船舶螺旋桨无键安装压入计算与装配工艺

广东造船２０１７年第３期（总第１５４期）　船舶螺旋桨无键安装压入计算与装配工艺　庄先锋　（中远海运散货运输有限公司，广州５１０２２０）　

摘　要：船舶螺旋桨与尾轴的无键联接方式在大中型船舶上广泛采用，而螺旋桨无键安装压入计算的正　确性和安装质量的好坏，直接影响到船舶轴系运行的可靠性。本文以５７　０００　ＤＷＴ散货轮为例，探讨螺旋桨　无键联接的计算方法及其安装工艺。　关键词：螺旋桨；油压安装；压入计算；装配工艺　中图分类号：Ｕ６６１．３３　文献标识码：Ａ　

Ｔｈｅ　Ｋｅｙｌｅｓｓ　Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｐｒｅｓｓ－－ｉｎ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　Ｓｈｉｐ　

ＺＨＵＡＮＧ　Ｘｉａｎｆｅｎｇ　（ＣＯＳＣＯ　Ｓｈｉｐｐｉｎｇ　ＢｕｌｋＫ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０２２０）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｋｅｙｌｅｓｓ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｈｉｐ　ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ　ａｎｄ　ｔａｉｌ　ｓｈａｆｔ　ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｌａｒｇｅ　ａｎｄ　ｍｅｄｉｕｍ—　ｓｉｚｅｄ　ｓｈｉｐｓ．Ｉｔｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ，ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｈｉｐ　ｓｈａｆｔｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａｌｓｏ　ｒｅｌａｔｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｗｉｔｈ　５７０００　ＤＷＴ　Ｂｕｌｋ　Ｃａｒｒｉｅｒ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｂｙ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ；Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ；Ｐｒｅｓｓ—ｉｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；Ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｐｒｏｃｅｓｓ　

１　前言　螺旋桨与轴的联接方法，主要有有键联接法、无　键联接法和环氧树脂胶合法等形式。其中，无键联接　法通常是采用油压方法将螺旋桨冷套装在无键锥体尾　轴上的一种安装拆卸方法，具有装拆方便、可减少尾　轴应力集中等优点。本文以５７，０００ＤＷＴ散货轮为　例，对螺旋桨无键安装压入计算和装配工艺进行探　讨　

２　螺旋桨无键安装压入计算　螺旋桨无键安装需要计算的主要内容包括：轴向　推人量计算；轴向推力计算；起始点负荷计算。　２．１计算原始参数　（１）主机参数　型号　额定功率（ＭＣＲ）　额定转速　名义扭距ｆＭＣＲ）　

ＭＡＮ　Ｂ＆Ｗ　６Ｓ５０ＭＣ—Ｃ　Ｎｅ：＝９　４８０　ｋＷ　ｎｅ＝＝１２７　ｒ／ｍｉｎ　７．１２９ｘ　１０５　

（２）螺旋桨轴参数　材料　弹性模数　泊松比　线膨胀系数　（３）螺旋桨参数　材料　弹性模数　泊松比　线膨胀系数　屈服强度　推力　（４）结构参数　螺旋桨轴尾端锥度　套合接触长度　轴中孑Ｌ直径　套合接触处轴平均直径　桨毂平均外径　锻钢　Ｅ１＝２０．６　Ｘ　１０４　Ｎ／ｒａｍ　１＝０．２９　ｌ＝１２　Ｘ　１０　℃　

镍铝青铜　Ｅ．＝１１．８Ｘ　１０４Ｎ，Ｉｎｍ　２＝０．３３　＝１７．５　Ｘ　１０一　℃　

。＝２４５Ｎ／ｍｍ　８＝９．４８６Ｘ　１０５Ｎ　

Ｋ＝１／２０　Ｌ＝１　０３９　ｍｍ　ａｏ＝＝ｏｉｎｔｏ　ｄｌ＝４８２．４７ｍｍ　ｄ，＝９８９－３７　ｍｍ　

作者简介：庄先锋（１９７３一），男，轮机长。　收稿日期：２０１７－０４—０７　ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ　ＳＨＩＰＢＵＩＬＤＩＮＧ广东造船２０１７年第３期（总第１５４期）　建造与修理　（５）其它参数　套合接触面积　Ａ＝１Ｔ×ｄ１×Ｌ＝１．５７７×１０６　ｍｍ　系数　Ｋｌ＝ｄ０／ｄｌ＝０　Ｋ２：ｄ２／ｄ１＝２．０５２　Ｃ１＝（１＋Ｋｌ　）／（１一Ｋ１　）一　１＝０．７１　Ｃ２＝（Ｋ２　＋Ｉ）／（Ｋ１２－１）＋　２＝１．９１　２－２轴向推入量计算　如采用无键安装螺旋桨的装配工艺（见图１），装　配完成后应保证螺旋桨锥孔与尾轴锥面的摩擦力能达　到传递足够扭矩，并保证螺旋桨内孔接触面不会产生　塑性变形。为此，在装配前需要对螺旋桨轴向推人量　进行计算。　

