船舶动力装置设计

螺旋桨无键连接安装工艺研究

船舶在运行中，轴系起着传递主机功率和螺旋桨推力的作用，因此对轴系的设计有许多特殊的要求。其中，对螺旋桨与螺旋桨轴之间的连接，主要有以下要求：

1、工作可靠和较长的使用寿命；

2、制造、安装方便；

3、密封良好，以免海水对螺旋桨轴的腐蚀。

基于以上三点，传统的螺旋桨与轴之间的有键连接形式已经难以满足要求，特别是对于大型船舶的轴系。有键连接不仅加工工艺复杂，而且拆装十分困难。尤其键槽很容易被海水腐蚀，从而影响使用寿命。

螺旋桨无键连接(keyless propeller)是不借助于键，而是借助于用过盈或黏接方法将螺旋桨装配在螺旋桨轴配合锥面上的安装方式。它依靠螺旋桨与螺旋桨轴的锥体结合面间足够大的过盈配合而产生的摩擦力来传递扭矩。与传统有键螺旋桨相比较，无键连接有以下明显优点：

1、 制造工艺简单。

2、 扭矩传递过程应力分布均匀，安装过程数据化、图表化。

3、 配合紧密，使用寿命长，安装拆卸过程方便可逆。

现在，国内外远洋船舶一般采用液压无键连接的方式。这种连接形式，主要是通过液压压力，使螺旋桨锥孔在材料弹性形变范围内，内径扩大，同时利用液压螺母的轴向压力将螺旋桨定量推入，使桨与轴的配合锥面紧紧贴合，当轴向推入到位径向液压压力释放后，螺旋桨与轴形成过盈配合，桨与轴便可靠地连接在一起。液压无键连接具有以下优点：

1、安装工艺简便，施工快捷；

2、拆卸时，不会造成损坏，有利于再次使用；

3、压入量可控，安装质量高；

4、结构简单，机械加工方便，精度便于控制；

5、避免了因开槽对螺旋桨轴产生的强度影响。

螺旋桨无键连接安装工艺主要分为以下几个步骤：

1、压入准备

将螺旋桨，螺旋桨接触表面，油槽及油孔清洁吹洗干净，并涂上一层液压油；将密封装置及“O”形垫圈先套进螺旋桨轴；将螺旋桨轴吊上并套在螺旋桨轴上，要求桨嗀与轴锥部的实际接触面积应不小于理论接触面积的70%，且大端接触情况较小端硬，并使位置标记对齐；旋上液压螺母；将液压油注入手动液压泵组的油箱内，至油面计上部；将一只千分表支架置于隔舱壁前的螺旋桨轴上，千分表触头与尾轴端面接触，以此来监视在压装螺旋桨的过程中，螺旋桨是否移动；另两只千分表支架分别置于螺旋桨轴锥体大端附近，与轴中心线对称安装，千分表触头与螺旋桨端面接触，以此测量螺旋桨的压入距离。

2、压装螺旋桨

压入量的确定：用温度计测量螺旋桨和螺旋桨轴的温度T1和T2，一般情况下，由于桨和轴是经过较长时间放置在一起的，二者温度差别较小，可取平均值（T1+T2）/2.

3、干装配求出压入的基准点

启动手动液压泵，螺旋桨即开始被压入到螺旋桨轴上，分几次将螺旋桨压入2mm，压入的同时记录压入量和压入力，将每组压入量与压入力所对应的点画在坐标纸上，通过这些点可作出压入量和压入力的关系曲线，将该线延长交A轴于Ao，Ao即为压入的基准点，螺旋桨轴向压入量就从这点开始计量，这一压入量也叫“干压装”。

4、湿式压装螺旋桨

为了使桨嗀内孔膨胀，启动与桨嗀连接的手动液压泵，同时液压螺母内油压也缓缓上升，将螺旋桨轴向推入，控制两只手动液压泵油压，直到把螺旋桨压入到规定的压入量。根据油压和压入量作出螺旋桨压入曲线。

注意：在湿式压装螺旋桨时，一定要先升液压螺母侧的油压，然后再升桨嗀内的油压，液压螺母侧的油压随螺旋桨的压力而下降，但必须保持设定压力

由于螺旋桨无键连接与有键连接相比，耗费人力少，操作时间短、同时拆卸方便安全，且配合良好，所以新建造的大型船舶广泛采用螺旋桨无键连接。

船机桨匹配设计软件应用研究

一、机桨匹配问题产生的原因

机桨匹配问题是从设计任务书的提出直到脱船设计、制造、服役、退役之全寿命管理过程中都存在着，时间长达几十年，问题之复杂又涉及方方面面．认识上也不可能一致。现在谈谈在各个阶段问题产生的原因：

