（船舶与海洋工程专业论文）船舶柴油机环氧树脂垫片安装的理论计算和工艺研究.pdf

论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文 中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表或 撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作 了明确的声魄并表示了谢意。 作誊签名 论文使用授权声明 日期：芝! ：掣 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公布论文的全部或 部分内容。可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。保密的论文在解 密后遵守此规定。 作者签名 日期： 圳，( 7 - 和 啦 午 上海海事大学硕士论文 船舶柴油机环氧树脂垫片安袈的理论计算和工艺研究 摘要 随着造船业的不断发展，浇注式环氧树脂主机垫块的应用己日趋增多。由于环氧 树脂可现场浇注，一次成形，施工周期短，并且具有隔热、隔振、抗压和耐腐蚀的特 征，因此在国外绝大多数的船舶主机安装都采用浇注式环氧树脂垫块工艺。但在国内， 船舶主机安装大多数仍采用传统的金属垫片，这主要是由于对金属垫块的设计、加工 和安装已有一套较为成熟的经验，而对于环氧树脂垫块的理论计算和浇注工艺，尚缺 乏船级社认可的完整方法，加上环氧树脂材料较金属垫块贵，故目前我国应用尚少。 但随着我国改革开放的深入，造船技术的不断发展，国内人工成本的不断上涨，环氧 树脂垫块的技术优势将会凸现，其在主机定位安装中的应用将必然会取代金属垫块。 论文通过对主机机座一垫块一基座系统的接触刚度分析、金属垫片和环氧树脂垫 片在船舶主机安装中的优缺点分析以及环氧树脂垫片的可靠性和经济性分析，得出环 氧树脂垫片应用于船用主机安装的优越性。 论文还对实际情况下船用主机环氧树脂垫片安装的理论计算、现场浇注安装关键 工序和监督检验过程进行了研究分析，对于进一步完善其计算方法、安装工艺、检验 方法和依据提出了建议与改进措施，并在本人所监造的5 8 0 0 d w t 杂货船和2 0 0 0 0 d w t 散货船主机安装中得以应用，收到了良好的效果。 关键词：环氧树脂，垫片，船用主机，理论计算，浇注工艺 2 上海海事大学硕士论文 船舶柴油视环氧树脂垫片安装的理论计算和工艺研究 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to ft h es h i p b u i l d i n gi n d u s t r y ，t h eu s i n g o f p o u r i n ge p o x yr e s i n a sm a r i n em a i n e n g i n e s b a s eg a s k e th a sb e c o m e i n c r e a s i n g l yf r e q u e n t s i n c ee p o x yr e s i nc a nb ep r o c e s s e d i n s t a l l e da n ds h a p e da t s i t e ，a n ds h o r t e nt h ei n s t a l l a t i o np e r i o d a tt h es a m et i m e t h ee p o x yr e s i nh a v e p r o p e r t i e so fg o o di n s u l a t i o n ，a n t i v i b r a t i o n 。