第八章 船舶轴系和螺旋桨

第八章船舶轴系和螺旋桨【学习目标】掌握船舶轴系的功用、基本组成、日常维护管理；掌握螺旋桨的基本组成和各部分名称；了解船舶轴系扭振及危害。

在船舶推进装置中，从齿轮箱（或主机）输出法兰到螺旋桨，其间以传动轴为主体的用于传递扭矩的装置称为轴系，螺旋桨通过轴系与齿轮箱（或主机）连接。

第一节轴系一、轴系的功用轴系的功用是将船舶柴油机输出的功率传递给螺旌桨，使螺旋桨旋转，以推进船舶航行。

轴系是齿轮箱（或主机）和螺旋桨之间的连接和传动机构，将柴油机输出功率传递给螺旌桨，以克服螺旌桨在水中转动的所消耗的功率，同时，又将螺旋桨在水中旋转产生的轴向推力通过推力轴承传递给船体，以克服船舶航行的阻力。

二、轴系的基本组成轴系包括传动轴（推力轴、中间轴、艉轴或螺旋桨轴）、轴承（推力轴承、中间轴承、艉轴承）、轴系附件（润滑、冷却、艉轴密封装置）等，如图8-1所示。

轴系是由多支承的传动轴所构成。

从机舱到船尾往往有一段距离，其传动轴往往较长，传动轴通常分为几段，并用联轴器将各轴段联接组合而成。

每段轴又按其所承担的任务分为推力轴、中间轴、艉轴或螺旋桨轴等，这些轴段依靠相应的轴承支撑。

传动轴的总长度、轴段数目及其附件的配置等，与船的大小、船型、船体线型、机舱位置、动力装置形式等因素有关。

对于轴线不长的小型船舶，为了缩短轴系，也可只用一根螺旋桨轴直接将螺旋桨与齿轮箱的输出法兰相连。

图8-1 轴系1、传动轴传动轴包括推力轴、中间轴和艉轴。

推力轴前端用法兰与齿轮箱（或主机）的输出法兰相连，后端的法兰则与中间轴法兰相连。

推力轴和推力轴承是一对组合部件。

中间轴用来连接推力轴和艉轴。

2、轴承轴承包括推力轴承、中间轴承和艉轴轴承。

推力轴承用于承受螺旋桨通过推力轴传递的推力，并通过它将推力传给船体。

中间轴承用于承受中间轴的径向负荷和重量。

艉轴轴承用于承受艉轴轴的径向负荷和重量。

3、轴系附件轴系附件包括隔舱填料函、艉管、油封、润滑管路和冷却管路。

隔舱填料函用于保持轴系穿过水密隔舱处的水密。

艉轴管用来支撑艉轴承和艉轴。

艉轴轴封装于尾轴管中，用于密封水和油。

润滑系统用于提供并保证艉轴承中润滑油的供应。

冷却管路给艉轴管、中间轴承、推力轴承供给冷却水。

三、轴系对中轴系对中的目的是使轴系的实际中心线与理论中心线尽量保持一致，以保证船舶推进装置正常运行。

轴系理论中心线是船舶设计时所确定的轴系中心线。

通常根据轴系理论中心线确定主机、轴系各传动轴和轴承的安装位置。

因此，轴系理论中心线不仅是轴系和主机安装时的安装基准，也是船舶修理时的重要依据。

船舶轴系轴线的对中质量，对轴系和主机的正常运转以及船舶振动均有很大影响，特别是对轴径大、轴承间距小、刚性强的轴系影响更为显著。

若轴系对中质量差，可能造成危害。

如运转时引起轴承的负荷急剧增加，导致轴承发热和迅速磨损甚至咬死；艉轴管密封装置迅速磨损产生泄露，引起润滑油泄漏造成污染事故；主机曲轴臂距差超过规定值，导致曲轴裂纹甚至断裂；破坏减速齿轮的正常啮合和支承轴的正常工作；引起船体振动，严重的甚至导致轴系断裂等严重机损辜故。

