中大型船用螺旋槳拂配裝置研發

歐海真+揭斌

摘 要：本文針對螺旋槳傳統的拂配工藝，為滿足市場競爭，降低螺旋槳拂配成本，在傳統拂配工藝的基礎上，優化流程，研發出一套新拂配裝置，著重對新型拂配裝置的研發設計過程、實驗過程、推廣使用等方面做了一些介紹。

關鍵詞：螺旋槳；現場拂配；修理工藝；研發

中圖分類號：664.8 文獻標識碼：A

Abstract： This paper introduces the design， test and application of a special tool for ship propeller blue fit on site in order to reduce the blue fit cost and to improve the work efficiency.

Key words： Propeller； Blue fit on site； Repair technique； Research

1 引言

近幾年，航運處于一個較為低迷的市場，現在許多船東根據航運市場的這一變化，不再只追求航運速度，越來越多關注到航行的經濟性。因此許多船東在合理的設計范圍內，將舊的超大超重螺旋槳更換成較小較輕的螺旋槳，從而達到保持船舶航速與降低運營成本之間的一個平衡。導致修船市場上出現了較多船舶更換新螺旋槳的項目。然而，在目前的國內修造船行業，螺旋槳換新工藝存在比較復雜、周期較長，成本高等問題。主要原因是中大型船舶螺旋槳的換新需要將新螺旋槳與舊尾軸進行拂配，拂配修理通常是將螺旋槳和尾軸拆卸并吊運回維修車間，再采用臥式或立式拂配工藝進行新螺旋槳與舊尾軸的拂配。為應對市場需求，革新工藝，現直接在干船塢內進行新螺旋槳與尾軸的現場拂配，大大縮短周期，降低成本，受到船廠與船東的歡迎。

2 螺旋槳的傳統拂配工藝介紹

2.1 拂配技術規范

（1）拂配的技術要求錐孔在每25 mm×25 mm 面積上不少于2～4個接觸點，理論接觸面積應在75%以上；

（2）螺旋槳錐孔拂配好后須裝上螺母檢查平面接觸情況，修拂螺旋槳平面達到平面間隙不大于0.05 mm標準；

（3）用0.03 mm塞尺檢查錐體兩端連接處，插入深度應不超過10 mm，寬度應不超過15 mm，達到上述工藝要求后，應報船檢及船東檢驗認可；

（4）真鍵與尾軸鍵槽配合，兩側面應均勻接觸，在80%周長上插不進0.05 mm塞尺。鍵底部與鍵槽底面應用色油檢驗，接觸面積為鍵長的30%以上；

（5）真鍵與螺旋槳鍵槽配合，要求兩側面接觸均勻，用0.08 mm塞尺檢查，所插進的部分不超過接觸長度的40%。安裝后鍵頂與槳葉鍵槽頂部的間隙為0.50～0.90 mm。

2.2 立式拂配

將螺旋槳與尾軸拆出，錐孔小端端面向下平放固定在支架上，用門吊吊起尾軸法蘭端，憑借尾軸自身重力作為動力進行拂配，不斷進行著色試驗。

立式拂配的缺點：

（1）大尾軸出艙要耗費大量時間和人手，嚴重影響船舶的生產節點；

（2）拂配期間長時間占用門吊，極大影響門吊使用效率；

（3）門吊吊鉤位置距離地面近100 m，受風力、地面震動等外在因素影響，尾軸很難保持拂配過程中點對點位置不變，對拂配打磨造成很大困難。

2.3 臥式拂配（中小型螺旋槳）

圖1所示將新螺旋槳吊放在拂配現場的沙池內。

采用臥式拂配法，一片槳葉（鍵槽位）朝下，兩邊固定好。螺旋槳垂直水平面，槳轂中心線用拉線法調整大端。尾軸放在平板小車上，采用拉線法確定軸的理論中心線與槳轂中心線重合。然后在砂箱中堆滿細砂，再用角鐵、大槽鋼將螺旋槳固定。以預先固定穩妥的螺旋槳為基準，將拆出的尾軸吊回拂配工場，放置在有導向的電動車上，用水平儀校正尾軸軸心線到水平位置，并使它與螺旋槳錐孔中心線重合，重合后再用塞尺測量錐孔的大小端，做好調正后的測量記錄，交由船東現場認可。用夾碼與螺栓固定尾軸，推動電動車將尾軸錐體插入螺旋槳錐孔內，并同時做好軸與漿的有關標記，以便在拂配過程中檢查軸與螺旋槳是否變動，確保拂配質量及進度要求。

