錢衛(wèi)忠

（海軍駐上海地區(qū)艦艇設(shè)計研究軍事代表室 上海200011）

0 引 言

推進系統(tǒng)是艦船的心臟，艦船設(shè)計的好壞很大程度上取決于推進系統(tǒng)的設(shè)計。而推進軸系作為推進系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是將主機的功率傳遞到推進器，并將推進器的推力傳遞到船體，推動船舶前進，因此，軸系的設(shè)計是推進系統(tǒng)和艦船設(shè)計極為重要的部分。某型船在交船過程中出現(xiàn)軸系異常振動問題，該問題的處理過程及其結(jié)果可為后續(xù)艦船設(shè)計及審查工作提供有益啟示。

1 存在的問題

某型船的推進系統(tǒng)采用兩臺8 800 kW中速柴油機推進，后帶高彈性聯(lián)軸節(jié)，通過齒輪箱減速后驅(qū)動調(diào)距槳，為調(diào)距槳調(diào)距提供動力的配油器裝在軸上。2008年4月，在航行試驗過程中發(fā)現(xiàn)左右軸系的配油器軸段存在明顯的回旋振動，配油器殼體振動很大，兩者之間又以右槳更為嚴重。

2 原因分析

問題發(fā)生后，領(lǐng)導機關(guān)組織了專題質(zhì)量問題處理會。專家分析：造成配油器軸段異常振動的主要原因是本船軸系在前水潤滑軸承和中間支撐軸承間的跨距過大（軸徑400 mm，跨距達到7 600 mm），且有兩個大的集中質(zhì)量負荷 （液壓聯(lián)軸器和配油器），其中配油器又是偏心的懸掛質(zhì)量，致使該軸段產(chǎn)生了較大撓度，在軸系高速運轉(zhuǎn)下（額定轉(zhuǎn)速達171.4 r/min）引起了該軸段的局部異常振動。專家同時認為調(diào)距槳不平衡產(chǎn)生的槳葉激振力也可能增大軸系振動，故建議對槳的平衡狀態(tài)也進行檢查。

3 措施與結(jié)果

根據(jù)專家對軸系異常振動問題的分析意見，采取了以下措施：

（1）組織第三方對軸系的校中和回旋振動重新進行核算；

（2）由總體設(shè)計單位提交在配油器軸系段增加臨時支撐的方案；

（3）船廠組織施工并重新進行振動的測量。

經(jīng)第三方復(fù)核，軸系的校中和回旋振動計算滿足設(shè)計規(guī)范要求。不過，專家分析后認為由于配油器是懸掛在軸上而非剛性固定在軸上，配油器偏心引起的離心力在軸系的校中和回旋振動計算中沒有得到反映，而且國內(nèi)目前也沒有能對此進行準確計算的方法，因此只能進行定性分析。在進行定性分析后，專家都認為增加臨時支撐對減小軸系振動是有利的。在配油器軸系段增加臨時支撐后重新進行了軸系振動測量，測量結(jié)果表明：增加臨時支撐后，左軸系配油器軸段振動情況明顯改善，而右軸系在低轉(zhuǎn)速下改善明顯；當轉(zhuǎn)速達到157.6 r/min以上時，配油器軸段振動有改善，但振動還偏大。

由于左軸系配油器軸系段的振動得到顯著改善，專家認為問題的解決方向是對的，右軸系異常振動是加工和安裝的原因，建議對右軸系的制造安裝質(zhì)量進行檢查。根據(jù)專家意見，調(diào)距槳生產(chǎn)單位在該船進塢后對右槳進行了徹底檢查，發(fā)現(xiàn)調(diào)距槳在出廠試驗后打印右槳葉鋼印時出現(xiàn)了差錯，致使原應(yīng)裝于1號槳葉孔的槳葉裝在了4號槳葉孔上，造成了該兩槳葉相互錯位90°，導致右槳不平衡力矩值比標準要求超出68%。經(jīng)重新安裝槳葉后，右軸系配油器軸段異常振動現(xiàn)象基本消除。

這些處理措施和結(jié)果表明，對產(chǎn)生故障原因的分析正確，采取的措施也有效。在此基礎(chǔ)上，船廠將配油器軸段增加的臨時支撐改為永久支撐，配油器軸段異常振動問題得到了徹底解決，此后順利完成了航行試驗和交船。

4 分析與啟示

處理完該型船的軸系異常振動問題，我們對其他采用調(diào)距槳的艦船也進行了分析檢查。目前調(diào)距槳的配油器在艦船上主要有兩種布置形式，多數(shù)艦船的配油器設(shè)置在軸上，少數(shù)艦船的配油器安裝在齒輪箱輸出軸前端。檢查近幾年交船的各型艦船的系泊、航行試驗記錄后發(fā)現(xiàn)，配油器安裝在齒輪箱輸出軸前端的艦船，配油器軸系段振動都正常；而配油器設(shè)置在軸上的艦船，大部分軸系振動正常，但有一型艦船配油器軸系段存在輕微的異常振動，不過未影響交船。

經(jīng)檢查比較，配油器設(shè)置在軸上但軸系振動正常的艦船，配油器軸系段的長度均特意縮短了10%左右（如某型船軸徑450 mm時，中間軸承間距僅為6 400 mm），因此該軸系段的撓度比較小，沒有產(chǎn)生異常振動；而存在輕微異常振動的該型艦船，軸系段相對較長，故此軸系段撓度較大。

近年來，艦船設(shè)計中采用調(diào)距槳的越來越多，設(shè)計師對配油器布置位置有各自不同的處理辦法。一般艦船設(shè)計中將配油器設(shè)置在軸上和在齒輪箱輸出軸前端都可以，兩者各有優(yōu)缺點。設(shè)置在軸上，可以縮短液壓油管長度、提高調(diào)距的速度和精度，但缺點是配油器的轉(zhuǎn)動慣量較大、且是偏心結(jié)構(gòu)，故在該段軸上形成很大的離心力。所以采用此種布置方式時，配油器軸段的中間軸承間距應(yīng)較常規(guī)的布置適當縮?。ㄒ话憧s短10%左右），并要對調(diào)距槳的生產(chǎn)單位提出配油器的加工精度要求，盡量減小轉(zhuǎn)動慣量及其偏心距。而將配油器設(shè)置在齒輪箱輸出軸前端，可以從根本上避免配油器可能造成的異常振動，且便于配油器的檢修，但缺點是調(diào)距槳液壓油管路較長，調(diào)距的速度和精度受到影響。此外，配油器設(shè)置在齒輪箱輸出軸前端，要求齒輪箱輸入、輸出軸為異心布置的形式，能否采用該布置形式，則需根據(jù)機艙和軸系布置的條件綜合權(quán)衡。

5 結(jié) 論

經(jīng)過對問題的處理和討論，我們對調(diào)距槳推進艦船軸系設(shè)計規(guī)律有了進一步認識，總結(jié)了配油器在軸上布置位置的設(shè)計規(guī)律，并與設(shè)計師達成共識，即對短軸系（通常長度在50 m以下）一般宜采用將配油器設(shè)置在齒輪箱輸出軸前端的方案；對長軸系（通常長度在50 m以上）宜采用將配油器設(shè)置在軸上的方案，但此時應(yīng)對配油器段的撓度給予充分重視，適當縮短配油器段軸系長度。

［1］中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計實用手冊 輪機分冊［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1999.

［2］中國船級社.船上振動控制指南［M］.北京：人民交通出版社，2000.