浅析无键螺旋桨液压安装的计算

浅析无键螺旋桨液压安装的计算
胡青青;吕友;周靖
【摘要】无键螺旋桨是目前船舶推进器中使用最为普遍的，其安装方式以液压为主。

本文阐述了几个船级社对无键螺旋桨液压安装的计算公式，并对此加以汇总和分析，了解液压安装时推入量的计算方法。

【期刊名称】《科技风》
【年(卷),期】2013(000)004
【总页数】2页(P51-51,53)
【关键词】无键螺旋桨;液压安装;计算
【作者】胡青青;吕友;周靖
【作者单位】上海外高桥造船海洋工程设计有限公司，上海市 201913;上海外高
桥造船海洋工程设计有限公司，上海市 201913;上海外高桥造船海洋工程设计有
限公司，上海市 201913
【正文语种】中文
螺旋桨是船舶推进中使用最为普遍的一种推进器，按连接方式分类，可分为无键螺旋桨和有键螺旋桨。

由于无键螺旋桨与有键螺旋桨相比较，具有制造工艺简单，应力分布均匀，连接配合紧密，使用寿命长，安装拆卸方便等优点，目前较多船舶都使用无键螺旋桨，同时无键螺旋桨的扭矩是通过接触面压力所产成的摩擦力传递的，其表面压力是由冷态收缩产生的，因此避免了有键螺旋桨键槽产生裂纹的趋势。

无
键螺旋桨的安装方式也以液压推入为主，下面就介绍一下无键螺旋桨安装时推入量的计算方法。

1 无键螺旋桨液压安装的计算
螺旋桨的工作情况与温度息息相关，不同的温度情况下，螺旋桨所受的应力也不同。

一般螺旋桨的工作温度为0～35℃，因此计算螺旋桨液压安装的推入量时，一般
只需要计算其工作温度的上限和下限（即0℃和35℃）对应的推入量，再根据实
际安装温度换算便可得到所需的推入量。

关于螺旋桨液压安装的计算，每个船级社规范中的描述都有所不同，但是计算思路是基本一致的，详见表1。

表1 船级社无键螺旋桨液压安装计算公式?
上诉表格中公式的变量含义如下：
Pmin、P35为螺旋桨在最高工作温度为35℃时的最小要求接触面压力；δmin、
d35、S35为螺旋桨最小要求接触面压力作用下的最小轴向推入量；Pm ax为螺旋桨在最低工作温度为0℃时的最大允许接触面压力；δmax、dmax、Smax为螺旋桨最大允许接触面压力最大轴向推入量；S（ABS规范）、SF为接触面间防止滑
移的摩擦安全系数，一般不小于2.8；T、S（BV规范）为船舶在自由航行时发出
的持续推力；A为螺旋桨桨毂内衬面与轴的接触面积，一般不考虑油槽，以100%的理论接触面积计算；最小接触面压力公式中的K为螺旋桨内孔的锥度，θ为螺
旋桨内孔的锥度的一半，其他公式中的K为桨与轴的平均外径比；μ为螺旋桨桨
毂与轴接触面工作状态下的静摩擦系数，与桨和轴的材料有关，对于青铜桨和钢轴，μ=0.13；Fy、F、Fv为结合面上的切向力；DS、dPM、d1为轴向锥形中点螺旋
桨轴的直径；Eb、EM、E2为螺旋桨桨毂材料的弹性模量；ES、E1为螺旋桨轴材料的弹性模量；vb、vM、μ2为螺旋桨桨毂材料的泊松比；vs、vp、μ1为螺旋桨轴材料的泊松比；σy、RS，.Min、ReH为螺旋桨桨毂材料的最小屈服强度或0.2%
非比例伸长应力。