p r e s s u r eb o r n ea n dc o r r o s i o nr e s i s t a n t ， am a j o r i t yo fm a r i n em a i ne n g i n ea r eu s i n ge p o x yr e s i na sb a s eg a s k e to v e r s e a s h o w e v e r , a th o m e ，t h em a j o r i t yo fm a r i n em a i ne n g i n es t i l lu s i n gt r a d i t i o n a lm e t a l s h i m ，m a i n l yd u et ot h ed e s i g n ，p r o c e s s i n ga n di n s t a l l a t i o no ft h em e t a ls h j mw e r e t e c h n i c a lm a t u r i t y , a n da l s of o rt h et h e o r e t i c a ic a l c u l a t i o na n di n s t a l l a t i o np r o c e s so f e p o x yr e s i ng a s k e tw e r el a c ko fi n t e g r i t ym e t h o dw h i c hc a nb ea c c e p t e db y c l a s s i f i c a t i o ns o c i e t y i na d d i t i o n ，t h ee p o x yr e s i nm a t e r i a li sm o r ee x p e n s i v et h a n m e t a ls h i m b u tw i t ht h er e f o r ma n do p e n i n g u pp r o c e s s e di nt h i sc o u n t r y t h e c o n t i n u e dd e v e l o p m e n to fs h i p b u i l d i n gt e c h n o l o g ya n dt h er i s i n gd o m e s t i cl a b o u r c o s t s ，t h et e c h n i c a la d v a n t a g eo ft h ee p o x yr e s i nw i l ls t a n do u t ，a n di tw i l lr e p l a c e t h em e t a ls h i ma st h em a r i n em a i ne n g i n e 。sb a s eg a s k e t t h ec o n t a c tr i g i d i t yo ft h em a r i n em a i ne n g i n e sb e d p l a t e - - - t h es h i m s h i d s b o t t o md e c kw e r es t u d i e d t h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h em e t a ls h i m a n dt h ee p o x yr e s i nu s i n ga st h eb a s eg a s k e to fm a r i n e m a i ne n g i n ew e r ea n a l y z e d ， a n dt h er e l i a b i l i t ya n de c o n o m i ca n a l y s i st ot h ee p o x yr e s i nw a sa l s oc a r r i e do u ti n t h i sp a p e r a c c o r d i n gt ot h e s es t u d ya n da n a l