臥式拂配的缺點：

（1）尾軸出艙要耗費不少時間和人手，增加不少額外工作量；

（2）大型螺旋槳不可能憑沙盒可以固定，難以調整中心線，此法只能適用中小型螺旋槳的拂配；

（3）電動平板車的行走路軌不夠平整，拂配過程中會產生振動，且平板車也承受不了大型尾軸的重量。

通過以上分析，我們知道了傳統拂配存在的缺點，已經無法滿足當下航運市場修理要求，研發新的拂配裝置就很有必要。針對傳統的拂配方式存在的不足，我們研發了螺旋槳現場拂配裝置。

3 螺旋槳現場拂配裝置的設計

3.1 新型拂配裝置功能要素分析

（1）裝置有良好的活動性能，保證拂配中螺旋槳與尾軸的對中方便準確；

（2）良好的承重性能。大中型船舶的螺旋槳重量達上百噸，裝置材料的選擇恰當，在保證施工的同時也確保施工安全；

（3）設計結構簡單，成本低廉。研究的拂配裝置可以快速加工，節約了材料成本；

（4）省時省力，能夠在現場進行螺旋槳拂配。臥式與立式在拂配過程中需要大量的人力配合，新裝置要體現裝置的優越性能，節約了人工成本。

3.2 新型復配裝置的主要功能定位

要滿足以上全部條件，螺旋槳現場拂配裝置需要具備以下兩個主要功能，一是水平方向的前后位移功能；二是垂直方向上的上下高度調節功能。確定了螺旋槳現場拂配裝置需要設計的兩個大的部分，一是工裝的行走軌道部分；二是工裝的上層支撐托架部分。軌道部分可以使螺旋槳與上層支撐托架，實現水平方向的前后位移功能，保證3螺旋槳與尾軸接觸和脫離；上層托架首先保證了托架最后與螺旋槳牢固鏈接，其次實現了垂直方向上的上下高度調節功能，保證了拂配的需要。endprint

3.3 新型現場拂配裝置的結構設計

工裝結構采用桁架結構形式，分上下兩層平臺。工裝高度為5.3 m，長度和寬度均為4.721 m。工裝結構設計載荷為120 t。首先利用軟件對工裝結構進行三維有限元建模。計算模型中共有410 個節點，334 個梁單元。

本次計算主要針對工裝結構構件的在設計載荷120 t狀態下的應力和應變水平。結果得出工裝在拆裝和起運螺旋槳重量120 t時，最大應力158 MPa，最大剪切應力73.1 Mpa，最大變形量為7.08 mm，結構所有梁單元應力、應變以及剪切應力小于許用值，滿足結構強度要求。

3.4 新型拂配裝置的模擬試驗

在裝置完成制作、調試后，需要對工裝進行了模擬性重力試驗，裝置加生鐵砝碼約71 t，叉車施加5 t左右推力，經過現場測試，在承重75 t外力，在5 t推力下該工裝在路軌上勻速行走，且沒發生目光可見的不合理變形，完全滿足承重要求。

4 新型螺旋槳拂配裝置的應用驗證

某輪是一艘隸屬于日本某海運公司9 300 TEU的大型集裝箱輪。該輪型長332 m，型寬45 m，其螺旋槳換新工程中，確定在不拉尾軸前提下，在塢內現場拂配和安裝新螺旋槳。基于公司現有條件，螺旋槳現場臥式拂配，與尾軸出艙后再采用立式拂配的方法，成本可以節約30%，周期可以由原來的15天，縮短到7天。

4.1 確定拂配方案

拂配方案，通常三種：

第一種是固定尾軸，移動螺旋槳拂配法，適用于中小型船舶螺旋槳的拂配，特別是小型、細而長的尾軸，由于其尾軸剛性差，具有其它優越性；

第二種是固定螺旋槳，移動尾軸拂配法（平拂法），此方法適應于大型尾軸、螺旋槳的拂配；

第三種是固定螺旋槳，垂直吊移尾軸拂配法（立拂法），此適用于大型螺旋槳的拂配。其勞動強度比平拂法稍有減輕，但其缺點是拂刮錐孔小端和鍵槽位置的操作困難，拂配亦難于進行。

