船舶轴系浅谈

轴系修理工艺汇编：张培宇2020/3/1511.理解轴、桨、舵安装工艺及安装要领2.组织测量、记录、划线、定位等一般作业3.组织进行主机台划线、钻孔作业4.理解轴心线定位测量方法5.理解舵承的定位安装方法6.理解舵机的定位方法7.艉轴及舵杆衬套压入方法的理解和初步组织操作8.理解和初步组织进行艉轴密封的安装9.理解和初步组织进行螺旋桨的安装10.初步组织进行舵杆、舵销安装作业11.能对初、中级人员进行要领和图纸的讲解及现场作业的指导12.初步组织干冰等冷冻工艺的使用2020/3/1521、轴系的任务及组成1.1轴系的任务轴系的任务就是将船舶主机的功率传递给螺旋桨；而螺旋桨的旋转所产生的轴向推力传给船体，以推动船舶运动。1.2轴系组成及要求每一艏船从它的机舱到船尾都有一定的距离，特别是那些主机舱设在船体中部的一些船舶，它的轴系很长，有的甚至达百米之多这样长的传动轴系，如果把它制成为一个整根，那是无法设想，也是不现实。因此，为了制造加工、吊运、和拆装维修等原因的方便起见，船厂往往将轴系分为许多节并用联轴节（又称：联轴器、法兰、联轴节）按照轴线要求加以联接而成。而每节轴则按其用途可分为推力轴、中间轴、艉轴（螺旋桨轴）等。它的组成为：主机：它是船舶推进的动力为直接传动形式的主机。这样的主机（主发动机）都可作正倒车运转，以满足螺旋桨作功的需要。而对采用中高速的柴油机或不可倒转的主机，则在主机后面需增设有减速齿轮箱和离合器等设备。推力轴：它的前端有联轴节（法兰、联轴节）与主机或齿轮箱的输出联轴节相连接，其后端的联轴节则与中间轴的联轴节相连接。推力轴和推力轴承组合为一整体部件。2020/3/153轴系结构简介推力轴承：它是承受螺旋桨作功时通过推力轴所传递来的推力，并通过自身再将推力传给船体，使船体前进或后退。中间轴：是用来连接推力轴和艉轴的。中间轴承：主要用承受中间轴的径向负荷和它的重量。隔舱填料函：用来保持轴系穿过水密隔舱处的水密。艉轴：（或螺旋桨轴）：用来连接中间轴和螺旋桨，并用来带动螺旋桨的转动。艉轴管：用来支承螺旋桨和艉轴，并使它们在其中转动。这里一般还安装油封或水封装置，以保持密封性。艉轴管支承：主要是用来支承艉轴管的。现船厂新造船舶时，为确保轴线质量和艉轴管的安装正确，一般都需在现场进行艉轴管支承的孔径镗削。螺旋桨：螺旋桨通常装于船的艉部，且没入水中，与主机之间用钢轴联结并作旋转运动。螺旋桨转动时，桨叶推水向后，由于水的反力而推船前进，船舶一般都装一个螺旋桨，也有装两个的；在军舰上，则有装置三至四个螺旋桨的，螺旋桨的效率较高、加工工艺简单，是目前应用最广泛的一种船舶推进器。螺旋桨是用来推动船舶前进或倒退的。它的形状，好像风扇的叶片，所以又称“车叶”。总之，轴的数目和长度及附件配置等，常与船型、大小、机舱位置和动力装置类型等有关。2020/3/154轴系结构简介为满足现代船舶的要求，保证轴系能在各种航行工况和恶劣环境下可靠工作，轴系应具有：1）足够的小；强度和刚度，对船体变形适应性强；2）传动损失3）工作中避免发生横向、纵向和扭转的共振；4）良好的密封、润滑和冷却；管理维护方便。2020/3/155结构图螺旋桨将军帽大螺母鱼网刀防绳罩中间轴承艉柱推力轴承首尾密封白钢套首尾白合金轴承中间轴法兰螺栓2020/3/156船舶主推进系统轴系示意图2020/3/1572.1.直接传动，在主机与螺旋桨之间，除了传动轴系之外，别无其他传动功率的设备，这一传动型式，我们称之谓直接传动。直接传动的特点：传动效率高，经济性好。2.2.间接传动，在主机与螺旋桨之间，除了传动轴系之外，还设置了减速齿轮箱和离合器等装置，我们称为间接传动型式。采用高、中速柴油机作主机时，配合以减速比适宜的减速齿轮箱，可以降低螺旋桨的转速提高推进效率。该类主机为不可逆式，免去倒车机构，其正倒车由离合器装置来实现。2.3.电力传动，电力传动由发电和主机推进装置两大部分组成。