y s i s ，i tw a sf o u n dt h a tu s i n ge p o x y r e s i na sm a r i n em a i ne n g i n e4 sb a s eg a s k e tw e r es u p e r i o r i t ye v e rt h em e t a ls h m t h et h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o n 、t h e k e yp r o c e d u r eo f i n s t a l l a t i o na n dt h e s u p e r v i s i o na n di n s p e c t i o np r o c e s s e sf o rt h ee p o x yr e s i nu s i n ga sm a r i n em a i n e n g i n e ss h i mw e r es t u d i e da n da n a l y z e di nt h i sp a p e r a n db a s e do nt h es t u d ya n d a n a l y s i s ，i m p r o v i n gm e a s u r e sa n dr e c o m m e n d a t i o n sw e r ea d v i s e d a l s ot h e a c h i e v e m e n t si nt h i sp a p e rw e r ea p p l i e dt ot h em a i ne n g i n ei n s t a l l a t i o no ft h e 5 8 0 0 d w tg e n e r a lc a r g os h i pa n d2 0 0 0 0 d w tb u l kc a r r i e r , s h a ol i ( m a r i n ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db y 鱼_ 圣b _ 坌田i g k e y w o r d ：e p o x yr e s i n ，s h i m ，m a r i n em a i ne n g i n e ，t h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o n ， j n s t a l l a t i o np r o c e s s 上海海事大学硕士论文船舶柴油机环氧树脂垫片安装的理论计算和工艺研究 第一章前言 1 1 课题研究的背景、目的和意义 船舶动力装置是船舶的“心脏”，在动力装霞的各个组成部分中，无论从功率大 小、重要程度、制造成本、营运费用及日常维护管理所投入的工作量来看，推进装置 都处于最显著的地位。柴油机动力装置由于具备比较优良的性能，在现代船舶中得到 了广泛的应用。它不仅是热效率最高的种热机，而且具有启动迅速、部分负荷运转 性能好，安全可靠、装置重量轻、功率范围大( 从几千瓦到数万千瓦) 等一系列优点。 所以目前民用船舶历应用的动力装置中，柴油机动力装置占有绝对优势，其他类型动 力装置所占的份额很少，这种状况在今后一个相当长的时期内还将如此。 柴油机动力装置的可靠性对船舶而言至关重要，因为船舶在航行中长期离开陆 地，在发生故障时不可能及时得到陆地人员的支持，只能依赖船员自行修理；且船舶 主、副柴油机是整个船舶的动力来源，一旦出现故障，将使船舶失去活动能力和作业 能力，严重影响船舶的安全与船员、旅客的工作和生活；特别是在恶劣、复杂航行环 境和严峻的气象条件下，一旦影响航行的重要部件发生故障，就有可能导致海损和严 重的海洋污染，引起重大的经济损失，甚至可能造成人员伤亡。 