环氧树脂固定艉管滑油系统的分析

黄 宇

(江苏新世纪造船有限公司，江苏靖江 214518)

环氧树脂固定艉管滑油系统的分析

黄 宇

(江苏新世纪造船有限公司，江苏靖江 214518)

基于目前设计优化艉管采用环氧树脂定位，从而达到了减少船舶下水前镗孔工作量及缩短坞内周期的目的。以163 000 DWT油船为例，对其艉管采用环氧树脂固定艉轴运转滑油系统的温度变化进行计算及分析，重点对滑油温度传热量进行计算。

环氧树脂;固定艉管;滑油系统

0 引言

由于环氧树脂材质的导热能力低于艉管材质，如果艉管采用环氧树脂固定的方法，艉管运转时的温度会高于采用传统方法固定，因此，环氧树脂固定的艉管热辐射量少于采用传统方式安装的艉管，这也是尾轴承产生的热量要通过艉管滑油循环来释放的原因。本文分析了目前承建的163 000 DWT油船系列的艉管滑油循环应用情况。

1 滑油循环的散热计算

首先，计算尾轴承产生的热量、螺旋桨轴和艉管本体的热辐射量，然后估算通过滑油循环所释放的热量。本计算分析是基于1965年日本《关西造船学会论文集》上发表的《船用艉管轴承润滑油的传输效率》一文。163 000 DWT油船的艉管图如图1所示，该船所用主机的功率(MCR)为18 660 kW。

1.1 艉管轴承的总发热量

艉管轴承的发热量可以通过以下的公式计算得出:

式中:H为艉管轴承发热量，kcal/h;W为艉管轴承负荷，首轴承负荷W=22 243.2kg，尾轴承负荷W=54 252 kg，轴承单位负荷6 kg/cm2;P为功率消耗，PS;μ为艉轴与轴承间的摩擦系数，μ=0.006;D为螺旋桨轴直径，D=0.662 m;N为螺旋桨转速，N=91 r/min。

H=12 375 kcal/h。

1.2 螺旋桨轴对海水的热辐射量

螺旋桨轴对海水的热辐射量可以通过以下公式计算得出:

式中:Wprop为螺旋桨轴对海水的热辐射量，kcal/h;Sprop为螺旋桨轴截面积，Sprop=0.34 m2;λprop为螺旋桨轴的热传导系数，λprop=51 kcal/(h·m·℃);Tprop为螺旋桨轴温度，Tprop=52℃;Tsw为海水温度，Tsw=32 ℃;Pprop为螺旋桨轴周长，Pprop=2.07 m;α为海水传热能力，α=1 000 kcal/(h·m2·℃);m为系数。

1.3 螺旋桨轴对机舱的热辐射量

螺旋桨轴对机舱的热辐射量可以通过以下公式计算得出:

式中:Wrm为螺旋桨轴对机舱的热辐射量，kcal/h;α'为机舱传热能力，α'=30 kcal/(h·m2·℃);Trm为机舱温度，Trm=40℃。

1.4 艉管后轴承的热辐射量

艉管后轴承的热辐射量可以通过以下的公式计算得出:

公式中参数详见表1。

1.5 艉管首轴承的热辐射量

公式中参数详见表2。

1.6 艉管前轴承中间部分的联接管热辐射量

艉管前轴承部分联接管的热辐射量可以通过以下的公式计算得出:

表1 艉管后轴承的热辐射量计算数据

表2 艉管首轴承的热辐射量计算数据

公式中参数详见表3。

表3 艉管前轴承中间部分的联接管热辐射量计算数据

1.7 循环滑油的散热量

循环滑油的散热量即为艉管轴承的总发热量与艉管和螺旋桨轴的总热辐射量的差值。基于以上计算，艉管轴承总发热量计算为12 375 kcal/h，总热辐射量为11 940 kcal/h。因此，通过滑油循环释放的热量为435 kcal/h。

2 艉管滑油进出口的温度

2.1 滑油循环所释放的热量

艉管滑油进出口的温度可以通过滑油循环的散热量估算出来。滑油循环所释放的热量可以通过以下的公式计算出来:

式中:QR为滑油循环所携带的热量，kcal/h;A为艉管重力油柜和传输管子的表面积，自循环时A=6.034 m2，压力循环时 A=8.034 m2，其中需要增加滑油冷却器的散热表面积2 m2;U为艉管重力油箱和油管的传热效率，U=7 kcal/(h·m2·℃);Tm为进出口滑油温度的算术平均值，℃;Tout为滑油出口温度，℃;Tin为滑油进口温度，℃;Trm为机舱温度，Trm=40℃。

滑油循环所携带的热量也可以通过以下的公式计算:

式中:ρ为滑油的密度，ρ=900 kg/m3;c为滑油的比热，c=0.45 kcal/(kg·℃);V 为滑油的流速，m3/h。

2.2 滑油的进出口温度

根据上述公式可以估算出滑油的进出口温度Tout或者Tin:

2.2.1 自循环

如果是自循环方式，根据经验，其滑油的流速为0.05 m3/h，带入计算滑油进出口温度的公式中，出口温度 Tout为61.01 ℃，进口温度 Tin为39.46 ℃。

2.2.2 艉管滑油泵压力循环

如果滑油泵提供的滑油循环速率为1.0 m3/h时，计算出的出口温度Tout为48.26℃，进口温度Tin为37.18 ℃。

由于滑油冷却器总的热传输效率将比以上计算中的数值大，所以实际中的滑油进出口温度将比计算的要低。

3 结语

如果是自循环滑油系统，滑油出口的温度比允许的温度70℃低。安装滑油循环泵可以降低滑油循环系统的温度。

以上的计算未考虑摩擦阻力。轴与轴承的安装校中程度将决定其摩擦系数的大小。艉管轴承产生的总热量也将增加。但是，螺旋桨和艉管本身的热辐射量是不变化的。这样的结果就是，滑油的出口温度将远远大于允许的出口温度(70℃)。

因此，考虑到轴承安装中的校中问题，建议提供有滑油循环泵的强制循环系统运用于目前所建造的163 000 DWT油船系列。滑油循环和艉管滑油泵的规格参数取决于艉管轴承的尺寸。

U664.81+3

B

2011-08-20

黄宇(1972-)，男，助理工程师，主要从事船舶轮机设计。