主机带动主发电机，所发出的电能经配电板供给该船另一船舱里的推进电动机，用以驱动螺旋桨旋转。主机的转速不受螺旋桨转速的限制，可采用高速或中速柴油机，且能在恒速下运转，转向不变。只需改变推进电动机的电流方向，就可实现螺旋桨的正反转，故主机可采用不可逆式柴油机操纵，简便、灵活。停航时，主机所发出的电力可供他用。由于该传动装置具有操纵性能好，布置方便等优点，所以在某些工程船舶和特种船舶上采有，如拖船、渡船、挖泥船、布缆船和破冰船等。2.4.Z型传动,下图是Z型传动装置原理图。该装置分功率传递部分和螺旋桨绕竖轴的回转部分。功率传递部分：柴油机.所发出的功率经弹性联轴器、万向节传动轴、上锥齿轮、竖向传动轴、下锥齿轮、螺旋桨等，从而达到推动船舶航行。由于该装置功率传递过程较复杂，因此传动效率低。因为该推进装置具有操纵性能好等优点，所以最适用于港内作业船和航行于狭窄航道的小型运输船舶上。2020/3/1582.5.可调螺距螺旋桨传动这种装置的结构特点是桨叶与桨毂分开制成，通过调距机构可使螺旋桨的桨叶转动，以改变桨的螺距，从而改变螺旋桨的桨叶转动，以改变桨的螺距，从而改变螺旋桨推力的大小，以使桨及船的负荷相适应。当调整桨的螺距并使螺距为负值时，则推力为负值，船将开始后退。（后详细介绍）2020/3/1591.尾轴的检修2.艉轴管装置的检修3.中间轴和推力轴及其轴承的检修4.轴系的安装工艺5.螺旋桨的检修6.轴系修理后的验收施工注意要点：轴系工程是一项整体性很强的综合性工程，各施工人员、工种之间、班组之间应增强整体观念，克服本位主义，加强信号联络，协调配合，高效优质地完成工作。2020/3/1510轴位尾于轴系末端，穿过尾轴管伸至船外与螺旋桨或螺旋桨连接，首端同最后一节中间轴相连，尾轴是船舶轴系中推动船舶前进的重要部件之一，它承受着螺旋桨的扭矩振动推力和重力等的作用，同时还受到海水腐蚀。下图艉轴的结构，其中图（a）是整锻法兰（或焊接法兰）的艉轴结构；（b）是可拆法兰的艉轴结构，在艉轴的前后轴颈上采用铜套包覆，在其它非工作表面上用浸透环氧树脂剂的的玻璃布包扎防腐。这种结构在沿海地区船舶中采用得最多。艉轴装在穿过船壳的艉轴管中，支承在艉轴管轴承上，它的前端用联轴节（法兰）与中间轴（或推力轴）连接，并依靠锥体上螺母将螺旋桨固紧在艉轴上，紧固螺母的螺纹方向应与船舶前进时的转向相反，以避免螺母松动而发生事故。此外螺母还应有锁紧装置（如止动片、防松螺钉、定位块等）。螺旋桨的锥孔、可拆联轴节与艉轴锥体的配合表面25x25面积内最少要有3-4。1.艉螺纹；2.键槽；3.艉锥体；4.后轴颈；5.轴干2020/3/1511尾轴连接方式分为固定式（内抽）和可拆式（外抽）（1）固定式：尾轴和法兰为一整体，此机构简单，但拆装必须在船内进行，工程量大，很不方便，在轴系大修时，为吊出尾轴必须移开中间轴承和中间轴。通常两类螺栓连接，一种上常见的紧配螺栓，安装时需要干冰冰冻，另一种是液压膨胀螺栓，使用效果好，但是拆装复杂。液压螺栓结构图2020/3/1512使用有键可拆法兰式联轴节和液压联轴节，此类结构复杂，但使用效果好。1.有键可拆法兰式联轴节卸前应联轴节与轴的轴向安装位置及轴与螺帽径向相对位置作好标记。（a）联轴节与轴上的锥体应接触良好，接触面积在75%以上，且每25×25mm面积内不得少于3个色点，塞尺检查大端时，0.03mm插入深度不得超过3mm，否则应研磨达到。（b）安装时应按拆卸前的轴向标记把紧，把紧后用0.05mm塞尺检查螺帽与联轴节的接触面，在周长的90%不应插入，并应有可靠的防松装置。2020/3/1513外抽式轴系的连接形式2.液压法兰式联轴节液压联轴节在拆前应首先在轴和联轴节上做好轴向和径向的安装位置的记号。（a）液压拆卸时要做好安全保护，防止液压时弹出太多造成伤人（b）如果液压拆卸时，当锥体接触面产生渗油但不能拆掉联轴节时，可径向加压，另外可在轴向加压拆卸（图2）。