船用柴油机的使用环境苛刻多变、运行时工作参数变化范围较大；在长期的运转 使用过程中，由于受其内在因素( 如设计、材料、制造和安装工艺等) 和外部工作条 件( 如负荷、维护管理、环境等) 舸影响，使机械零部件的尺寸精度、几何形状和相 互位置精度、配合精度及表面质量逐渐发生变化，或者产生腐蚀、裂纹等破坏，柴油 机的技术状态和使用性能不断下降，甚至发生故障。根据世界四大柴油机制造公司的 统计，在柴油机船上，动力装置中各种机械发生故障的比例和柴油机按发生故障原因 分类的比例分别如表卜1 和表1 2 所示。 6 上海海事大学硕士论文 船舶柴油机环氧树脂垫片安装的理论计算和工艺研究 表卜l 各种机械发生故障占总故障数比例表 机械种主机柴油发 机舱副 甲板副各管路 电动机其他 说明 类 电机机机阀 故障次故障总 数 3 81 5 7l o 91 3 78 13 99 7 数 7 5 2 1 表卜2 按柴油机故障原因分类的发生故障的比例 设计材料安装操作自然腐蚀污损振动管理 i 问题问题问题问题磨损问题 | l - 9 2 4 37 49 51 0 51 0 42 4 7l o o1 3 通过对以上这些统计数据分析表明，在柴油机船舶上，主、副柴油机的故障分别 占总故障数7 5 2 1 次的3 s 幂n 1 5 7 ，所以说，柴油机是动力装置中最重要的，但也是最 薄弱的环节。在柴油机发生故障的原因中，安装问题和振动( 其主要原因也往往是由 于安装不良所引起的) 约占全部原因i 5 。所以对于柴油机在船上安装的可靠性，应 给予足够的重视。 近年来，随着航运业的不断升温，国内经济的快速发展和国际经济一体化程度的 提高，修造船业一片繁荣；同时，随着世界造船业的不断东移，我国大型国有船厂接 受了大量国外船东的大型远洋船舶定单。持单量大，自然无暇顾及国际及国内短途运 输所需的中小型船舶，这块市场便一下子空了出来，成为各地民营投资者青睐的“香 饽饽”。各地中小船厂顿时风起云涌。但是，由于各地民营船厂普遍存在建厂历史短， 设备落后，专业技术人员缺乏的通病，对于船用柴油机的安装，尤其是大、中型柴油 机的安装，缺乏经验和可靠的工艺，往往使得柴油机在船舶出厂后的营运过程中出现 问题，危及船舶的正常航行。这就使得我们对于船用柴油机的安装方式和工艺应引起 更大的关注。 1 2 课题所要解决的问题 1 通过对船舶柴油机各种不同安装方式的分析和经济性、可靠性的研究，找出目前 上海海事大学硕士论文 船舶柴油机环氧树脂垫片安装的理论计算和工艺研究 最适合的船舶柴油机的安装方式； 2 通过对环氧树脂垫片各种理论计算方法的研究，探讨合理和可靠的计算方法： 3 通过对目前环氧树脂垫片浇注工艺的实践和研究，改进其不足，提出更合理的浇 注工艺； 4 在上述研究的基础上，针对目前中国船级社缺乏对于环氧树脂垫片安装的理论计 算和浇注工艺的统一检验要求，提出理论计算审核和工艺监督的要点。 1 3 课题的研究方法 收集资料是研究的基础工作。资料充分，研究的结果就可靠。因此，本人在研究 中对资料的收集将采取几种方式：利用本人船舶检验工作中积累的经验和收集到的资 料，进行分类整理：从国际互联网上搜索有关信息：通过阅读大量有关的文献、期刊、 论文、国际会议交流的文章等获取信息：咨询老师和船舶行业的同行等。根据相关资 料，进行分析研究，同时结合目前正在进行的船舶建造和修理检验，把自己的理论研 究应用到实践中，在实践中得到验证，并不断修正研究结果，使其进一步完善。 上海海事大学颁士论文 船舶柴油机环氧树脂垫片安装的理论计算和工艺研究 第二章环氧树脂垫片的发展概况及国内外研究动态 2 1 国外发展概况及研究动态 在船用柴油机安装时，传统的方法是用铸铁块或钢块作垫片；垫片通常有矩形垫 片、双联圆形斜面垫片、螺纹可调球面垫片等：由于接触刚度的关系，无论大型主机， 还是中、小型主枫或副机大多用铸铁矩形垫片。它需要由专用机床来加工机座底面、 基座面和垫片，并留有0 1 o 2 m m 的研磨余量。同时还需要高级钳工对每一块垫片 进行拂刮，整个过程不仅劳动强度大、工时耗费多，而且垫片的接触面积也仅能达到 7 0 左右。