船舶轴系需要进行良好的对中。

船舶经过一段时间营运后，由于各道轴承、轴颈运转中存在不同程度的磨损和船体变形或者发生海损事故等原因，轴系原对中状态会发生变化，因此，应定期检验、调整。

轴系的技术状态主要取决于轴系中心线的状态，而轴系中心线的状态是通过轴系中心线弯曲程度和艉轴与主机中心线同轴度来确定的。

四、轴系的日常维护管理船舶轴系自重较大，运行工况不断变化，若管理维护不当，会造成轴系及其部件过度磨损、滑油泄漏、连接松动、弯曲甚至断裂，使船舶推进装置的可靠性和经济性降低。

1、日常维护（1）船舶在开航前，应仔细检查轴系各运转部位有无障碍物，并检查各轴承及联轴器的紧固螺栓有无松动，如发现有松动，应及时紧固，以保证运转时的安全。

（2）对于采用自由润滑的推力轴承和中间轴承，开航前应向轴承内加注滑油至规定值。

对于压力润滑的推力轴承，应使油路、冷却水管路畅通。

（3）采用重力润滑的艉轴管，开航前需将油箱内注满滑油，并使油路与艉轴管接通。

设有手摇泵时，应压油至回油管有油流出为止，然后将三通旋塞旋至重力油柜与艉轴管直通，以保证滑油的自动补给。

（4）采用水润滑的艉轴管装置，在开航前应适当松开首端填料压盖，以保证轴颈的润滑。

停航时，则应将压盖压紧。

（5）航行中应随时检查轴系各零部件工作的可靠性和安全性，检查并保证滑油的油量或水量。

如发现轴系有振动、噪声，以及密封不严或轴承温度过高等情况，应及时查找原因并尽快消除，必要时可申请停航检修。

2、定期检查及调整（1）检查各轴承滑油的质量，若发现黏度降低、变质或金属微粒等应及时换油。

换油时应注意，先将污油放尽，清洁后，再注入同品质的滑油。

（2）检查轴系中各轴的同轴度，如超过允许范围，应按规定要求进行调整。

（3）检查推力轴承和各中间轴承的间隙，如超过允许范围，应按规定要求进行调整。

（4）检查轴艉管密封装置，若超过磨损极限，应及时更换，橡胶密封应全部换新。

（5）检查螺旋桨的损坏情况，并测螺距和进行静平衡试验。

（6）若遇到运转中轴系润滑正常，而轴承温度升高超过正常温度（65℃）；螺旋桨桨叶断裂或严重变形；船体发生严重碰撞或搁浅后；船舶机舱大量进水，经排出后，尤其是未及时使主机停车，则应及时检查轴线、轴承及密封装置，并进行相应调整。

