測(cè)裝置

可調(diào)槳是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的螺旋槳，它是由可轉(zhuǎn)動(dòng)的槳葉、槳轂、槳葉的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓動(dòng)力系統(tǒng)等組成。可調(diào)槳是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)槳葉，改變槳葉與槳轂的相對(duì)位置來(lái)改變螺距比[1]，通過(guò)調(diào)整螺距比來(lái)控制可調(diào)槳的轉(zhuǎn)速和扭矩及推力之間的變化，在不改變主機(jī)轉(zhuǎn)速的情況下可以改變航速和航向，以滿足各種船舶工況變化的需要。

由此可見(jiàn)，槳葉是可調(diào)槳組件中一個(gè)最重要的零部件，但它在使用過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生各種各樣的缺陷，特別是槳葉在受到重大損傷如大面積的缺損、磨損和彎曲等經(jīng)焊補(bǔ)、熱矯正修復(fù)后，卻無(wú)法精確地檢測(cè)可調(diào)槳的槳葉螺距和靜平衡。而槳葉螺距和靜不平衡量的超差直接影響可調(diào)槳的使用性能，甚至危害到軸系運(yùn)動(dòng)部件和主機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命。

1 現(xiàn)狀分析

多年以來(lái)在修理可調(diào)槳槳葉時(shí)，僅憑經(jīng)驗(yàn)對(duì)單片槳葉的缺損、磨損和彎曲作簡(jiǎn)單的焊補(bǔ)修復(fù)和熱矯正，卻無(wú)法系統(tǒng)地對(duì)可調(diào)槳的槳葉螺距和靜平衡進(jìn)行精確地檢測(cè)。在現(xiàn)有的修理技術(shù)中，槳葉螺距的檢測(cè)僅用簡(jiǎn)易的螺距測(cè)量裝置對(duì)單片槳葉進(jìn)行槳葉螺距的測(cè)量，再將4片槳葉的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差大的再進(jìn)行熱矯正。而這樣測(cè)量出的數(shù)據(jù)誤差大，不精確，就會(huì)影響槳葉螺距的修理精度，槳葉螺距的校正、修復(fù)也無(wú)法滿足船規(guī)的要求。可調(diào)槳靜平衡的檢測(cè)，一般修船廠僅對(duì)每片槳葉進(jìn)行稱重而已，可調(diào)槳組裝件不做靜平衡檢測(cè)，只要每片槳葉的質(zhì)量相同即可，結(jié)果造成整片槳葉在焊補(bǔ)修復(fù)后各截面上的質(zhì)量分布不均衡，槳葉組裝后造成可調(diào)槳的質(zhì)量分布也不均衡，可調(diào)槳組裝件的靜不平衡量的誤差無(wú)法滿足船規(guī)的要求。

特別是槳葉在受到重大損傷后，需考慮到軸系振動(dòng)等一系列問(wèn)題，很有必要對(duì)可調(diào)槳進(jìn)行槳葉螺距和靜平衡的檢測(cè)。如我公司修船事業(yè)部所承接修理的1艘船舶，船東是國(guó)內(nèi)某航運(yùn)公司，在日本海域海損，可調(diào)槳的槳葉被撞壞，造成了槳葉大面積的彎曲、缺損和磨損等缺陷。經(jīng)日本某船廠緊急修復(fù)后，在回國(guó)航行途中，可調(diào)槳軸系產(chǎn)生了劇烈的振動(dòng)，船方要求我公司解決該船舶可調(diào)槳軸系所存在的振動(dòng)問(wèn)題。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)和可調(diào)槳裝置及艉軸系拆卸后的測(cè)量檢查結(jié)果，分析得出可調(diào)槳軸系產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因有：①可調(diào)槳槳葉焊補(bǔ)修復(fù)后槳葉螺距不符合設(shè)計(jì)要求；②可調(diào)槳靜不平衡量的誤差超過(guò)船規(guī)的規(guī)定值，等等。軸系振動(dòng)問(wèn)題的原因確定以后，著手進(jìn)行修理，但按工廠現(xiàn)有的技術(shù)和設(shè)備無(wú)法對(duì)可調(diào)槳槳葉螺距和靜不平衡量等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行精確的檢測(cè)和分析。需要確定正確的檢測(cè)方法和設(shè)計(jì)修理專用的檢測(cè)裝置來(lái)解決可調(diào)槳在修理中的檢測(cè)問(wèn)題，目的是為了提高螺距和靜平衡的檢測(cè)精度。