特别是些中小船厂，因设备和人员的安装技能受到限制，往往使一些设 备的安装精度达不到要求，以至影响了机械设备使用寿命和航运安全。 为了高效率、高质量地进行设备安装，克服因设备和技能不足所带来的问题和困 难，改善劳动条件缩短修、造船的周期。人们在上世纪五十年代末到六十年代初开始 使用半塑垫片来进行设备安装，其方法是在经过精加工后的铁垫片两表面涂上一层环 氧树脂，再垫塞在机座底面和基座面之间以提高接触面积，这种半塑垫片省去了研磨、 拂刮工序，形式上缩短了安装周期。到目前为止还有单位在使用此法。但这种方法还 不能明显缩短安装周期，并且由于其环氧树脂配方无科学的试验数据，无统一完善的 施工工艺，有时黏结的环氧树脂不固化或不完全固化，船级社对该工艺无法认可，经 常出现开裂、松动等质量事故。这样促使人们开始寻求另种新的材料和工艺。 在上世纪六十年代中期，美国费城树脂公司受造船行业的委托，开始研制浇注型 环氧垫片”1 。经过几年研究，取得了很大成功。七十年代初，国外在船舶设备上，开 始采用耐高负荷的浇注型环氧垫片，达到了高效率、高质量地安装设备。由于环氧树 脂垫片弹性模数比钢、铁垫片低，并接触面理论上可以达到1 0 0 ，设备在使用过程 中，振动大为改善，减少了维护工作量，延长了使用寿命，深受船主欢迎。据美国费 城树脂公司统计，到1 9 7 5 年6 月止，环氧浇注新工艺在万匹马力以下的主机上已应 用4 6 0 台，万匹马力以上应用了8 0 台“1 。 目前世界上船舶主机的安装更加普遍采用浇注型环氧树脂垫片，并且环氧垫片的 生产己成系列化，从美国费城村脂公司独家生产，已发展到世界上有三家生产：美国 c h o c k f a s t 、德国e p o c s a t 及中国的j n - 1 2 0 a ”“1 。使用范围已从船舶主机安装发展 上海海事大学硕士论文 船舶柴油机环氧树脂垫片安装的理论计算和工艺研究 到船舶轴系、螺旋桨、甲板机械的安装 辛雄在日本船用机关学会志上指出 已经实施，预计将会更加普及。”“1 并逐渐发展到陆用设备。日本造船专家富田 “用塑料代替金属垫块安装在船舶主机不仅 近年来，由于环氧树脂垫片实船应用的良好反映，以及环氧树脂材料制造工艺的 不断提高，使得材料本身的化学和力学性能不断优化；业界对环氧树脂垫片在船舶柴 油机安装中的应用不仅放宽了使用条件，而且扩大了使用范围。比如在理论计算中对 于使用温度、净压应力和总压应力的限制，以美国费城树脂公司生产的c h o c k f a s t 为例，世界各大船级社如美国a b s 、法国b v 、英国l r 、德国g l 、挪威d n v 及日本n k 均进行了两次认可，而且第二次认可都比第一次认可放宽了使用条件。 例如，英国l r 船级社第一次认可时对c t t o c k f a s t 垫块的使用温度及相应温度下 垫块承受的净压应力和总压应力作了如下限制： 表2 - 1c h o c k f a s t 使用规定“ 使用温度净压应力总压应力 3 54 0 - - 5 5 ( h b 3 8 )3 5 1 4 3 2 6 9 b a r c o l 4 5 ( h 8 2 5 4 0 ( h b 2 3 - ( h b ) h a r d n e s s 2 7 )2 5 ) 抗拉强度 3 43 8 14 9 43 4 52 0 0 m p a 热膨胀系数 4 3 8x1 0 13 0 8x1 0 1 1 5 1 2x 1 1 0 呻 线形收缩 i 1 ， 只要静压应力不大于0 7 ( m p a ) ，也认为是安全的。 5 实际情况下，环氧垫片所受的应力不仅仅是上述提到的静压应力，还包括地 脚螺栓的拧紧力，所以引入了一个环氧垫片所受的总压应力p 的概念，既p = ( w + t ) a 。式中：w 一主机的重量；t 一螺栓的总紧固力。 对于总压应力p ，目前英国l r 船级社作了如下规定： 使用温度 总压应力p 3 8 4 2 m p a 3 8 - - 6 0 3 5 m p a 6 0 一7 1 2 5 ，可确保机器不移动。 