（c）联轴节与轴配合的过盈量按下式计算：δ=（1.4/1000—1.8/1000）d式中δ—过盈量（mm）d—配合处的轴径（如果是锥形轴按平均直径mm）。（d）联轴节的锥孔与轴的锥径应配合良好，使85%以上面积均匀接触，25×25mm面积内不得少于4个色点，且在两端油线以外，不得有贯通性不贴合部位。2020/3/1514OK-HB联轴节主要是由两只高强度优质钢的套子组成，一个薄壁的内套和一个厚壁的外套。薄壁内套的外表面有轻微的锥度，其锥度与外套内孔的锥度一致。内套的内孔直径比轴的直径稍大一点，可以在拆装时使轴能容易地通过。另外螺在内套小端的大螺母及油封和内外套组成一个密封腔室。原理密封腔室如果压进液压油，将推动外套与内套做相对运动，由于内外套的配合面的锥形，所以它们轴向相对移动产生了径向的相互作用，使内套直径缩小（受压缩），外套直径变大，内套直径缩小结果使其与轴产生过盈，同样内外套的配合也产生了过盈。在装配过程中为了减少内外套轴向相对移动时的摩擦阻力，利用高压油作用到内外套的配合锥面上，使配合面产生了一层薄油膜克服摩擦作用，当外套直径达到正确的位置时，径向油泵减压泄油，使得内外套之间保持正常的摩擦作用。外套接触面的锥度在1:80左右，远远小于它们之间静摩擦角，加上安装至设计位置，内、外套之间、内套与轴之间有很大的过盈应力作用，在轴系运转时，产生的摩擦力足以用来传递扭矩或克服拉力作用，而不产生滑动，使联轴节实现其功能。拆OK-HB联轴节时是很简单的。高压油注压进联轴节内外套之间，减少了摩擦作用，且由于锥面的因素，高压油作用在外套上有一个轴向分力，导致外套从锥面下滑；而轴向液压单元产生的作用力是上面轴向分力的平衡力，通过控制油腔放油速度，来控制外套的下滑速度，防止其滑得过快。下图为拆卸原理图2020/3/1515液压联轴节结构图dMark！2020/3/1516检修工艺3.OK-HB联轴节准备油泵：一只低压大流量的泵（300kg/cm2），根据说明书要求准备几只SKF油泵或高压大流量的风（电）动泵（2500kg/cm2），适当的油管、接头了解锥形内套与外套的安装距离A3（图1），锥形内套与尾轴的安装距离A2（图2）及安装后的外径膨胀量Δ值。（a）先将联轴节的油孔转向上面，然后将中间轴与尾轴支撑起来。（b）用压缩空气向轴向推力油缸内冲气，使油缸内密封板复位。（c）按图1将1#轴向推力油泵，和2台3#径向扩张油泵，分别用相配套的油泵连接起来，在轴向油缸另一侧安装好2#回油阀及回油管，并准备器皿接住回油。（d）打开联轴节中间油孔丝堵，分别用每台3#油泵向油道内冲油，直到中间油孔油大量的油溢出为止，在将丝堵堵死（e）启动1#轴向油泵，向轴向推力油缸内压油，当2#回油阀有油溢出时，关闭2#回油阀，轴向油缸继续加压到20Mpa停止，之后用2台3#油泵对联轴节径向加压扩张，直到锥形内套大端外径有油渗出时，迅速的打开2#回油阀，此时外套将缓缓地从内套上滑下来。2020/3/1517现场图片2020/3/15182.1油润滑式尾轴的工作轴颈比非工作轴颈尺寸大，精度和表面粗糙度要求高；水润滑式尾轴工作轴颈采用铜套包覆，在其他非工作面用浸透环氧树脂剂的玻璃布橡胶包扎防腐。铜套材质推荐采用ZcuSn10Zn2。有原始图纸按原始材料新作，新套制作时内径成品，外径单边留1.5~2mm，接口处留出滚压台阶（图1）。之后进行0.2Mpa的水压试验，历时钟5分钟不得渗漏，交检查，验船师及船东验收.铜套搭口接缝在设计时，避开工作轴径部位，最好距工作轴径边缘50~100mm以外。铜套的搭口结构形式及尺寸按图1所示。2020/3/1519如图所示，按铜套尺寸制作烘烤和吊装用的吊笼一个（图2）；并按与铜套相配的轴径加上热装量，作出测量样针一组；铜套转动搬手一个（图3）；及长杆抹布一把。准备可调支架2组，木墩若干块，并将尾轴按