同時(shí)，鑒于船方無(wú)備件更換槳葉，若到專業(yè)制造廠去制造，周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，又影響該船舶的營(yíng)運(yùn)。在這種情況下，必須予以消除缺陷，并盡可能地修復(fù)，使該船舶的可調(diào)槳恢復(fù)其使用性能。因此，要優(yōu)質(zhì)完成可調(diào)槳的修理首先要解決槳葉螺距和靜平衡的檢測(cè)問(wèn)題。

2 檢測(cè)方法的來(lái)源和檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

2.1檢測(cè)方法的來(lái)源

本人曾參與公司“SS153”“SS154”等4艘2萬(wàn)噸級(jí)新船8只螺旋槳的制造加工工作，期間熟練地掌握了新制螺旋槳螺距和靜平衡的檢測(cè)方法，以及在修船中修理定螺距螺旋槳所積累的修理方法，并嘗試著將這些方法運(yùn)用到該船舶的可調(diào)槳修理中。由此可見(jiàn)，可調(diào)槳槳葉螺距和靜平衡的檢測(cè)方法來(lái)源于螺旋槳的制造技術(shù)，以及長(zhǎng)期在修船中所積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2.2檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)解決的問(wèn)題

在設(shè)計(jì)時(shí)，借鑒了多種簡(jiǎn)易的定螺距螺旋槳的螺距測(cè)量裝置，設(shè)計(jì)了一種專門用于可調(diào)槳修理的檢測(cè)裝置，目的是提高可調(diào)槳槳葉螺距和靜平衡的檢測(cè)精度。同時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)需要解決的問(wèn)題是：①解決槳葉螺距測(cè)量裝置的精度問(wèn)題；②解決槳葉螺距在測(cè)量時(shí)因槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)而影響測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度問(wèn)題；③解決可調(diào)槳做靜平衡檢測(cè)的難度問(wèn)題；④解決該檢測(cè)裝置的適用性問(wèn)題，與其結(jié)構(gòu)相似的可調(diào)槳也要適用。

2.3檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

可調(diào)槳檢測(cè)裝置是根據(jù)船用可調(diào)槳的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而專門設(shè)計(jì)，用于修理可調(diào)槳槳葉在重大的海損事故中受損如槳葉大面積的彎曲、磨損和缺損等缺陷的一種裝置，該檢測(cè)裝置是由槳葉螺距測(cè)量裝置和槳葉鎖緊裝置[2-3]2部分組成。

槳葉螺距測(cè)量裝置是由測(cè)量臂架和空心固定軸等部件組成，空心固定軸插入測(cè)量臂架的銅軸承孔中，測(cè)量臂架可以圍繞空心固定軸作圓周轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行槳葉螺距的測(cè)量、檢查和校正工作。

槳葉鎖緊裝置是由轉(zhuǎn)動(dòng)軸、定心墊塊和八角螺母、墊塊、圓墊板及工藝十字導(dǎo)架(有的可直接利用可調(diào)槳中的十字導(dǎo)架等零部件)等部件組成。該裝置是用來(lái)鎖緊槳葉，防止槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)，影響槳葉螺距測(cè)量裝置在槳葉螺距測(cè)量及校正時(shí)的正確性。該裝置也適合做靜平衡來(lái)檢測(cè)和校正槳葉在焊補(bǔ)后可調(diào)槳所產(chǎn)生的靜不平衡量誤差。

有的可調(diào)槳因槳轂內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等部件不需要進(jìn)行拆檢修理，僅焊補(bǔ)修理受損的槳葉或受損的備用槳葉時(shí)，按槳轂的直徑制作1只正方體結(jié)構(gòu)的工藝槳轂(工藝槳轂的制作在這里不作介紹，此方法僅適用于槳葉的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為轉(zhuǎn)盤(pán)式的可調(diào)槳)，再將焊補(bǔ)后的槳葉安裝在工藝槳轂上，直接使用槳葉螺距測(cè)量裝置進(jìn)行槳葉螺距檢測(cè)和校正，以及利用槳葉鎖緊裝置中的轉(zhuǎn)動(dòng)軸等對(duì)可調(diào)槳槳葉進(jìn)行做靜平衡檢測(cè)，來(lái)校正槳葉上的靜不平衡量誤差。

