錢(qián)衛(wèi)忠

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

0 引 言

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

1 存在的問(wèn)題

某型船的推進(jìn)系統(tǒng)采用兩臺(tái)8 800 kW中速柴油機(jī)推進(jìn)，后帶高彈性聯(lián)軸節(jié)，通過(guò)齒輪箱減速后驅(qū)動(dòng)調(diào)距槳，為調(diào)距槳調(diào)距提供動(dòng)力的配油器裝在軸上。2008年4月，在航行試驗(yàn)過(guò)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(dòng)，配油器殼體振動(dòng)很大，兩者之間又以右槳更為嚴(yán)重。

2 原因分析

問(wèn)題發(fā)生后，領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)組織了專(zhuān)題質(zhì)量問(wèn)題處理會(huì)。專(zhuān)家分析：造成配油器軸段異常振動(dòng)的主要原因是本船軸系在前水潤(rùn)滑軸承和中間支撐軸承間的跨距過(guò)大（軸徑400 mm，跨距達(dá)到7 600 mm），且有兩個(gè)大的集中質(zhì)量負(fù)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(yùn)轉(zhuǎn)下（額定轉(zhuǎn)速達(dá)171.4 r/min）引起了該軸段的局部異常振動(dòng)。專(zhuān)家同時(shí)認(rèn)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(dòng)，故建議對(duì)槳的平衡狀態(tài)也進(jìn)行檢查。

3 措施與結(jié)果

根據(jù)專(zhuān)家對(duì)軸系異常振動(dòng)問(wèn)題的分析意見(jiàn)，采取了以下措施：

（1）組織第三方對(duì)軸系的校中和回旋振動(dòng)重新進(jìn)行核算；

（2）由總體設(shè)計(jì)單位提交在配油器軸系段增加臨時(shí)支撐的方案；

（3）船廠組織施工并重新進(jìn)行振動(dòng)的測(cè)量。

經(jīng)第三方復(fù)核，軸系的校中和回旋振動(dòng)計(jì)算滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。不過(guò)，專(zhuān)家分析后認(rèn)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(dòng)計(jì)算中沒(méi)有得到反映，而且國(guó)內(nèi)目前也沒(méi)有能對(duì)此進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算的方法，因此只能進(jìn)行定性分析。在進(jìn)行定性分析后，專(zhuān)家都認(rèn)為增加臨時(shí)支撐對(duì)減小軸系振動(dòng)是有利的。在配油器軸系段增加臨時(shí)支撐后重新進(jìn)行了軸系振動(dòng)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果表明：增加臨時(shí)支撐后，左軸系配油器軸段振動(dòng)情況明顯改善，而右軸系在低轉(zhuǎn)速下改善明顯；當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到157.6 r/min以上時(shí)，配油器軸段振動(dòng)有改善，但振動(dòng)還偏大。

由于左軸系配油器軸系段的振動(dòng)得到顯著改善，專(zhuān)家認(rèn)為問(wèn)題的解決方向是對(duì)的，右軸系異常振動(dòng)是加工和安裝的原因，建議對(duì)右軸系的制造安裝質(zhì)量進(jìn)行檢查。根據(jù)專(zhuān)家意見(jiàn)，調(diào)距槳生產(chǎn)單位在該船進(jìn)塢后對(duì)右槳進(jìn)行了徹底檢查，發(fā)現(xiàn)調(diào)距槳在出廠試驗(yàn)后打印右槳葉鋼印時(shí)出現(xiàn)了差錯(cuò)，致使原應(yīng)裝于1號(hào)槳葉孔的槳葉裝在了4號(hào)槳葉孔上，造成了該兩槳葉相互錯(cuò)位90°，導(dǎo)致右槳不平衡力矩值比標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)現(xiàn)象基本消除。

這些處理措施和結(jié)果表明，對(duì)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(shí)支撐改為永久支撐，配油器軸段異常振動(dòng)問(wèn)題得到了徹底解決，此后順利完成了航行試驗(yàn)和交船。

4 分析與啟示

處理完該型船的軸系異常振動(dòng)問(wèn)題，我們對(duì)其他采用調(diào)距槳的艦船也進(jìn)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(yàn)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(dòng)都正常；而配油器設(shè)置在軸上的艦船，大部分軸系振動(dòng)正常，但有一型艦船配油器軸系段存在輕微的異常振動(dòng)，不過(guò)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(dòng)正常的艦船，配油器軸系段的長(zhǎng)度均特意縮短了10%左右（如某型船軸徑450 mm時(shí)，中間軸承間距僅為6 400 mm），因此該軸系段的撓度比較小，沒(méi)有產(chǎn)生異常振動(dòng)；而存在輕微異常振動(dòng)的該型艦船，軸系段相對(duì)較長(zhǎng)，故此軸系段撓度較大。

近年來(lái)，艦船設(shè)計(jì)中采用調(diào)距槳的越來(lái)越多，設(shè)計(jì)師對(duì)配油器布置位置有各自不同的處理辦法。一般艦船設(shè)計(jì)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(diǎn)。設(shè)置在軸上，可以縮短液壓油管長(zhǎng)度、提高調(diào)距的速度和精度，但缺點(diǎn)是配油器的轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，配油器軸段的中間軸承間距應(yīng)較常規(guī)的布置適當(dāng)縮?。ㄒ话憧s短10%左右），并要對(duì)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(dòng)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(dòng)，且便于配油器的檢修，但缺點(diǎn)是調(diào)距槳液壓油管路較長(zhǎng)，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(jī)艙和軸系布置的條件綜合權(quán)衡。

5 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)對(duì)問(wèn)題的處理和討論，我們對(duì)調(diào)距槳推進(jìn)艦船軸系設(shè)計(jì)規(guī)律有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，總結(jié)了配油器在軸上布置位置的設(shè)計(jì)規(guī)律，并與設(shè)計(jì)師達(dá)成共識(shí)，即對(duì)短軸系（通常長(zhǎng)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(duì)長(zhǎng)軸系（通常長(zhǎng)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(shí)應(yīng)對(duì)配油器段的撓度給予充分重視，適當(dāng)縮短配油器段軸系長(zhǎng)度。

［1］中國(guó)船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè) 輪機(jī)分冊(cè)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1999.

［2］中國(guó)船級(jí)社.船上振動(dòng)控制指南［M］.北京：人民交通出版社，2000.