綜合考慮某輪船長要求，使用第一種方法進行拂配。

4.2 拆除舊螺旋槳

（1）船舶進塢后搭架，現場定位焊接吊耳，右舷2個50 t，左舷前面1個50 t，后面1個80 t，靠船旁1個80 t，報驗QC探傷合格后才能使用；

（2）先割去防護罩，在螺旋槳第一號葉（或A葉）向上時，測量尾軸下沉量，并記錄；

（3）副葉（將軍帽）做好記號后拆卸吊出；

（4）在拆卸舊的螺旋槳之前，做好A葉對應的周向記號。并測量舊螺旋槳與尾軸配合的軸向尺寸A、B、C值（見圖2所示）；

（5）根據螺旋槳吊裝位置方向需要，在現場把拂配專用螺栓孔方向盡可能盤車到正下；

（6）后軸封的拆卸吊出；

（7）在所有吊耳上分別掛上相應噸位的完好滑輪組把舊螺旋槳拆卸吊出，磨盤使用完好的Φ27鋼絲（見圖3所示）。

4.3 新螺旋槳拂配施工

（1）利用150 t浮吊和100 t門吊把新螺旋槳翻身，按照舊螺旋槳移出的步驟反方向實施將新螺旋槳吊裝到位（見圖4所示）；

（2）按尾軸中心線依次定位放置好墊板、路軌、下平臺、固定支撐、活動支撐；

（3）對正A葉尾軸周向記號吊裝新螺旋槳，與尾軸套貼；

（4）螺旋槳與固定支撐、活動支撐均用三支M48螺栓固定；

（5）調節新螺旋槳的錐孔中心（尾軸中心）與路軌平行，保證新螺旋槳的松出的前后移動都能使中心線與尾軸中心同心；

（6）拂配期間，通過原車葉液壓螺母控制螺旋槳的松出和壓貼。通過一前一后2個10 t葫蘆實現螺旋槳和工裝的長距離整體移動。

4.4 螺旋槳的安裝

（1）清潔螺旋槳錐孔，尾軸錐體表面以及油頂螺母；

（2）螺旋槳（銅墊圈、O型膠圈等配件）裝入尾軸，清潔螺母螺紋及尾軸螺紋，裝上油頂及螺母，螺紋涂上MoS2或白油潤滑劑，使其緊貼螺紋端面，要求在安裝過程中要特別注意螺紋，防止碰傷或燒傷螺紋現象的發生；

（3）螺旋槳壓緊前，裝上百分表（要求檢查百分表讀數的準確精度，磁力表在尾軸上不得有任何震動），觀察螺旋槳的位移，用點溫計測量尾軸及螺旋槳的溫度，計算螺旋槳壓入量和軸向允許推進壓力；

（4）壓裝螺旋槳時，按圖紙設計方法或船東、船檢要求壓緊螺旋槳，壓緊的過程中，油泵5 MPa開始記錄。每隔5 MPa記錄一次螺旋槳的壓入量，達到螺旋槳指定壓入位置，卸掉徑向油壓，等待10分鐘后，再卸掉軸向油壓，檢查百分表是否變化或滑移，再測量軸頭數，并做好相關的記錄（整個壓裝過程由船東、船檢確認）。

以往立式或臥式拂配，著色面積常常是剛好達到75%的基本要求，本次現場臥式拂配的著色面積輕松達到98%以上。新螺旋槳拂配工程的快速圓滿完成，讓某輪比原定塢期提前2天出塢，為公司創造巨大效益的同時也樹立了良好的口碑。

5 總結

螺旋槳是將主機的旋轉力矩轉換成推力的裝置，是目前使用的最廣泛的推進裝置。良好的拂配是保證螺旋槳穩定運行的首要條件之一。我們設計的螺旋槳拂配裝置很好的解決了現場拂配中的問題，應用PDCA 循環的四個過程周而復始地解決問題，去除一些不合理的施工步驟，增加一些方便實用的、安全可靠的工藝方案和施工步驟。并對原有設計進行二次改良，實現真正萬能拂配。

參考文獻

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