3 檢測(cè)裝置的使用方法

3.1檢測(cè)裝置的安裝(見(jiàn)圖1)

1—測(cè)量臂架；2—導(dǎo)向滑塊；3—測(cè)量桿；4—螺栓；5—空心固定軸；6—八角螺母；7—定心墊片；8—滑塊；9—工藝十字導(dǎo)架；10—螺栓；11—墊塊；12—轉(zhuǎn)動(dòng)軸；13—圓墊板；14—基準(zhǔn)平板；15a—前槳轂；15b—后槳轂；16—壓蓋；17—槳葉；18—墊塊；19—軸承；20—鎖緊螺栓；21—角度刻度盤(pán)；22—鎖緊螺栓。圖1 可調(diào)槳檢測(cè)裝置安裝示意圖

1) 先把槳葉鎖緊裝置中的圓墊板上的臺(tái)階裝入可調(diào)螺距槳的前槳轂的軸向司必克孔中，放置在基準(zhǔn)平板上，再將4片槳葉按編號(hào)吊起安放于前槳轂的周向軸孔里；用2組螺栓將2只墊塊分別安裝于工藝十字導(dǎo)架兩側(cè)對(duì)應(yīng)的位置上，4只滑塊分別套設(shè)于工藝十字導(dǎo)架的4個(gè)軸伸上。滑塊與軸伸滑動(dòng)連接。通過(guò)4只滑塊，可以將槳葉與工藝十字導(dǎo)架連成整體。吊起4只滑塊、工藝十字導(dǎo)架、2組螺栓、2只墊塊等工藝十字導(dǎo)架組件，微調(diào)工藝十字導(dǎo)架組件，緩慢地依次轉(zhuǎn)動(dòng)槳葉，把4只滑塊轉(zhuǎn)入槳葉根部的滑塊槽內(nèi)，最后將后槳轂與前槳轂用連接螺栓接攏，敲緊連接螺栓。

2)接著將1只八角螺母旋在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的一端外螺紋上，把一錐形臺(tái)階的定心墊塊裝入后槳轂的軸向軸承孔中，垂直吊起轉(zhuǎn)動(dòng)軸，插入后槳轂的軸向軸承孔中，轉(zhuǎn)動(dòng)軸穿過(guò)工藝十字導(dǎo)架組件的中間通孔，并穿過(guò)圓墊板的中間通孔，使轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的八角螺母與定心墊塊接觸。再將組裝件垂直吊起，在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的另一端安裝定心墊塊、八角螺母，用扳手敲緊，將槳葉鎖緊在零度位置(即槳葉處在零螺距狀態(tài))，并裝上槳葉的壓蓋。用槳葉鎖緊裝置鎖緊可調(diào)槳的槳葉，就能防止槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)，確保槳葉在零螺距狀態(tài)下槳葉螺距高度差測(cè)量時(shí)的準(zhǔn)確性。

3)將空心固定軸套設(shè)安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的上端，用螺栓把空心固定軸緊固在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的八角螺母的上平面。空心固定軸上設(shè)有角度刻度盤(pán)，測(cè)量臂架上安裝有指示角度指示針，可以顯示測(cè)量臂架轉(zhuǎn)到所需要測(cè)量位置的角度。將測(cè)量臂架套設(shè)在空心固定軸上，測(cè)量臂架可以環(huán)繞空心固定軸作轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)鎖緊螺栓把測(cè)量臂架鎖定在需要的位置上，槳葉螺距測(cè)量裝置就可以在與基準(zhǔn)平板平行的水平面上測(cè)量出可調(diào)槳槳葉在零螺距時(shí)的螺距高度差。

3.2槳葉螺距的檢測(cè)

1)槳葉在測(cè)量螺距前，根據(jù)槳葉受損的輕重程度，先做好記號(hào)，確定以哪片槳葉作為測(cè)量基準(zhǔn)。當(dāng)測(cè)量基準(zhǔn)確定后，按圖紙先找出基準(zhǔn)槳葉的中心線位置，再找出其它3片槳葉的中心線位置。同時(shí)，用槳葉螺距測(cè)量裝置檢查可調(diào)槳相鄰2片槳葉的中心線之間的夾角是否都是90°。