卜＿＿一　苫一　

ｉ　Ｌ　ｓ４９．●　

图１套合部位结构图　根据ＣＣＳ规范，推人量ｓ需满足以下要求：　Ｓ１≤Ｓ≤Ｓ２　，　（１）　式中：　配轴向推入量，ｍｍ；　Ｓ　——最小轴向推人量，ｍｍ；　

——最大轴向推入量，ｍｍ。　最小轴向推入量ｓ　按下式：　Ｓｌ＝［４　７７５０×１０４×Ｎ　×－ｑ／（Ａ×Ｂｅ）×（Ｃ１／Ｅ１＋Ｃ２／　Ｅ２）＋（仅２一　１）×（３５－ｔ）×ｄ１＋０．０３］／ＫＳ２＝［０．７×１３＂。×ｄｌ　×（Ｋ２２—１）／（３Ｋ２４＋１）　×（Ｃ１／ｇ１＋Ｃ２／Ｅ２）一（仪２一　１）×ｄｌ　×ｔ］／Ｋ　（２）　当螺旋桨套合时的温度ｔ＝０　ｏＣ时：Ｓ。　＝１１．３３，　Ｓ２－０—１４．２０；　ｔ＝３５　ｏＣ时：Ｓｌ－３５＝９．４７，Ｓ２＿３５＝１２．３４。　因此，当ｔ＝０　ｏＣ和３５℃时的推人量为：　Ｓｏ一（ｓ１．０＋ｓ　）／２—１２．７７；　Ｓ３５＝（Ｓ１－３５＋Ｓ２－３５）／２＝１０．９０。　图２为推人量与温度关系图。图中，最高处的直　线为压人最大值，最低处的直线为压人最低值，中间　处的直线为平均压人值。　

图２推入量与温厦关系图　２．３轴向推力计算　通过液压螺母将螺旋桨安装至尾轴理论位置所需　的轴向推力，按下式计算：　Ｆ＝ＰＡｓｉｎ　＋　ＰＡｃｏｓ仪　（３）　式中：Ｆ一螺旋桨安装时所需的理论轴向推力，Ｎ；　Ｐ———一比￡匡，Ｐ＝（Ｓ×Ｋ／ｄ１）×［１／（Ｃ１／Ｅ１＋Ｃ２／Ｅ２）】＝５．２８Ｓ　Ｎ　：　——螺旋桨与螺旋桨轴的压人摩擦系数；　ｓｉｎｅ￣＝Ｋ／（Ｋ２　＝０．０２５；　ＣＯＳ　＝２／Ｋ　：０．９９９７。　取　为０．０１、０．０２、０．０３三种状态：　当　＝０．０１时，Ｖｏ－０１＝２．９６×１０６Ｓ　Ｎ；　当　＝０．０２时，Ｆｏ－０２＝３．７５×１０６Ｓ　Ｎ；　当　＝０．０３时，Ｆｏ０３＝４．５８×１０６Ｓ　Ｎ。　将计算结果绘成推人量与推力关系图（见图３）。　由于实际安装时，有许多外界因素直接影响推力，而　摩擦系数也各不相同，因此推入量与推力可用插值法　确定。　

５６　４８　４。　３２　２４　】ｅ　８　

０　

图３推入量与推力关系图　２．４起始点负荷计算　起始点负荷，就是油压推入时的起始负荷。螺旋　桨套合到尾轴后，在桨毂内无油压情况下将螺旋桨推　人轴锥端，并使其内孔与尾轴锥面紧密结合。推人起　

