调距桨轴系对中及安装工艺程序的优化

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(武汉南华高速船舶工程股份有限公司，武汉 430064)

1 调距桨介绍

调距桨作为特殊的推进装置，常用于工况多变的工程船、公务执法船以及双机并车或多机并车的军用舰船。

调距桨及其轴系结构相当复杂，按其结构可分为3种形式：①变距油缸及活塞设置在桨毂内；②变距油缸及活塞设置在艉轴前端可拆联结法兰内；③变距油缸及活塞设置在与艉轴相连的配油轴内。

图1所示为变距油缸及活塞设置在桨毂内，配油器设置在齿轮箱输出轴前端，艉轴、中间轴及齿轮箱输出轴均为中孔结构，用于安装双油管(图2)。这种结构形式用于8 m以上的长轴系，轴系由艉轴和多根中间轴组成。因配油器安装在齿轮箱输出轴前端，所以必须选配水平异心或角向异心的齿轮箱。

调距桨变距用的液压油(约5 MPa)由动力油柜上的液压油泵提供，经配油器及双油管通至变距油缸。在液压油的作用下活塞的往复运动驱动滑块也作往复运动，滑块的运动驱动桨叶根部圆盘同步旋转，从而达到调节螺距的目的。

1-桨毂；2-活塞；3-滑块；4-桨叶；5-艉轴管后密封；6-艉轴管；7-艉轴轴承润滑油箱；8-艉轴管前密封；9-双油管；10-艉轴；11-可拆联轴器；12-齿轮箱；13-配油器；14-齿轮箱输入轴；15-齿轮箱输出轴法兰；16-艉轴轴承；17-中间轴承图1 变距油缸及活塞设置在桨毂内的调距桨结构示意

图3所示为变距油缸及活塞设置在艉轴前端可拆联结法兰内，配油器设置在齿轮箱输出轴前端，艉轴、中间轴及齿轮箱输出轴均为中孔结构。艉轴的中孔用于安装拉杆，齿轮箱输出轴中孔用于安装双油管。这种结构形式用于短轴系，选配水平异心或角向异心的齿轮箱。

图2 双油管示意

调距桨变距用的液压油由动力油柜上的液压油泵提供，经配油器及齿轮箱输出轴内的双油管进入变距油缸，活塞的往复运动驱动拉杆及滑块也作往复运动，滑块的运动驱动桨叶根部圆盘同步旋转，从而达到调节螺距的目的。

图4所示为变距油缸及活塞设置在与艉轴相连的配油轴内。调距桨变距用的液压油通过配油器经配油轴的径向油孔进入到变距油缸，活塞的往复运动驱动拉杆及滑块也作往复运动，滑块的运动驱动桨叶根部圆盘同步旋转，从而达到调节螺距的目的。这种结构形式既可用于短轴系，也可用于长轴系。用于长轴系时，中间轴不必设计成中孔结构。调距桨及其轴系结构复杂。导致桨毂有“三大”，即桨毂尺寸大、重量大、悬臂负荷大。如果轴系设计及轴承安装不妥，将导致某些轴承支反力为零、或负的支反力、或支反力过大造成轴承比压超出允许比压，甚至导致实际的扭转振动和回旋振动偏离设计计算值[1]，这些都是不允许的。为此，生产厂家均提供《轴系合理校中计算书》[2]，包括如下内容：①轴承负荷计算；②轴系垂直平面内的中间轴承变位计算，即某些中间轴承的中心线相对于理论轴线不能同心，要有一定的高度差；③轴系安装时，其对偶法兰的曲折和偏移；④用顶举法测量轴承负荷，计算书中给出顶举位置和相应的顶举系数。

1-桨毂；2-滑块；3-桨叶；4-艉轴管后密封；5-艉轴管；6-艉轴轴承；7-艉轴轴承润滑油箱；8-艉轴管前密封；9-拉杆；10-艉轴；11-可拆联轴器；12-活塞；13-齿轮箱输出法兰；14-齿轮箱；15-齿轮箱输入轴；16-配油器；17-中间轴承图3 变距油缸及活塞设置在艉轴前端可拆联结法兰内的调距桨结构示意

1-桨毂；2-滑块；3-桨叶；4-艉轴管后密封；5-艉轴管；6-艉轴轴承；7-艉轴轴承润滑油箱；8-艉轴管前密封；9-拉杆；10-艉轴；11-可拆联轴器；12-活塞；13-中间轴承图4 变距油缸及活塞设置在与艉轴相连的配油轴内的调距桨结构示意

《轴系合理校中计算书》中的相关数据都是对船厂在轴系安装完毕检验和船检验收的要求。对于生产调距桨的专业厂家而言，不同功率的调距桨桨毂及其轴系已成为系列产品。所以计算书的准确性较高，因生产厂家可以将实际调距桨及其轴系在安装平台或试验台、大型划线平台上进行测量并验证计算书中的数据，尤其如图3和图4所示的短轴系型的调距桨及其轴系。对图4中所示的结构，计算书中不但给出中间轴承13的计算负荷、顶举位置及顶举系数，同时给出A点的挠度及相应的顶举力。

对于船厂而言，在进行调距桨轴系对中及安装前应根据调距桨及轴系结构的不同形式进行工艺程序的优化设计，以保证调距桨及其轴系的安装质量。

2 调距桨轴系对中工艺程序的优化

2.1 常规桨及其轴系对中和安装工艺程序

常规桨及其轴系在船台仅将螺旋桨、艉轴及艏、艉密封装置安装完毕，中间轴及中间轴承、齿轮箱等设备只是先进舱，待船舶下水后，船舶处于正浮状态，并保持85%的满载吃水时，用排轴法安装轴系并定位齿轮箱和主机。可见，轴系对中及其安装工程绝大部分是在水上完成的。