2)當(dāng)槳葉的中心線位置找準(zhǔn)后，將測(cè)量臂架上的測(cè)量桿中心點(diǎn)放置在基準(zhǔn)槳葉的中心線位置上，同時(shí)調(diào)整角度刻度盤(pán)處于零度位置，使角度刻度盤(pán)上的零度位置與基準(zhǔn)槳葉的中心線位置重合，并用鎖緊螺栓鎖住角度刻度盤(pán)和測(cè)量臂架，再用測(cè)量桿在基準(zhǔn)槳葉上劃出槳葉的中心線。同時(shí)，劃出其它3片槳葉的中心線。

3)根據(jù)可調(diào)槳的直徑計(jì)算出0.3R、0.4R、0.5R、0.6R、0.7R、0.8R、0.9R、0.95R等各圓弧的半徑尺寸(R為可調(diào)槳的半徑)，以計(jì)算出的尺寸為半徑在槳葉上用槳葉螺距測(cè)量裝置上的測(cè)量桿依次劃出0.3R～ 0.95R的圓弧線。在劃各圓弧線時(shí)，都要移動(dòng)測(cè)量臂架上條形長(zhǎng)槽中的導(dǎo)向滑塊，將導(dǎo)向滑塊上的刻線對(duì)準(zhǔn)各圓弧的半徑尺寸位置，并用鎖緊螺栓把導(dǎo)向滑塊鎖住，松開(kāi)測(cè)量臂架的鎖緊螺栓，再旋轉(zhuǎn)測(cè)量臂架，用測(cè)量桿在槳葉上依次劃出0.3R～0.95R的圓弧線。

4)以槳葉的中心線為零度，以每5°為間隔向槳葉的導(dǎo)邊、隨邊依次展開(kāi)劃出槳葉的角度線。在劃角度線時(shí)，將測(cè)量桿的中心點(diǎn)放置在槳葉的中心線上，同時(shí)調(diào)整角度刻度盤(pán)處于零度位置，用鎖緊螺栓把角度刻度盤(pán)鎖住，再將測(cè)量臂架旋轉(zhuǎn)5°，并用鎖緊螺栓把測(cè)量臂架鎖住，再用測(cè)量桿從0.3R起由內(nèi)向外劃出5°的角度線。然后，松開(kāi)測(cè)量臂架上的鎖緊螺栓，再將測(cè)量臂架旋轉(zhuǎn)5°后，鎖住測(cè)量臂架，再用測(cè)量桿從0.3R起由內(nèi)向外劃出下一個(gè)5°的角度線；重復(fù)上述步驟，直至在槳葉上劃滿測(cè)量所需的角度線。槳葉上的角度線與圓弧線的交點(diǎn)就是它們的螺距點(diǎn)。

5)劃線結(jié)束后，用槳葉螺距測(cè)量裝置測(cè)量出4片槳葉上各螺距點(diǎn)的螺距高度差。螺距高度差測(cè)量時(shí)，只要轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量臂架，將測(cè)量桿的中心點(diǎn)放置在各螺距點(diǎn)上即可；讀數(shù)時(shí)，用鎖緊螺栓鎖住測(cè)量桿，確保讀數(shù)的準(zhǔn)確性；測(cè)量后將其它3片槳葉各螺距點(diǎn)的螺距高度差與基準(zhǔn)槳葉測(cè)量出的螺距高度差相比較。再采用火工校正法和手工磨削法對(duì)這3片槳葉的螺距高度差進(jìn)行校正，使這3片槳葉的螺距高度差與基準(zhǔn)槳葉測(cè)量出的螺距高度差相接近。

3.3靜平衡的檢測(cè)

1)可調(diào)槳槳葉螺距校正后，將槳葉螺距測(cè)量裝置拆除，留下槳葉鎖緊裝置。用槳葉鎖緊裝置做靜平衡來(lái)檢測(cè)可調(diào)槳的前后槳轂及受損槳葉在焊補(bǔ)修理后的靜不平衡量是否符合船規(guī)規(guī)定。