６３　广东造船２０１７年第３期（总第１５４期）　始点时，桨毂孔与轴锥面的实际接触面积应不小于理　论接触面积的７０％，达到此要求后才可进行下一步的　油压推入装配工作。　起始点负荷按下式计算：　Ｗ＝Ａ（０．００２＋Ｋ／２０）［Ｐ１＋１８（仪２一　１）／Ｂ３］　（４）　式中：ｗ一开始压装螺旋桨时的轴向推力Ｎ；　Ａ一理论接触面积，Ａ＝Ｉ．５７７　Ｘ　１０６　ｍｍ　；　Ｋ一锥度，Ｋ：１／２０；　Ｏ／＿１一轴线胀系数，Ｏｔ　ｌ＝１２　Ｘ　１０－６／￣Ｃ；　０【２一桨线胀系数，ｏｔ　２＝１７．５　ｘ　１０－。／￣Ｃ；　Ｐｌ＝２ＭＩ［Ｉ＋Ｖｌ（Ｆ１２／Ｍ　＋１）　一１｝／ＡＫＶ１＝６０．３５Ｎ／ｍｍ　；　Ｍ一螺旋桨推力，Ｍ＝９．４８６Ｘ　ｌ０ｓＮ；　Ｖ１：０．５１　Ｘ（　４，Ｋ）‘一１＝２．４５；　一油压套装螺旋桨时毂与轴的摩擦系数，取　４＝０．１３；　Ｆ１＝２Ｑ（Ｉ＋Ｃ）／ｄｌ＝３．５５　Ｘ　１０）ｋｇｆ；　Ｑ一所选用功率和转速时的平均扭矩，　Ｑ＝７．１２９　Ｘ　ｌ０ｓ　Ｎ．ｍｍ；　ｃ～选用转速下扭矩波动量与此转速下平均扭矩　的比值，取Ｃ＝０．２；　Ｂ３＝Ｃｌ／Ｅ１＋Ｃ２，Ｅ２＝１．９６Ｘ　１０－　；　Ｅ　一桨轴材料弹性模数，Ｅｌ＝２０．６　Ｘ　ｌｏ４　Ｎ／ｍｍ　；　Ｅ２一桨毂材料弹性模数，Ｅ２＝１１．８０　Ｘ　１０４　Ｎ／ｒａｍ　；　Ｃ广一同前，Ｃ】＝０．７１；　Ｃ，一同前，Ｃ，＝１．９１。　液压螺母活塞环形面积Ａｐ＝Ｉ．０５６　Ｘ　１０５　ｍｍ２；　液压螺母活塞所需油压Ｐ＝Ｗ／Ａｐ＿４．３９　Ｎ／ｎｕｎ　（Ｐａ）。　代人公式（４），可得起始点负荷为：　Ｗ＝４６４　１　１　１　１　Ｎ　３螺旋桨无键安装工艺　３．１车间内验证　（１）螺旋桨锥孔与尾轴锥面的拂配　在安装前，应对螺旋桨轴锥部与螺旋桨内孑Ｌ进行　拂配，其接触面积应不小于理论接触面积的７０％，且　每２５　Ｘ　２５　ｍｍ。内不少于３个油斑点，特别是在锥孔的　两端不得有间断之处，用０．０３　ｍｍ塞尺检查，插入深　度不应超过１０　ｍｍ，宽度不应超过１５　ｍｍ，做好拂配线。　（２）螺旋桨锥孑Ｌ与尾轴锥面的清洁　在安装前，应先用清洗剂清洗螺旋桨锥孔和螺旋　桨轴的锥面，使配合表面无油脂等杂物。　ｆ　３１螺旋桨的吊装　将螺旋桨吊装到位，并旋上液压螺母拧紧到位。　液压螺母旋人前，应清洁螺母内螺纹及尾轴外螺纹。　ｆ４）螺旋桨车间试装及拆卸　在车间内场必须先正式试装合格，检查有无泄漏　等异常情况现象，并记录推人量及油压力。试装步骤　与船上安装相同，螺旋桨拆卸步骤如下：　①松开液压螺母，在螺母与桨毂端面之间垫上木　板，木板与桨毂端面之间保留问隙约为１０　ｍｍ；　②将桨毂上的进油管接好（径向压力腔），放掉　系统内空气；　③缓慢升压，待升至装配记录油压时停止升压，　螺旋桨可顺利松下；　④若仍拆不下时，可将油压继续缓慢升高，直至　桨松动为止；　⑤在拆卸过程中，如有异常情况，应在恢复正常　后方可进行下一步工作。　３．２螺旋桨船上安装　在完成上述车间验证工作后，进行船上安装工作。　（１）接通液压管路，安装磁Ｉ生千分表，如图４所示；　

图４螺旋桨液压安装示薏图　ｆ　２　１测量桨毂及螺旋桨轴的温度，两者温度应相等。　然后根据螺旋桨液压安装计算中的推入量及温度曲线，　选取中间一根，算出该温度下的推人量。　此外，推人量的确定，也可根据下式计算：　ｄｔ＝１２．７７—０．０５３　４２８　５７１　４ｔ　（５）　式中：ｔ一桨毂与轴的温度。　ｆ　３）打开（轴向）阀１向液压螺母泵油，放尽内部　空气，然后起压，当油压升至起始点计算值４．３９　ＭＰａ　时停止供油，将两只磁力百分表调整至零位，即完成　初始压入；