全回轉舵槳水下傳動軸油水封的保護裝置研究

陳松濤，薛 軍

(江蘇省通沙汽車輪渡管理處，江蘇 南通 226006)

全回轉舵槳水下傳動軸油水封的保護裝置研究

陳松濤，薛 軍

(江蘇省通沙汽車輪渡管理處，江蘇 南通 226006)

由于全回轉舵槳水下傳動軸油水封受水域半漂浮物的絞纏擠壓，從而導致齒輪箱及其內部組件的破損，形成安全隱患。針對上述現象，提出了采用防纏繞切割刀的方案，并通過方案的實施驗證了其防護效果。

全回轉推進；螺旋槳；防纏繞裝置；刀具；保護裝置

0 引言

全回轉舵槳因具有操縱性好、船舶調頭靈活等優點，目前在長江中航行的汽車渡船上得到廣泛使用。但是，長江水域中經常會有半浮尼龍繩、織物、漁網等物品，渡船航行時隨著螺旋槳的旋轉，上述物品通過舵槳槳轂與輸出軸承密封機構的間隙，絞纏在螺旋槳槳軸上，而且愈積愈多，愈纏愈緊，最后擠壞槳軸上的密封圈，造成齒輪箱室進水油質乳化，惡化齒輪間的潤滑，使輪齒剝蝕甚至斷齒從而釀成事故。有時纏繞的細塑料繩尾端與旋轉的螺旋槳形成摩擦，切割槳葉根部，形成深槽、裂痕，使螺旋槳損壞直徑報廢。發生此類故障后，通常是采用維修更換吊槳的方法，這樣既影響生產又浪費人力物力。

為減少因水域中半漂浮物纏入舵槳槳轂與輸出軸承密封機構的間隙破壞油封和水封發生故障而進行維修的發生率，有必要研制1種防纏繞裝置，將此故障平均降至1次/每年或能避免此類故障發生。

1 提出并確定方案

1.1 防纏繞裝置類型的選擇

經過調研，發現市場上還沒有開發出舵槳防纏繞裝置，也沒有可以直接借鑒的產品，于是確定了研制舵槳防纏繞裝置的課題。該課題針對半浮物品纏繞舵槳問題提出了2種試行方案：舵槳安裝防纏繞切割刀、舵槳槳轂和密封機構之間迷宮式密封。迷宮式密封結構比較復雜，需要舵槳生產廠家加工改造；而防纏繞切割刀結構相對簡單，安裝方便。通過分析評估，最終采用舵槳安裝防纏繞切割刀的方案。

1.2 防纏繞切割刀的方案

1.2.1 材料特性要求

(1)硬度和耐磨性。硬度是刀具材料所應具備的基本特性。刀具要在江水中作業，既要克服江水的阻力摩擦，又要能切割柔性物，因而其硬度必須大于被切材料的硬度，同時要有一定的韌性。

(2)強度和韌性。由于刀具在切削過程中受到很大的壓力、沖擊和振動，因此刀具材料必須具有足夠的強度和韌性，以減少刀刃和刀齒的崩損。現有刀具材料中，高速鋼具有較高的強度和韌性，滿足用于重負荷條件下的加工要求。

(3)工藝性和經濟性。為了便于制造，刀具材料應有良好的工藝性，如鍛造、熱處理及磨削加工性能。同時在制造和選用時應綜合考慮經濟性。考慮到該刀具是在腐蝕性較大的江水中工作，刀具材料必須具有良好的耐腐蝕性。

根據以上特點，經過向刀具制造廠方的詢問，選定了316L經過等離子量化處理的白鋼刀作為刀具材料。316L型不銹鋼片具有耐腐性好、耐磨性好(硬度高)、價格適中等優點，滿足防纏繞切割刀材料的性能要求。