2)將可調(diào)槳的前后槳轂、槳葉和槳葉鎖緊裝置等組裝件水平吊起，在轉(zhuǎn)動(dòng)軸兩端各套設(shè)安裝一對(duì)滾動(dòng)軸承，將滾動(dòng)軸承對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)臺(tái)架上的V型鐵的“V”字形槽內(nèi)，把組裝件水平擱置在臺(tái)架上。

3)在槳葉葉梢掛重，并轉(zhuǎn)動(dòng)組裝件，測(cè)量出各槳葉的靜不平衡量。同時(shí)，按修理工藝中所確定的位置用風(fēng)磨機(jī)進(jìn)行手工磨削，對(duì)靜不平衡量偏差超差的槳葉進(jìn)行磨削修正，使槳葉的靜不平衡量控制在設(shè)計(jì)圖紙的要求范圍內(nèi)或船規(guī)所規(guī)定值內(nèi)。

4 檢測(cè)效果

上述所涉及到的船舶，其可調(diào)槳在檢測(cè)時(shí)，走了不少?gòu)澛罚罱K還是采用上述的檢測(cè)方法對(duì)該船舶的可調(diào)槳進(jìn)行槳葉螺距和靜平衡的檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)3片槳葉的螺距高度差與測(cè)量的基準(zhǔn)槳葉相比較變化很大，最大的高度差值達(dá)到 63 mm；可調(diào)槳組裝件又經(jīng)過(guò)做靜平衡檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中的1片槳葉上的靜不平衡量達(dá)7.5 kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)船規(guī)的規(guī)定值。由此，確定了槳葉螺距和靜不平衡量的偏差嚴(yán)重超差是造成該船舶可調(diào)槳軸系振動(dòng)問(wèn)題的主要原因。

在修理可調(diào)槳槳葉螺距時(shí)，根據(jù)測(cè)量所得的數(shù)據(jù)與所確定的基準(zhǔn)槳葉相比較，再采用熱矯正法和手工磨削法來(lái)校正其它3片槳葉螺距的高度差，經(jīng)校正后槳葉螺距的高度差接近所確定的基準(zhǔn)槳葉。槳葉螺距校正結(jié)束后，再對(duì)可調(diào)槳組裝件進(jìn)行做靜平衡檢測(cè)，并采用手工磨削法來(lái)消除槳葉上的靜不平衡量誤差，將靜不平衡量控制在0.3 kg以內(nèi)，符合船規(guī)所要求的規(guī)定值內(nèi)。為此，通過(guò)對(duì)該船舶可調(diào)槳螺距和靜平衡的檢測(cè)和校正，改善了可調(diào)槳所存在的缺陷，使可調(diào)槳恢復(fù)了使用性能，徹底解決了該船舶可調(diào)槳軸系振動(dòng)的問(wèn)題。同時(shí)，也為船方節(jié)省了大筆更換零部件的費(fèi)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年的摸索和研究成功地總結(jié)出一套關(guān)于船用可調(diào)槳的修理方法，并把這些修理方法運(yùn)用到近10艘船舶的可調(diào)槳修理上，取得了顯著的效果。尤其在可調(diào)槳槳葉螺距和靜平衡的檢測(cè)、校正和修理等方面的技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，可調(diào)槳檢測(cè)裝置的使用，成功地消除了槳葉在焊補(bǔ)修復(fù)后所產(chǎn)生的槳葉螺距和靜不平衡量的誤差，提高了槳葉螺距和靜平衡的檢測(cè)精度。

[1] 陳紹綱.輪機(jī)工程手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，1992.

[2] 丁韋青.船用可調(diào)螺距槳的修理裝置：中國(guó)，201020569198.2[P].2011-05-18.

[3] 丁韋青.船用可調(diào)螺距槳的修理裝置及其修理方法：中國(guó)，201010513359.0[P].2013-08-14.

In this paper,exploration and research on detecting the damaged adjustable propeller are made after its weld-mending,especially for its pitch and static balance.A special detector was designed which removes the super deviation defect on adjustable propeller's pitch and static balance successfully and raises the detecting precision of the repaired propeller.

adjustable propeller;blade pitch;static balance;detector

丁韋青(1966-)，男，上海人，工程師，大學(xué)專科，主要從事船舶修理工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.01.014

2013-10-08