1、设计上存在的问题：

功率零储备的设计(以前)

在新舰艇设计或舰艇改装修理中要求设计螺旋桨时，采用两种类型：一类是舰艇

的最大航速已确定、要求选择螺旋桨基本要素，使舰艇达到此航速而所花费的主机功率最小另～类型是舰艇的主机已经确定，其最大马力、转数等都已确定，要求选择螺旋桨的基本要素，当它用去主机供给的全部马力和转速时能使舰艇达到的航速。

过去在军用舰艇的设计中，一般采用在正常排水量、清洁舰体、平静海面的情况下，按主机最大功率设计螺旋桨及确定最大航速。这种零贮备或满负荷设计。(目前对这种设计方法认为是有缺陷，应该采用有贮备的设汁方法。)这种设计标准是产生杌桨匹配问题原始的重要原因，直接影响到舰艇服役后的正常使用，因为最大航速在作战中是极为重要的，如进攻敌舰时，需要高速接近，占领有利阵地，敌舰逃跑时需要高速追击：脱离战场需要高速转移离开敌舰。因此．按零贮备设计舰艇，在战斗中造成主机超负荷、转数开不上．影响战机。如1965年在福

建崇武以东海战中，由于当时海面风力3—4级、轻浪、中涌，而不是设计时平静海面，因此造成航速下降，影响战斗的进一步展开。

随着导弹和电子设备的日益发展，舰艇最大航速的重要性已有所下降，但追求最大航速的思想仍然存在，有时在战术技术任务书中提出不切合实际的航速要求，造成螺旋桨设计中存在着问题。

机和船同步搞设计

舰艇在设计时选用的主机，应该是经过各种试验、鉴定后的定型产品。但是由于国内在机型的设计、制造存在的问题，可选用的机型很少，选择国外的机型难度很大。这样在舰艇设计时，为了赶进度，经常会选用那些正在试制的机型作为舰艇的主动力；有时甚至尚未设计好就被选上，造成机和船同步搞设计。例如K型舰。就是搞同步设计，结果船体造好了，主机未过关，功率达不到要求，后经领导同意将主机装船，试航时发现问题很多，最后仍然交给部队使用，可是由于设备不齐，技术参数达不到要求，只使用了很短时间就报废了，造成很大的浪费。

另外为了解决工厂的生产和部队舰艇装备的需要，工厂提出了将不过关的主机从18缸减少至12缸，马力下降三分之一，设计一新船型的护卫舰，称简易护卫舰，用来代替部队正在使用的老、旧、杂的护卫舰。这个方案于74年8月在北京会审，经领导同意：“由工厂抓好船和主机的设计、试生产，于第二年lO月交舰给部队使用，舰速达到xx节。”这是典型的机和船同步搞设计，边试造主机、边造船的例子。虽然经过努力，主机造出来，但其功率达不到预期的指标，只好降低要求装船使用，试航时主机的功率、航速都达不到设计任务书的要求，而螺旋桨仍然使用原来的，所以。实际上该型舰的船、机、桨在制造时就存在着不匹配问题，直到在修理时进行了试验研究，割浆后才能解决了造船时留下的问题。

机变桨不变的设计

在设计时，船型、机型、螺旋桨确定后，其舰船的航速即确定。但当主机改型，船型不变，这时螺旋桨就应作改变，或重新设计。这个道理是很清楚的，但就有个设计院在设计海军某型拖船时，由原来选用国产机型改为进口捷克制造的机型，其参数改变了．在设计时未能对原船型及螺旋桨进行重新设计，而是套用国产机器拖船上的螺旋桨，结果在试航时航速达不到要求，就交给部队使用，可是很快发现主机拉缸，修后仍然发现主机工作不正常，几艘拖船有三艘停舷待修。为了解决这个问题，走访了设计部门、制造厂，可得不到解决的方法，只好由装备维修部门组织研究、试验，结果发现主机发生的问题，都是机桨匹配存在的问题所引起的，经过割桨，解决了这型拖船的老大难。

