某型船轴系异常振动问题处理及启示

钱卫忠

（海军驻上海地区舰艇设计研究军事代表室 上海200011）

0 引 言

推进系统是舰船的心脏，舰船设计的好坏很大程度上取决于推进系统的设计。而推进轴系作为推进系统的重要组成部分，其作用是将主机的功率传递到推进器，并将推进器的推力传递到船体，推动船舶前进，因此，轴系的设计是推进系统和舰船设计极为重要的部分。某型船在交船过程中出现轴系异常振动问题，该问题的处理过程及其结果可为后续舰船设计及审查工作提供有益启示。

1 存在的问题

某型船的推进系统采用两台8 800 kW中速柴油机推进，后带高弹性联轴节，通过齿轮箱减速后驱动调距桨，为调距桨调距提供动力的配油器装在轴上。2008年4月，在航行试验过程中发现左右轴系的配油器轴段存在明显的回旋振动，配油器壳体振动很大，两者之间又以右桨更为严重。

2 原因分析

问题发生后，领导机关组织了专题质量问题处理会。专家分析：造成配油器轴段异常振动的主要原因是本船轴系在前水润滑轴承和中间支撑轴承间的跨距过大（轴径400 mm，跨距达到7 600 mm），且有两个大的集中质量负荷 （液压联轴器和配油器），其中配油器又是偏心的悬挂质量，致使该轴段产生了较大挠度，在轴系高速运转下（额定转速达171.4 r/min）引起了该轴段的局部异常振动。专家同时认为调距桨不平衡产生的桨叶激振力也可能增大轴系振动，故建议对桨的平衡状态也进行检查。

3 措施与结果

根据专家对轴系异常振动问题的分析意见，采取了以下措施：

（1）组织第三方对轴系的校中和回旋振动重新进行核算；

（2）由总体设计单位提交在配油器轴系段增加临时支撑的方案；

（3）船厂组织施工并重新进行振动的测量。

经第三方复核，轴系的校中和回旋振动计算满足设计规范要求。不过，专家分析后认为由于配油器是悬挂在轴上而非刚性固定在轴上，配油器偏心引起的离心力在轴系的校中和回旋振动计算中没有得到反映，而且国内目前也没有能对此进行准确计算的方法，因此只能进行定性分析。在进行定性分析后，专家都认为增加临时支撑对减小轴系振动是有利的。在配油器轴系段增加临时支撑后重新进行了轴系振动测量，测量结果表明：增加临时支撑后，左轴系配油器轴段振动情况明显改善，而右轴系在低转速下改善明显；当转速达到157.6 r/min以上时，配油器轴段振动有改善，但振动还偏大。

由于左轴系配油器轴系段的振动得到显著改善，专家认为问题的解决方向是对的，右轴系异常振动是加工和安装的原因，建议对右轴系的制造安装质量进行检查。根据专家意见，调距桨生产单位在该船进坞后对右桨进行了彻底检查，发现调距桨在出厂试验后打印右桨叶钢印时出现了差错，致使原应装于1号桨叶孔的桨叶装在了4号桨叶孔上，造成了该两桨叶相互错位90°，导致右桨不平衡力矩值比标准要求超出68%。经重新安装桨叶后，右轴系配油器轴段异常振动现象基本消除。

这些处理措施和结果表明，对产生故障原因的分析正确，采取的措施也有效。在此基础上，船厂将配油器轴段增加的临时支撑改为永久支撑，配油器轴段异常振动问题得到了彻底解决，此后顺利完成了航行试验和交船。

4 分析与启示

处理完该型船的轴系异常振动问题，我们对其他采用调距桨的舰船也进行了分析检查。目前调距桨的配油器在舰船上主要有两种布置形式，多数舰船的配油器设置在轴上，少数舰船的配油器安装在齿轮箱输出轴前端。检查近几年交船的各型舰船的系泊、航行试验记录后发现，配油器安装在齿轮箱输出轴前端的舰船，配油器轴系段振动都正常；而配油器设置在轴上的舰船，大部分轴系振动正常，但有一型舰船配油器轴系段存在轻微的异常振动，不过未影响交船。

经检查比较，配油器设置在轴上但轴系振动正常的舰船，配油器轴系段的长度均特意缩短了10%左右（如某型船轴径450 mm时，中间轴承间距仅为6 400 mm），因此该轴系段的挠度比较小，没有产生异常振动；而存在轻微异常振动的该型舰船，轴系段相对较长，故此轴系段挠度较大。

近年来，舰船设计中采用调距桨的越来越多，设计师对配油器布置位置有各自不同的处理办法。一般舰船设计中将配油器设置在轴上和在齿轮箱输出轴前端都可以，两者各有优缺点。设置在轴上，可以缩短液压油管长度、提高调距的速度和精度，但缺点是配油器的转动惯量较大、且是偏心结构，故在该段轴上形成很大的离心力。所以采用此种布置方式时，配油器轴段的中间轴承间距应较常规的布置适当缩小（一般缩短10%左右），并要对调距桨的生产单位提出配油器的加工精度要求，尽量减小转动惯量及其偏心距。而将配油器设置在齿轮箱输出轴前端，可以从根本上避免配油器可能造成的异常振动，且便于配油器的检修，但缺点是调距桨液压油管路较长，调距的速度和精度受到影响。此外，配油器设置在齿轮箱输出轴前端，要求齿轮箱输入、输出轴为异心布置的形式，能否采用该布置形式，则需根据机舱和轴系布置的条件综合权衡。

5 结 论

经过对问题的处理和讨论，我们对调距桨推进舰船轴系设计规律有了进一步认识，总结了配油器在轴上布置位置的设计规律，并与设计师达成共识，即对短轴系（通常长度在50 m以下）一般宜采用将配油器设置在齿轮箱输出轴前端的方案；对长轴系（通常长度在50 m以上）宜采用将配油器设置在轴上的方案，但此时应对配油器段的挠度给予充分重视，适当缩短配油器段轴系长度。

［1］中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册 轮机分册［M］.北京：国防工业出版社，1999.

［2］中国船级社.船上振动控制指南［M］.北京：人民交通出版社，2000.