2.2 调距桨及其轴系对中和安装工艺程序

2.2.1 船台初始对中

所谓船台初始对中，就是参照轴系布置图和轴系结构图，用排轴法在船台将调距桨、轴系及齿轮箱安装并定位。将中间轴承及齿轮箱的活动垫片视作拂配的工艺垫片，一旦中间轴承及齿轮箱定位，对图1、图3所示结构的双油管的长度便可确定，切掉多余预留长度，将配油器安装到位。动力油柜定位并安装，润滑油管和液压油管安装完毕。

桨叶安装(桨叶散供)、轴系安装、双油管安装、齿轮箱定位及安装、配油器安装妥后须做下列试验。

1)用于变距桨变距的液压系统的压力试验，要求油压稳定，不得有内漏。

2)毂内润滑系统的密性试验，稳压不得有泄漏。

3)艉轴艉管装置重力供油润滑系统的密性试验，其艏、艉密封装置不得有漏油现象。

4)变距功能试验。① 启动电动液压泵，高压油由配油器或配油轴进油孔进入变距油缸内，推动活塞进行变距。桨叶变距试验：“0”螺距；最大“正”螺距；最大“负”螺距等，并检查变距的正确性，桨叶根部圆盘上相应的螺距印记与桨毂上的相应印记一一对齐。② 用手动液压泵将桨叶变距到最大“正”螺距(航行中的应急工况)。

2.2.2 船下水后轴系水上最终对中

轴系水上对中的条件是使船舶处于正浮状态，并保持85%的满载吃水。

采用顶举法作为水上最终对中的工艺程序环节。

1)《轴系合理校中计算书》中数据繁多，有的数据可以不采用，例如连接法兰处的曲折和偏移，因轴段中孔已安装了双油管或拉杆，连接法兰已不宜脱开。用顶举法已包含了轴承的变位计算的相关要求，所以用顶举法可作为轴系水上最终对中的工艺程序环节。

2)顶举法测量轴承负荷。

(1)具体方法及步骤参考《船舶推进轴系校中》(CB/Z388—2005)[3]。

(2)中间轴承及齿轮箱原拂配工艺活动垫片处理。

《轴系合理校中计算书》中给出的中间轴承负荷(Q1，Q2，…)，顶举位置(a1，a2，…)及相关的顶举系数(f1，f2，…)，见图5。

1-中间轴承;2-1#中间轴;3-2#中间轴图5 轴承负荷布置示意

假设相应的顶举力为Qa1，Qa2，…按照计算书要求Qa1×f1≈Q1，Qa2×f2≈Q2，…。将艉轴旋转90°后重复以上操作，并记录和计算。

按所测数据绘制每一次顶升和放下的曲线，作线性部分的斜线，与顶升高度计算起点直线的交点分别为A和B，见图6。A和B对应的顶升负荷平均值(A+B)/2即为顶升试验所得负荷。将顶升试验负荷与轴系校中计算负荷比较，在要求范围内即为合格[4]。

图6 轴系校中顶升试验曲线图

若顶升和放下结果偏差较大，或与轴系校中计算负荷偏差较大，应先排除试验本身误差的可能性，比如，B-A>0.4倍计算负荷，有可能是由于摩擦力较大，即顶升试验千斤顶与轴不垂直或未通过轴的中心或千斤顶规格偏大，应进行调整后重新做试验[5]。

如果排除试验本身误差的可能性后，Qa1×f1远大于Q1，说明该轴承位置偏高，可磨削并重新拂配原工艺活动垫片，直至满足要求位置，并紧固这一中间轴承。如果Qa1×f1远小于Q1，说明该轴承位置偏低，可用薄铁皮或铜皮按要求垫在中间轴承座下平面与原拂配工艺活动垫片之间，直至满足要求位置，并紧固这一中间轴承。顶举测量时由船艉向船艏方向逐一进行。在齿轮箱的工艺活动垫片与其相邻的中间轴承的工艺活动垫片一并调节处理后将中间轴承和齿轮箱最终定位并以铰制螺栓锁紧。

虽然调距桨及其轴系结构较复杂，但由于在船台初始对中阶段，将轴系安装、中间轴承初定位及安装、齿轮箱初定位及配钻的螺栓孔已配钻完毕等大部分工作已在船台完成，所以船下水后的轴系对中及安装工作量就大为减少，而且船台施工条件比水下施工条件好、方便、工效高，缩短了施工周期。

水下部件(桨叶及桨毂)在试验时均能目视其动作的正确性和可靠性，为日后的系泊及航行试验的成功提供了保证。

3 结论

基于上述理论分析和方案比较，按其优化工艺程序在实船上进行的一系列相关调距桨及其轴系的润滑和密性试验、液压系统的压力试验及相关的变距灵活性和正确性实验。经实践证明，将调距桨及其轴系对中和安装工艺程序优化成船台初始对中及水下最终对中两个环节是合理的。采取此优化工艺程序所进行的轴系安装可以保证施工周期短，提高工作效率并确保了轴系的安装质量。

[1] 谭祖胜.高速船推进轴系回旋振动影响因素及特点探析[J].船舶工程,1999(3):32-34.

[2] 胡 义,杨建国.船舶推进系统集成设计平台的设计与开展[J].船海工程，2009(5):84-87.

[3] 全国船舶标准化技术委员会指导性技术文件.CB/Z338—2005，船舶推进轴系校中[S],2005.

[4] 李 梓,赵 旭,周剑平.3 600 t化学品船主推进系统安装工艺[J].船海工程,2009(4):1-4.

[5] 陆俊岫,吴庭笙,魏承楣.船舶建造质量检验[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2004.