1000吨渔政船推进长轴系轴承布置分析

摘 要：本文介绍了1000吨渔政船18米推进轴系设计和轴承的布置情况，通过合理校中方法对几种轴承方案进行比较，优化轴承设计和布置，探讨了船舶推进长轴系设计的流程和要点。

关键词：可调桨；齿轮箱；长轴系；合理校中；回旋振动

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.246

1 引言

公务执法船主机一般布置船舶中部或艏部，大型公务执法船推进轴系较长，配置的轴承数目较多，需要通过合理校中计算进行方案比较，优化轴承数量和布置。本文通过实际项目的分析探讨了船舶推进长轴系的主要设计要点。

2 主要参数

1000吨渔政船布置形式采用两台中速柴油机并车，通过双机单出齿轮箱驱动可调桨。轴系由艉轴、中间轴一和中间轴二组成，轴系全长约18米。轴系布置图见图1。

主要参数：主机功率：2x2720kW；螺旋桨转速初定为203rpm；

3 推进轴系和轴承布置方案论证分析

3.1 推进轴系初步设计

按照本船总体性能和机舱布置要求，螺旋桨中心和柴油机位置已经确定，因此轴系长度基本上确定在18米左右。按照船规要求计算艉轴和中间轴的最小直径。初步计算出最小轴径[1]。

其中，柴油机驱动F=100，Ne为柴油机额定功率（kW），特性系数C=1.22（艉轴），C=1（中间轴），ne=额定转速（rpm），Rm=轴的抗拉强度（MPa）。通过计算螺旋桨最小计算直径为329mm，实际轴径取345mm；中间轴最小计算直径为270mm，实际取280mm。

3.2 轴承的初步布置

轴承主要承受轴系的重力、水流对可调桨的径向力和运转过程中的不平衡径向离心力等。由于结构的原因，本船的艉管很短，前后艉管轴承的跨距比较小。中间轴承一、中间轴承二和艉管前轴承之间的跨距值根据船舶设计实用手册的推荐公式[2]：

式中，l/d为轴承跨距与轴径的比例，d为轴径（cm）。

计算出中间轴轴承之间的跨距比为：8.3

方案一：由于船体结构限制，艉管前后轴承的跨距比（l/d）仅为7.8，跨距比偏小，初步考虑取消艉管前轴承，两根中间轴上设置两个中间轴承，中间轴承一与艉管前端面跨距2100mm，中间轴承一和中间轴承二之间的l/d=22.5。

方案二：保留艉管前轴承，两根中间轴上设置两个中间轴承，中间轴承一与艉管前轴承跨距比l/d=15，中间轴承一和中间轴承二之间的l/d=19。

方案三：保留艉管前轴承，两根中间轴只布置一个中间轴承，大概布置在两根中间轴中间，跨距比l/d=26。

3.3 合理校中设计和回旋振动计算

（1）合理校中模型建立和计算。可调桨比定距桨多出了桨毂部分，螺旋桨部分比较重，艉管后轴承作用点偏向后方1/7处。通过三弯矩理论建立的轴系的校中模型，计算出冷态情况下的轴承负荷和回旋振动频率，见表1。

（2）方案分析。首先考核三种方案的回旋振动频率，第三种方案和第二种方案四叶可调桨叶频不满足船规要求的不在0.85倍螺旋桨额定转速范围内，存在振动的风险。

方案一取消了前轴承，各轴承之间的跨距比比较合理，轴承负荷均满足设计要求，回旋振动也满足要求。但是取消艉管前轴承后，艉轴在安装时缺少固定的前支点，艉轴轴线无法定位。需增加相应的工装进行调整，不仅增加安装难度，而且缺少前轴承对前密封安装和密封性能有一定影响。此外，两个中间轴承的负荷偏大，实际使用中易出现轴承发热的现象。

方案二保留了前轴承，由于跨距比较小，艉管前轴承负荷比较小，存在轴承脱空的风险。通过合理校中的方法，将中间轴承一高度降低，增加了艉管前轴承的负荷。该方案虽然比方案一多了艉管前轴承，但是艉轴穿入艉管后，前后两个轴承可以保证定位整个轴线，降低了安装难度。但是回旋振动无法满足要求，通过改变轴承跨距或轴径也没有得到根本改善，因此只有改变螺旋桨的叶数，采用五叶可调桨。

方案三不仅回旋振动不满足要求，而且轴承负荷过大，该方案明显不合理。

综合考虑，最终选择了第二种方案。

3.4 实船轴系安装和试验

轴系安装完成后，通过顶升方法对艉管前轴承、中间轴承一和中间轴承二的实际负荷进行了测量，绘制顶举曲线计算出各轴承的实际负荷。前轴承的实际负荷为0.15Mpa，运转稳定45℃；中间轴承一负荷为0.36Mpa，运转温度为52℃；中间轴承二负荷为0.42MPa，运转稳定为55℃。各轴承负荷和运行温度满足船规要求。

3.5 总结

通常船舶普通轴系设计一般按照船规公式计算最小轴径，根据船体机构布置轴系，通过经验公式确定轴承跨距基本上可以完成轴系设计。但是推进轴系比较长的可调桨系统在轴系前期方案时需考虑多种因素，需要按照下文的设计流程进行多次调整和修改，同时借助通过校中和回旋振动计算，方能确定最优的轴承布置方案。文中三种方案都满足经验公式要求，但是通过详细计算，第一种方案和第三种方案并不是最优的，特别是第三种方案明显不可行。

长轴系和轴承布置的主要设计要点为：轴承初步布置时要选择合适的跨距比，如跨距比过小，则考虑取消一个轴承。基于安装考虑，不建议取消艉管前轴承，可通过合理校中设计增加该轴承的负荷。

初步方案确定后必须进行轴系校中和回旋振动计算。

如回旋振动转速范围无法满足要求，结构限制无法改变轴跨距，则通过改变螺旋桨的桨叶数目来改变叶次频共振转速，这是一种非常有效的解决方法。

参考文献：

[1]钢制海船入级规范（2006）.北京：人民交通出版社，2006.

[2]中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册[K].轮机分册，北京：国防工业出版社，1999：133.

作者简介：陈生华（（1979-），男，硕士研究生，工程师，研究方向：船舶推进。