第二节螺旋桨一、螺旋桨的功用螺旋桨的功用是将船舶主机发出的功率转变为船舶前进（或后退）的动力。

推动船舶前进的各种机构统称为船舶推进器。

船舶推进器有螺旋桨、喷水推进器、平旋推进器、明轮和Z形推进器等。

其中，螺旋桨的结构简单，重量轻，效率高，工作可靠，是目前船舶应用最广泛的推进器。

螺旋桨是一种反作用式推进装置，螺旋桨旋转时，桨向后（或向前）推水并受到水的反作用力而产生向前（或向后）的推力。

二、螺旋桨的结构螺旋桨是由桨叶和桨毂两部分组成，如图8-2所示。

桨叶是螺旋桨产生推力的构件，通常有三叶和四叶。

桨毂是桨叶与桨轴的连接构件。

有些螺旋桨还安装有导流罩（流线型桨帽），使螺旋桨尾部的线形光顺，降低螺旋桨工作阻力。

图8-2 螺旋桨1、叶面与叶背从船尾向船首看到的桨叶的一面称为叶面，另一面称为叶背。

2、导边与随边螺旋桨正转时桨叶先入水的一边称为导边，后入水的一边称为随边。

3、叶根与叶稍桨叶与桨毂相连处为叶根，远离桨毂的一端称为叶梢。

通常叶根较厚而叶梢较薄。

4、右旋桨与左旋桨螺旋桨正转旋向为顺时针的螺旋桨叫右旋桨，正转旋向为逆时针的螺旋桨叫左旋桨。

5、外旋与内旋对于双桨船，左桨左旋，右桨右旋叫外旋；左桨右旋，右桨左旋叫内旋。

为避免夹带漂浮物而损坏桨叶，船舶一般多采用外旋桨。

三、螺旋桨的常见缺陷螺旋桨的常见缺陷有腐蚀、磨损、裂纹、弯曲和折断等。

第三节轴系的扭振船舶的柴油机飞轮、轴系和螺旋桨构成一个弹性系统，在工作中会产生扭振（扭转振动）。

一、轴系的自由扭振当给轴系初激励扭矩后，轴系便会产生周期性的自由扭振（自由扭转振动）。

其振动频率是自振频率或固有频率，其大小与轴系的刚度和转动惯量有关。

二、轴系的强迫扭振轴系工作时，柴油机曲轴和螺旋桨上作用着周期性变化的外力矩。

轴系在这个周期性变化的外力矩作用下，发生不均匀的忽快忽慢的旋转运动（一面在旋转，一面在扭摆）的现象，称为强迫扭振（强迫扭转振动）。

此外力矩称激振（干扰）力矩。

强制扭振的频率等于外力矩变化频率，且与柴油机的转速成正比。

三、轴系的共振及临界转速轴系的自振频率一般是固有的，与柴油机转速无关。

而柴油机强迫扭转的频率与其转速成正比。

当外力矩频率与自振频率相等时，轴系的振幅将明显增高，称为共振。

轴系发生共振时所对应的柴油机转速称为临界转速。

轴系在柴油机运行转速范围内有多个临界转速、危险临界转速及转速禁区。

四、轴系共振的危害当轴系发生扭转共振时，均会出现扭转振幅增大，使轴系承受较大的扭振附加应力。

当扭振附加应力超过轴系许用的扭振应力，可能引起轴系破坏，该临界转速称为危险临界转速。

“转速禁区”是指危险临界转速所对应的转速区段。

在柴油机常用转速（80%～105%）范围内不允许存在“转速禁区”。

轴系共振的危害：（1）引起轴系裂纹和断裂；（2）引起传动齿轮和链轮打击、齿面点蚀及断齿；（3）引起柴油机零部件过快磨损；（4）引起柴油机运行不稳定；（5）激发相关机件、设备和船体振动，并引起异常噪音；（6）引起轴系扭转纵向偶合振动。

通常“转速禁区”在转速表上用红色标示，并在操纵台前设有告示牌，以引起注意。

操作时，禁止柴油机在“转速禁区”内持续运转，如遇“转速禁区”应快速越过。

本章小结船舶轴系和螺旋桨是船舶推进装置的重要组成部分，它连接齿轮箱（或主机）与螺旋桨。

螺旋桨是船舶推进器，产生船舶航行推力。

做好船舶轴系的日常维护管理。

轴系共振对船舶的危害很大，操作时，要快速越过“转速禁区”。

考试样题解析例题1、下列属于船舶轴系附件的是（）。

A.推力轴承B.中间轴C.艉轴承D.艉轴密封装置解析：答案为D。

船舶轴系附件包括润滑、冷却、艉轴密封装置等，因此，属于船舶轴系附件的是艉轴密封装置。

例题2、螺旋桨正转时，桨叶先入水的一边称为（）。

A.随边B.导边C.前边D.后边解析：答案为B。

螺旋桨正转时，桨叶先入水的一边称为导边，而后入水的一边称为随边。