基于上文的描述，关于螺旋桨液压安装的计算，基本上可以总结为以下两方面：
1）当螺旋桨工作温度达到上限时，即35℃。

此时的最小要求接触面压力为：
此时的最小轴向推入量为：
其中：S为35℃时在接触面间的止滑安全系数，一般不小于2.8；A为螺旋桨桨毂与轴的接触面积；θ为桨孔的锥度，θ≤1/15，一般为1/20；
F为船舶在自由航行时发出的持续推力，FC1为作用在接触面上的合力，
B为螺旋桨桨毂与轴接触面工作状态下的摩擦因子，与静摩擦系数μ及螺旋桨内孔的锥度θ有关，
C2为桨毂与轴组合后的径向变形柔度，与桨与轴材料的弹性模量和横向变形系数有关，（其中：Eb、ES为桨与轴材料的弹性模量；vb、vs为桨与轴材料的横向变形系数；K=db/ds db、ds为桨与轴的平均外径）。

由上述公式可导出对应实际安装温度t（0＜t＜35℃）的最小轴向推入量为：
δt=δ35+ds/θ（а2-а1）（35-t）mm
其中：а2、а1分别为螺旋桨桨毂与轴材料的线膨胀系数。

对应的实际安装温度t（0＜t＜35℃）的最小表面压力为：
通过以上计算公式可知，随着温度的下降，接触面上的压力会不断上升，推入量需要不断增加。

2）当螺旋桨工作温度达到的下限时，即0℃，作用在桨毂上的最大许用应力应不大于螺旋桨屈服应力的70%或0.2%非比例伸长应力。

该许用应力即螺旋桨0℃时
的最大允许接触面压力，大多数船级社采用70%的螺旋桨材料屈服极限应力，计算公式如下：
此时对应的最大允许推入量为：
由于螺旋桨桨毂与螺旋桨轴所用的材料不同，其线性膨胀系数也会有所差异，在安装时因环境温度不同，推入量也会发生相应变化。

针对桨毂与轴的材料，根据上述计算方法可得到推入量δ与安装温度t之间的关系图，如图1所示。

图1 δ-t关系图
图1中的直线Ⅰ为经过δ35（35℃时最小轴向推入量）和δt（温度t时轴向推入量）所作的直线，直线Ⅱ为经过δmax（0℃时最大轴向推入量）并平行于直线Ⅰ所作的直线，阴影部分即为推入量合格范围。

在实际安装时，根据实际温度t，查阅图1可得到δt和δt0，说明螺旋桨的轴向推入量在δt和δt0之间就认定为合格。

一般螺旋桨的轴向推入量是由螺旋桨制作厂家提供，厂家按规范要求进行计算，提供一个δ-t关系图，同时在这个关系图上还会增加一条推荐推入量的直线，位于合格区域的中间位置。

在实际安装过程中，可参考推荐推入量，但是一般在合格范围内就认定为合格。

2 结语
目前，无键螺旋桨液压安装的推入量计算，只要根据规范中的计算公式计算即可。

但是为了后续设计及安装工艺的要求，一般在计算推入量的过程中还会提供轴向推入压力与推入量的关系图，这对实际安装时的油压控制有一定的指导参考作用。

同时还要注意，由于螺旋桨的结合面是手工加工的，其加工精度影响推入油压与推入量之间的关系，若推入量已达到要求值，而其轴向压力确比参考值小得多，此时应
根据现场情况，适当增加推入量；反之，若推入量未到而轴向压力已达到要求，这时可以适当增加轴向压力，但螺旋桨推入量允许误差为+0.3mm。

［参考文献］
[1]AMERICAN BUREAU OFSHIPPING.RULESFOR BUILDING AND CLASSING STEELVESSELS.2011.
[2]BUREAU VERIAS.RULES FOR THE CLASSIFICATION OF STEEL SHIPS.2006.
[3]中国船级社.钢质海船入籍规范.北京:人民交通出版社,2009.
[4]王卓楠.无键螺旋桨液压安装和计算.船舶.第五期,2000.。