单个螺栓的紧固力l = t n = 1 6 6 4 4 4 3 4 ( n ) 5 8 = 2 8 6 9 7 3 ( n ) 若采用扭力扳手，螺栓的拧紧力矩m 【= 0 2xl d i 0 0 0 = 0 2 2 8 6 9 7 3 6 4 1 0 0 0 = 3 6 7 3 ( n m ) 如果采用液压拉伸器紧固螺栓，则紧固时液压拉伸器的油压公式为： p 。= t 。k 8 式中：p n 一拉伸压力 t 。一紧固力 k 一液压系数，与螺栓尺寸有关 s 一拉伸器活塞有效面积 在本例设计中，k 取0 8 ，s 取4 0 。3c m 2 ，则p f 9 0 m p a 但事实上主机制造厂对地脚螺拴的液压拉伸器拉伸压力规定为8 5m p a ，这样的 话出现与上述计算不符的情况。这实际上是由于我们先假定了垫片的总压应力。如果 反过来计算： p n = 8 5 m p a ，则t 。= p 。xkxs = 8 5 0 8x4 0 3 0 = 2 7 4 0 4 0 ( n ) 总紧固力t = t 。xn = 2 7 4 0 4 0 ( n ) 5 8 = 1 5 8 9 4 3 2 0 ( n ) 总压应力p = t a + p 。= 1 5 8 9 4 3 2 0 5 9 7 1 9 0 0 + o 6 1 = 3 2 8m p a 3 ，5m p a 满足船标要求。 上海海事大学硕士论文船舶柴油机环氧树脂垫片安装的理论计算和工艺研究 实际情况中，一般大中型的柴油机制造厂商对于地脚螺栓的拧紧力矩或拉伸压力 都有明确的规定，此时必须按算法2 进行计算，来判断总压应力p 是否满足要求。而 对于对地脚螺栓的拧紧力矩或拉伸压力没有规定的柴油机制造厂商( 一般是中小柴油 机) ，则可按算法1 进行计算，实际上是计算在环氧树脂安装情况下的地脚螺栓拧紧 力，同时还应根据计算结果来判定总拧紧力是否大于柴油机自重的2 5 倍。 虽然我国船标中对环氧树脂的使用温度没有规定，但事实上使用温度是非常重要 的。如果环氧树脂选择不当，使用温度与主机工作温度不匹配，也会造成巨大的损失。 例如浙江某远洋公司订造的了两条5 0 0 0 吨载重吨的集装箱船舶，主机为荷兰生 产的w a r t s i l a 6 l 3 8 ，主机功率3 9 6 0 k w ，主机转速为6 0 0 r m i n ，带减速齿轮箱，可 变螺距。主机及齿轮箱皆使用环氧树脂作为垫块。船舶出厂一年，发现当初按7 5 0 n m 拧紧力矩预紧的底脚螺栓全部都松了，有的螺栓螺帽甚至用手都可以拧得动。检查主 机与底座四个测量针的距离，有三个测量针距离为0 ，一个为1 0 0m i l l ，由此可见主 机已下沉，且偏斜，主机曲轴中心线与齿轮箱轴线不对，脱开飞轮与齿轮箱联接的减 振橡胶块，对曲轴轴线和齿轮箱轴线检查，主机曲轴中心线已低于减速齿轮箱中心线 2 4 嘞。主机第一道主轴承下瓦拆开检查，已发现下瓦有偏磨，因此船舶巳无法继续 营运，被迫停航修理，重新做钢质垫块，换掉出厂时使用的环氧树脂垫块。由此造成 停航1 0 天，损失租金约5 万美元，更换垫块修理费用l o 多万人民币的重大损失。分 析这起事故的原因，笔者认为有两个： 选择环氧树脂材料不恰当。该垫块材料是由某造船厂提供的，根据该垫块材料 的技术材料显示，该环氧树脂的热变形温度为7 5 1 ，而本船主机当时使用温度， 主机滑油从主机出来进滑油冷却器时的实际温度为7 9 ，机舱的环境温度为4 5 一 5 5 c ，因此可以肯定主机机座的温度已远远高于该环氧树脂的热变形温度。此外，减 速齿轮箱滑油的温度在5 4 c 左右，所以，减速齿轮箱环氧树脂垫块变形小，齿轮箱 底脚螺拴松动较小，造成了主机曲轴中心线低于齿轮箱轴线。 环氧树脂材料强度不足。本船在更换环氧树脂垫块时，取出的环氧树脂垫块中 靠近飞轮端两侧的垫块己破碎。笔者认为是由于底脚螺栓松动而引起的主机振动造成 的巨大冲击及由于受热变形而强度不足引起破碎的。当把船厂留做的环氧树脂样块作 压力试验时，6 0 时环氧树脂已经变形了。 