9000T水泥运输船轴系设计与轴承布置研究

9000T水泥运输船轴系设计与轴承布置研究

宙青山

(南京高精船用设备有限公司，南京211103)

摘要：文章介绍了9000T水泥运输船轴系设计与轴承布置分析研究，通过DNV校中软件对几种轴承方案进行比较，优化轴承设计与布置。

关键词：轴系;轴系校中;轴承布置

DOI:10.16640/j.cnH.37-1222/t2018.10.032

1前言

本项目通过DNV轴系校中软件，计算并比较项目方案，合理布置轴承，优化轴系布置，同时通过项目分析，研究船舶推进轴系的主要设计关键点。

2主要参数

9000T水泥运输船采用单台2560kW柴油机，通过可逆转的齿轮箱减速后，驱动固定桨，螺旋桨转速113RPM。轴系由艉轴(长度5725mm)，中间轴(长度2400mm)，齿轮箱输出轴(长度2204mm)组成，固定桨轴系总长约10.3m。

3轴系强度设计

根据船级社规范要求，按照设计提供的船体机舱布置图，进行艉轴和中间轴的最小直径计算，相关数据如下：

通过计算艉轴后轴承处最小直径为328.5mm，实际轴径取340mm;艉轴后轴承处最小壹径为309.7mm，实际轴径取320mm;中间轴最小直径为269.2mm，实际取280mm，

4轴承跨距设计

轴承主要承受轴系本身的重力、齿轮啮合力和螺旋桨水动力等作用，由于结构的原因，本船艉管前后轴承的跨距比较小，根据船舶设计实用手册的推荐公式计算轴承之间的跨距值：z s K,JI

其中：d-轴承间的轴径，Kl;=450，油润滑合金轴承;蜀= 280～350，水润滑高分子轴承。计算出艉管轴承之间的最大跨距为6358mm，如有中间轴轴承，中间轴承与齿轮箱轴承之间的最大跨距为7259mm。

根据船体机舱结构布置图，确定以下三种可行方案。

方案一：设计院方案，常规方案，艉轴上设置艉管后轴承与艉管前轴承，最大跨距2713mm，中间轴上设置中间轴轴承，最大跨距2663mm，满足轴承最大跨距要求;

方案二：我司方案，取消中间轴轴承。艉轴上设置艉管后轴承与艉管前轴承，最大跨距2713mm，艉管前轴承距离齿轮箱后轴承4713mm，满足轴承最大跨距要求;

方案三：取消艉管前轴承方案，艉轴上设置艉管后轴承，最大跨距4763mm，中间轴上设置中间轴轴承，最大跨距2663mm，满足轴承最大跨距要求。

5轴系校中计算

(1)轴系校中计算。根据轴系布置图在DNV轴系校中软件进行模型建立与分析，根据规范要求，在静态下，所有轴承受到的负荷应为正负荷，即不应出现轴承脱空现象，同时在静烈态时候，齿轮箱后 研究方向：机械、船舶。轴承与齿轮箱前轴承的轴承负荷反力差不大于两轴承之间轴端及大齿轮重量的20%，如上述满足，可不需要进行动态计算，轴承负荷与回旋振动频率计算结果如表1。

(2)方案分析。首先考核三种方案的回旋振动频率，螺旋桨转速113RPM，三种方案叶次频都不在0.85~1倍螺旋桨额定转速范围内，满足船规要求，因此不存在回旋振动的风险。

方案一是设计院提供的方案，也是比较普通设计的方案，在静热态时轴系强度满足要求，轴承之间的跨距满足要求，轴承负荷均满足要求，但是在静冷态时候，齿轮箱后轴承负荷非常小，存在可能脱空的风险。

方案二：我司方案，取消中间轴轴承。在静热态时轴系强度满足要求，各轴承之间的跨距满足要求，轴承负荷均满足要求，在静冷态时候各轴承之间的跨距比较合适，轴承负荷比较均匀，满足设计要求。

方案三：取消艉簪前轴承，在静热态时轴系强度满足要求，各轴承之间的跨距满足要求，轴承负荷均满足要求i但是在静冷态时候，齿轮箱后轴承负荷非常小，存在可能脱空的风险，同时在取消艉管前轴承后，轴系安装时需要增加临时支撑，同时缺少前轴承，轴系变形将会对前密封的使用寿命产生影响。

综上分析，我司与设计院充分技术沟通与讨论后，第二种方案最为合适，因此选择了第二种方案。

6轴系安装和试航

轴系安装完毕后，需要在船舶漂浮状态，通过千斤顶对艉管前轴承的实际负荷进行顶升，根据顶升的压力数据绘制顶举曲线，根据千斤顶的活塞面积计算出轴承的实际负荷。通过顶升，本项目前轴承的实际负荷为0.13Mpa，满足船规要求。船舶在试航过程中，艉管前轴承温度稳定35℃;齿轮箱轴承温度稳定在50℃，轴承温度均没有超过报警值，轴系平稳运行，未产生振动现象。

7总结

一般船舶推进轴系是按照船级社规范要求进行强度计算，选择合适的轴颈，然后根据机舱布置图进行轴系跨距的设计，基本可以作为初步的轴系方案图。如需要最佳的轴系布置图，需要在轴系前期设计进行轴系回旋振动与轴系校中设计。本文的三种设计方案都满足经验公式要求，但是通过DNV软件计算，第一种方案和第三种方案并木是最优的。

船舶推进轴系的主要设计关键点为：在轴系强度满足规范要求的前提下选择并尽可能优化的轴承跨距。如轴承跨距太小，可以减少一个轴承，在详细设计时需要进行轴系校中计算和回旋振动计算，如回旋振动无法满足要求，同时机舱结构限制也不易改变轴承的跨距，对于固定桨来说，一般方法是通过改变螺旋桨的桨叶数目来改变叶次频共振转速。

参考文献：

[1]钢制海船入级规范(2006) [S]，北京：人民交通出版社，2006.

[2]中国船舶工业总公司，船舶设计实用手册[K].轮机分册，北京国防工业出版社.