螺旋桨的检修

第七节螺旋桨的检修

一、螺旋桨

螺旋桨是船舶普遍采用的推进器。螺旋桨的作用是将船舶主机发出的功率转变为推动船舶运动的推力，实现船舶的航行。

1．螺旋桨的构造

1）构造

螺旋桨由桨叶和桨毂构成，如图9-30所示。定距螺旋桨有整体式和组合式之分。整体式是桨叶与桨毂铸成一体；组合式则是分别铸造，加工后用螺栓连接成一体。可谓螺距螺旋桨不仅桨叶与桨毂分别制造，且组装成一体后桨叶可相对桨毂转动，以达到改变螺距的目的。

桨叶的数目一般为3～6个，中、小型船舶桨叶多为3～4个，大型船舶桨叶常为3～5个。螺旋桨的直径一般在800～6000mm之间，但目前世界上最大的螺旋桨直径已超8200mm。

2）桨叶的几何要素

自船尾面向船头看到的桨叶表面称叶面，或称压力面，它是螺旋面的一部分；桨叶的另一面称叶背，或称吸力面。

当主机正车运转时，桨叶先入水的一边称导边，另一边则称随边。

桨叶与桨毂连接的一端称叶根，另一端则称叶梢。自桨毂中心到桨叶叶梢最外端的距离为螺旋桨半径。

3）螺旋桨的材料与加工

螺旋桨形状复杂，尺寸和重量均较大，尤其是海船螺旋桨，直径已达8.2m、重量已达82.5t。海船主要采用铜质螺旋桨，如锰黄铜(ZHMn55-3-1)、铝青铜(ZQAl 12-8-3-2)。小型船舶除采用铜质桨外，还采用铸钢（ZG200-400）、灰铸铁（HT200、HT250）、球墨铸铁(QT400-18)和尼龙(尼龙6、尼龙10、尼龙1010) 以及复合材料（玻璃钢）等。

桨叶加工制造较为困难。中、小型螺旋桨加工采用专用机床，如仿形机床、数字程序控制机床等；大型螺旋桨桨叶尺寸大且多为单件(或几件)生产，所以主要采用手工划线加工，使用风铲、砂轮、锉刀和刮刀等工具，生产效率低。现在采用铸造成形小余量或无余量加工工艺使螺旋桨生产效率大大提高。

2．螺旋面的形成及螺距

螺旋桨桨叶叶面是螺旋面的一部分，螺旋面的形成如图9-31所示。以图中ABC线段绕轴线00¹作等角速度旋转，同时沿00¹轴线作等速直线运动，则ABC线段在空间划过的轨迹形成的曲面即为螺旋面。

线段ABC绕00¹轴线回转一周时，沿00¹轴线上升或下降的距离称为螺旋面的螺距，用符号H表示。由于线段ABC上各点的运动速度相同，所移动的直线距离也相等，线段上各点在空间的轨迹——螺旋线的螺距相等。因为桨叶叶面是螺旋面的一部分，所以桨叶上不同半径处的螺旋线螺距相等。

3．螺旋桨与尾轴的连接方式

螺旋桨是通过桨毂与尾轴(螺旋桨轴)连接在一起的，主要有以下三种连接方式：

1）机械连接

采用传动键连接螺旋桨与尾轴是一种传统的连接方式，沿用至今。通过螺旋桨桨毂锥孔与尾轴锥体部分的紧配合及传动键来连接，并用螺帽锁紧，以便传递扭矩和承受推力作用。但是在尾轴上的键槽处容易产生应力集中，引起裂纹或断轴事故。传动键连接如图9-32(a)所示。

为确保螺旋桨桨毂锥孔与尾轴锥部配合面紧密接触，全长均匀贴合，轴与孔应进行研配。要求装配后65%以上面积均匀接触，锥部大端必须接触良好，色油检查在25mm X 25mm面

积上沾点不少于2～4个。小型船舶螺旋桨毂广泛采用此种连接方式。

2）环氧树脂胶粘剂连接

沿海及内河船舶的螺旋桨直径D<4.5m时，允许采用有键环氧树脂胶粘剂安装，即同时采用键连接与环氧树脂胶粘剂胶合连接。此时对桨毂锥体的接触要求、键和桨毂键槽的配合要求适当降低；小型船舶的螺旋桨直径D

3）油压无键套合连接

目前国内外新造船舶的螺旋桨与尾轴均采用油压无键套合连接。它是把桨毂锥孔内表面车有螺旋槽的螺旋桨装在尾轴上，如图9-32(c)所示。利用油泵5将高压油从桨毂上的油孔打进桨毂锥孔与尾轴键体配合面之间，使桨毂和轴产生弹性变形，即锥孔胀大而尾轴收缩，二者之间的间隙增大。利用油泵6的高压油使千斤顶l产生的轴向推力把螺旋桨推至尾轴上规定位置。放掉高压油后，桨毂锥孔与尾轴的弹性变形消失形成过盈配合，从而可传递较大的扭矩。

用油压安装无键螺旋桨时，关键是螺旋桨套合到尾轴上的轴向推入量S，保证桨在尾轴套合后正常运转所需的推入量为最小推入量S1；套合后产生的应力为螺旋桨材料屈服极限的70%时的轴问推入量为最大推入量S2。油压无键套合安装螺旋桨时，桨在尾轴上的轴向推入量S应在S1与S2之间，即满足下式：

S1≤S≤S2

最大与最小轴向推入量S2、S1的计算公式参见《钢质海船入级与建造规范》或《船舶轴系、螺旋桨和舵系修理技术标准》。油压无键套合连接方是目前国内外最先进的安装工艺。省去键和键槽及大量的刮研工作，使螺旋桨与尾轴连接可靠，拆装方便。

二、螺旋桨的检修

螺旋桨是船舶的重要设备，由于螺旋桨位于水下，所以对其维护检修依赖于定期的进坞检修。螺旋桨的缺陷主要发生在桨叶上，常见的缺陷有腐蚀、裂纹和断裂、变形等，并且有些缺陷还会引起船舶在航行中出现异常现象。

1．航行中螺旋桨的故障

1）螺旋桨失去平衡

螺旋桨失去平衡将会引起轴系和船体产生异常剧烈的振动，引起尾轴承处的敲击等。例如，某船航行时海面平静，主机运转正常。突然船体剧烈振动。值班轮机员立即采取降速航行的措施使振动减轻，继续降速，则振动更小，初步判断为螺旋桨故障，后经检杏发现4叶螺旋桨有l个桨叶自根部断掉，造成螺旋桨严重失衡。

螺旋桨失去平衡的原因主要有桨叶严重腐蚀和海生物污损、桨叶碰到礁石、缆绳等产生变形、断裂或丢失等，致使螺旋桨各桨叶质量不均，螺旋桨失去平衡。

2）螺旋桨呜音

航行中螺旋桨产生有节奏的“嗡、嗡”的声音，这种现象是由于螺旋桨回转时，在桨叶随边0.4R(R为螺旋桨半径)以外的部位产生有规律的涡流。在某几个转速下，涡流所引起的振动频率恰好与桨叶固有频率接近而产生共振，便螺旋桨发出呜音。桨叶呜音部位如图9-33所示。

消除螺旋桨呜音的办法是通过改变随边0.4R以外的涡流，使其引起的振动频率远离（大于或小于)桨叶固有频率，避免产生共振。具体方法是将桨叶随边0.4R以外的AB部分加厚或减薄，或制成锯齿状、钻孔等抗呜边缘，例如，将AB边缘减薄，则由涡流引起的振动频