1.2.2 刀具的結構形式和尺寸的確定

1.2.2.1 刀具結構形式的確定

為了絞斷纏繞舵槳的漂浮物，將刀具設計成雙面刀刃。每只舵槳上對稱安裝2把刀，在舵槳高速旋轉的時候，當纏繞物一旦纏上舵槳，刀片就把纏繞物繃緊絞斷，完成1個剪切絞碎過程。刀具形狀如圖1所示。

1.2.2.2 刀具尺寸的確定

本文以“江蘇路渡3002輪”作為設計基準，計算出該船刀具的長度、厚度、寬度和刀面半徑。

江蘇路渡3002輪主要參數見表1。

圖1 刀具形狀

表1 江蘇路渡3002輪主要參數

其舵槳裝置圖如圖2所示。

圖2 舵槳裝置圖

通過計算和分析，最終確定刀具的參數為：長度100 mm，寬度30 mm，高度10 mm，孔徑12.2 mm，孔距33 mm ,刀面半徑20 mm。

該刀具比較適合覆蓋舵槳的縫隙，能有效地切斷纏繞上來的異物，強度滿足要求。

1.2.3 安裝位置

為方便安裝和更換，切割刀置于舵槳上后，通過螺母和螺栓將其固定，舵槳吊起便可以輕松更換。

在舵槳上加裝切割裝置，必然會使舵槳的伴流發生變化，進而影響舵槳的推進性能，這也是決定能否加裝該裝置的重要依據。將切割裝置和舵槳結合起來作為一個整體，運用RANS方法(RANS方程是粘性流體運動學和動力學的普適性控制方程)對單獨的舵槳之間的推力、扭矩、推進效率、空泡等水動力性能的差異進行了分析。

(1)委托舵槳提供商利用RANS方法對舵槳及組合體的粘性流場進行試驗，結果如下：

①纏繞物切割裝置對舵槳的推力系數、轉矩系數、敞水效率的影響基本控制在±2%的范圍內，對舵槳的推進性能影響較小；

②纏繞物切割裝置對舵槳葉面壓力的影響范圍和程度都很小，不足以對舵槳的空泡性能和噪聲性能造成明顯的影響。

(2)不影響舵槳的動平衡。因為舵槳旋轉的特性，所以必須考慮到舵槳的動平衡問題。針對不平衡容易導致舵槳的損壞問題，可以采取將切割刀對角安裝的方法加以解決。

2 方案實施和效果驗證

2.1 方案實施

在“江蘇路渡3002輪”上實施了方案，刀具安裝位置示意圖如圖3所示。

圖3 刀具安裝位置示意圖

2.2 效果驗證

2.2.1 與設定的課題目標對比

2014年1月至12月，舵槳防纏繞裝置在“江蘇路渡3002輪”上使用后證明,已經很好地解決了舵槳因纏入異物而造成故障的情況，達到了研究課題預期目標。

2.2.2 與設定的目標值對比

根據課題設定的要求，安裝舵槳防纏繞裝置后允許每年舵槳發生故障1次。

“江蘇路渡3002輪”在安裝舵槳防纏繞裝置前后數據對比發現，安裝前每年故障約為8次，安裝后的1 a未曾發生此類故障，超過預期效果。

3 結論

(1)“江蘇路渡3002輪”通過安裝防纏刀后節省了舵槳等修理費用。安裝舵槳防纏繞裝置前，單船每次維修費用主要有：吊車費8 400元，舵槳修理返廠運費9 000元，更換油、水封修理費12 000元，舵槳修理費9 000元，更換齒輪油15 000元，共計53 400元。從每年修理次數約8次到安裝1 a后還未曾發生纏繞故障，節省了修理費用。

(2)安裝防纏切割刀后提高了汽車渡輪的航行安全，減小了員工的勞動強度。

[1] 陳堅.全回轉舵槳維修中應注意的幾個問題[J].江蘇船舶，1997，4(4)：34-35.

2016-07-05

陳松濤(1971—)，男，工程師，從事船舶機務管理；薛軍(1976—)，男，工程師，從事機務管理。

U664.33

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