2、造船时存在的问题

造船厂建造舰船时是按照设计资料、图纸、造船规范、工艺要求进行的，这是保证造船质量和总体性能的关键。而螺旋桨在制造时都能按照图纸要求施工、验收，但是对螺旋桨在造船中的藿要性、机桨轴马力的测试、资料的提供和移交等问题重视不够，下面就谈这些问题。

螺旋桨的制造工差

螺旋桨在铸造和加工时，要求很高，一定要按照图纸及有关制造、加工测试规范进行，特别是直径(D)和螺距(H)的变化，影响是很大的。例如有一型快速艇，当螺旋桨的直径(D)增大1％时，其主机马力消耗增加2％；当螺距(H)增大1％时．其主机马力消耗增大3％。

造船厂虽然重视了螺旋桨制造质量，而军代表也验收了。但根据已服役的几型舰

船先后出现的问题，经组织机桨试验研究后，发现造船厂或专门生产螺旋桨的工厂，在螺旋桨的制造上都存在不同程度的问题，影响了舰船的正常使用。

没能测试机桨匹配

由于船、机、桨三者的关系问题，尚未引起有关方面的足够重视，对舰船的储备功率认识也不一致。因此对新建造的舰船在交船试验、试航时，就没有测试轴马力的项目，也就不知道当舰船处在最大航速时，主机是否超负荷?这是一项很重要的技术指标．可是只有首制舰艇测试轴马力，但不作移交。对后续舰艇尚未列入试航大纲。

未交机桨匹配资料

由于在交船试验时，未能测试舰船在各种航速下机桨匹配的工作参数，也就无法建苞机桨匹配图谱等有关资料，这样，在舰船移交时，就缺少机桨匹配的资料。对此，造成了舰艇部队及维修部门不了解舰船机桨匹配是否存在问题，如何正确使用和维修。

3、使用中存在的问题

机动性是舰艇重要的战术技术性能之一，而机动性则由船、桨、机的匹配以及操纵鸵系统来实现的，可是在现实中确是存在不少问题。

缺少机桨匹配知识

舰艇在作战、训练以及执行El常勤务，从离码头到靠码头，要经过无数次的变速转向等动作来保证舰艇的正常航行，达到舰艇的机动性，这个过程全由舰艇部队舰员来完成。可是他们对这一过程中机、桨的变化规律了解甚少．也没有可参考的资料，因此，如何正确掌握这些变化规律，以便采取必要的措施，防止事故的发生也就成问题了。如高速艇在海上变速中，负荷过重，几次尾轴扭转切断掉海．舰员都束发现．直至艇上排后才发现，切断一根尾轴，掉了一个螺旋桨。

装载过重产生问题

舰艇设计师在清洁船体、平静海面的情况下，按正常排水量主机最大功率设计螺旋桨和确定最大航速。有时在使用舰艇时由于训练，作战的需要往往是满载或超载出港，这样无形中就给机、桨匹配增加一些压力，造成一些困难。海上经常发生主机负荷过重，转速下降，排黑烟，航速达不到预期的指标；有时主机还发生故障．使部件损坏，停机返航等问题。

保养问题影响使用

按规定上排，进坞保养船体是一项日常的重要工作，直接影响舰艇的使用问题。但是有些时候，因某些原因不能按时保养船体，或因油漆质量，施工问题，船体的海生物就会急增，在此情况下出海，那舰艇的阻力就会增加．这样要求达到相同的航速，螺旋桨的有效推力就必须加大．影响了．船、杌、桨的合理匹配。

另外舰艇部队对海区、海域、海情、航道等要素也要很好掌握应用，否则也会直接影响船、机、桨的配合。

4、维修时存在的问题

修船工作是舰艇全寿管理的重要阶段，是恢复、提高舰艇技术性能的手段，是保证部队战斗力的组成部分。

机桨同题靠谁解决

安排进厂中、小修的舰艇，由于受到按原样修复思想的影响．修理期间主要修理那些看得到、摸得着、听得出的各种故障的工程，至于舰艇性能上存在的问题，该由谁来管，如何解决?修理部门往往认为性能上的问题，不是自己的责任，而是设计、制造时的遗留问题，应该由他们去解决。同时自己对问题产生的原因、危害性有多大，采取什么办法去解决，确实也不懂，往往只是从维修的角度去处理。如某型艇的机桨匹配问题，开始总认为是主机的事，可主机修好了，闻题仍然存在，多次反复，这才引起维修部门的重视，申请专题研究、解决。