由以上分析可以看出：环氧树脂垫块必须注意使用的环境条件，其中最主要的是 上海海事大学硕士论文船舶柴油机环氧树脂垫片安装的理论计算和工艺研究 环境温度。一般柴油机生产厂家都要提供一些柴油机的参数，选择垫块时一定要注意， 比如本船主机生产厂家在w a r t s i l a 3 8 船用柴油机安装与设计手册第6 4 页提示： 本机可以安装在环氧树脂垫块上，在选择树脂类型时，要注意到柴油机正常工作时底 脚支撑面的最大温度为7 8 ( 2 。在本机的使用过程中，由于主机滑油恒温阀的选择不 当，而实际使温度高于说明书中规定的温度，如果选择垫块材料时注意到了，就可以 避免不必要的经济损失。 6 螺栓拉应力计算： 螺栓直径最小为5 4 m m 拉应力o 。：t 。d 2 j i 4 = 2 8 6 9 7 3 5 4 23 1 4 4 = 1 2 5 ，3 7 ( m p a ) c c s 规范及我国的船标中，对于螺检的拉应力只要求小于该螺栓材料的屈服强 度，而未计及安全系数。笔者查阅了国际上其他几个主要船级社的规范，均规定螺栓 拉应力应小于其屈服强度的8 0 。对于本例，螺栓材料为s 3 4 c r l r ，屈服强度。为 5 5 0 ( m p a ) ，计算的拉应力小于材料的屈服强度，也同时小于其屈服强度的8 0 。 按照我国船标的规定，对于船舶主机环氧树脂垫片的设计计算包含上述六项即 可。国内大部分船厂的设计计算书也仅包含上述六项，而对于地脚螺栓的伸长量没有 涉及。但实际上考虑到柴油机在运转过程中的振动，对于地脚螺栓的紧固力和伸长量 在计算中应一并考虑。对此，笔者曾查阅了其他几个主要船级社的规范，发现德国劳 氏船级社g l 对地脚螺检伸长量的下限有明确的规定：当总压应力小于3 5m p a 时， 串长量s 。：o 1 2 m m ：当总压应力大于3 ，5m p a 时，伸长量s 。，产o 1 5 r i m ；对于本例： 7 地脚螺检伸长量s 计算： s = 4 p h a x k l k e d 7 式中：b ：螺栓长度，m m d ：螺栓直径 e ：弹性模量，e = 2 0 7 x1 0 5m p a k ：液压系数，与嫘栓尺寸有关 a 。：液压拉伸器活塞有效面积“= 4 0 3 0m m 2 p 。：拉伸器拉伸压力，按主机厂要求p h = 8 5m p a 所以，s = 4 8 5 4 0 3 0 0 8 3 2 0 n 2 0 7 0 0 0 5 4 2 = 0 1 8 5 m m 满足g l 规范要求。 上海海事大学硕士论文船舶柴油机环氧树脂垫片安装的理论计算和工艺研究 综上所述，对于船舶主机环氧树脂垫片的理论设计计算及现场验船师在审核中应 注意： ( 1 ) 设计计算内容 除了c b t3 5 1 4 - 9 2 船用环氧机座垫片技术要求中要求包括的内容外，还应 包括预计的垫片最高工作温度。 ( 2 ) 主机底座设计 主机订货时应向造机厂说明该机使用环氧树脂垫片。目前的低速柴油机底座设计 的承压面积都较大，可兼容金属垫片及环氧垫片，但使用金属垫片时有l i 0 0 的斜 度使便于拂磨垫片。当使用环氧垫片时，如有这一斜度，将使浇注时不利于气体之排 出，应以无斜度为佳，在订货要求中应提出。船厂如忽略此点会影响垫块的浇注质量。 ( 3 ) 设计参数指标 各船级社对环氧垫片之比承压有两个指标。其一为按发动机重量( 包含正常运转 时的润滑油及冷却水，而并非空机重量) 计算的比压，此值均为0 7 m p a 。其二为加 上螺栓压力后的比压，此值绝大部分船级社定为3 5m p a 。少数船级社定为4 5m p a 或5 0m p a 。随着环氧树脂垫片可靠性的被证实，当前原定限值为3 5m p a 的船级 社有提高限值的趋势。例如n k 己从3 5m p a ( 1 9 7 8 年1 0 月) 提高到5 0m p a ( 1 9 9 3 年8 月) 。即使按提高了的限值计算静态压力的名义安全系数亦达2 5 以上。而目前的 主要低速柴油机底座面积仍可满足3 5m p a 的比压要求。故可认为在强度方面安全 裕量是足够的。 ( 4 ) 垫片之设计厚度 通常垫片为一次浇注，其厚度以不超过3 5 m m 为好，最厚不得大于7 0 r m ，且其高 度不得超过其长度或宽度。过厚的树脂垫片难以保证浇注质量并易产生较大的内应 力，在受侧向力及振动时易产生裂纹。一般以取小厚度为好。在船体及主机的安装偏 差能严格控制的前提下，设计的目标厚度以取3 0 3 5 m m 为合适，小于此值则在安置 围栏及液压顶升器时可能有一定困难，更重要的是当船舶下水并主机定位后主机底座 与船体基座间的间隔及平行度超差时( 5 m m 属正常) 难以补救。通常船厂设计均大於 造机厂推荐值。例如，日本造机厂一般推荐3 5 m m 厚，而船厂设计值为4 5 5 0 m m ，应 予认可。但如按计划在炎热环境下浇注，则应要求设计厚度尽可能减小，以保证浇注 质量。当设计厚度大于3 5 m m 时，则应考虑浇注二层。为了保证环氧树脂浇注后的胶 上海海事大学硕士论文船舶柴油机环氧树脂垫片安装的理论计算和工艺研究 接性能，在浇注二层时，其时间间隙应不小于5 小时，若外界气温较低时，还需延长 1 2 小时为宜，目的是为了让环氧树脂充分凝固。 ( 5 ) 螺栓紧固力 一般国内外知名公司生产的大中型柴油机，在其安装说明书中对螺栓紧固力和 或伸长量均有明确的规定，只要在计算中按推荐的螺栓紧固力计算出总压应力是否满 足要求即可。但对于没有提供上述数据的柴油机，则要考虑2 个方面：即总压应力不 大于规定值也不得小于规定值( 我国船标中规定的范围是2 5m p a 3 5m p a ，日本海 事协会规定的范围是2 5m p a 5 0m p a ) ；其二是总拧紧力应大于柴油机自重的2 5 倍，这是考虑到为了确保机器不会移动，事实上总压应力的下限值2 5m p a ，也约相 当于螺栓压力大于柴油机自重造成之压力的2 5 倍；如螺旋桨的推力完全由螺栓压力 造成的摩擦力承受，则应使螺栓之总压力大于推力之3 5 倍。但一般即使达到此值， 为安全计仍应要求安置止推块。 ( 6 ) 螺栓拉应力及伸长量 对于螺栓的屈服强度，一般应大于6 0 0m p a 。计算而得的螺栓拉应力建议考虑安 全系数，即螺栓拉应力应小于其屈服强度的8 0 。对于伸长量，建议按g l 规范进行 考核，既当总压应力小于3 5m p a 时，伸长量下限s 。n - 0 1 2 m m ：当总压应力大于3 5 m p a 时，伸长量下限s , i o = o 1 5 m m 。 ( 7 ) 垫块布置 通常，设计者为获得尽可能大的承压面积，垫片的布置常常十分紧凑。此时应注 意不能将一些基座浅水孔堵死，且应留出位置安装四个测量螺栓，以各今后检查主机 的下沉量。每一垫块应至少布置两只底脚螺栓。在浇注环氧树脂垫块前，轴系应先对 中，并在底脚螺栓上紧后，轴线要重新测量，应预先考虑机座会有约l 1 0 0 0 0 厚度 的下沉量。在轴系对中计算书中应予计及。 ( 8 ) 边垫片( s i d e c h o c k ) 和端垫片( e n d c h o c k ) 由于环氧树脂有很大的柔性，在受力时变形较大，一般不建议在相互垂直的位置 上同时安置环氧树脂垫片，否则会造成剪切滑移而损坏垫片。故边垫片及端垫片应尽 量使用铸铁，尽管有些知名的主机厂商已使用环氧树脂做边垫片和端垫片( 在第十章 中述及) 。 上海海事大学硕士论文船舶柴油机环氧树脂垫片安装的理论计算和工艺研究 第八章环氧树脂垫片浇注工艺研究及监督检验时应注意的问题 8 1 环氧树脂生产厂及其眭能 船舶机械用环氧树脂的质量要求较高。目前世界上获得各船级社认可的只有下述 3 家工厂的专业产品： c h o c k f a s t ：美国p h i l a d e l p h i ar e s i n 公司生产。此产品开发较早，目前在 亚洲及美洲广泛采用。作船舶主机垫片时用c h o c k f a s to r a n g e ，树脂呈橙色。 e p o c a s t ：西德h a s p r i n g e r 公司生产。主要在欧洲使用。作主机垫片用 e p o c a s t3