【硕士论文】船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究.pdf

船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 摘要 船舶工业中 螺旋桨是船舶的关键装置之一 但是 中国船级社并 没有一套系统的 可操作性的检验程序来指导现场验船师实施检验 本文 以c c s 的规范为基础 收集了多位资深验船师和相关生产企 业的设计及q c 专家的意见 并参考了l r d n v n k b v 等i a c s 理事会 员船级社的规范和须知 以及有关的船标 国标 希望形成一套以供 指导中国船级社现场进行船用螺旋桨制造和修复检验的基本程序 使 c c s 的检验程序更加规范 检验质量更加提高 关键词 船用螺旋桨制造和修复检验程序 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 a b s t r a c t i nt h es h i p b u i l d i n gp r a c t i c e m a r i n e p r o p e l l e r i so n eo ft h ek e y i n s t a l l a t i o n s h o w e v e r u n t i ln o w t h e r ei sn o tas e to fs y s t e m a t i ca n d o p e r a t i v ei n s t r u c t i o nf o rg u i d i n gt h eo n t h e s p o ts u r v e y o r st oc a t y o u t s u r v e ya n di n s p e c t i o ni nc h i n ac l a s s i f i c a t i o ns o c i e t y c c s b a s e do nt h er e g u l a t i o no fc c s t h ep a p e ri sm a i n l yd e v o t e dt o c o m p l e t i n gt h es e to fi n s t r u c t i o nt h r o u g hc o l l e c t i n gt h er e l a t i v ep r a c t i c a l e x p e r i e n c ef r o mm a n y s e n i o r s u r v e y o r s a n dc o n s u l t i n gq c i q aa n d d e s i g n i n ge x p e r t si nc o r r e s p o n d i n gm a n u f a c t u r e r s m e a n w h i l e r e f e r r i n gt o c h i n av e s s e ls t a n d a r d s c b c h i n an a t i o n a ls t a n d a r d s g b i n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d s i s o a n di a c s u n i f i e dr e q u i r e m e n t s w 2 4 a sw e l l a ss o m e r e g u l a t i o n sa n di n s t r u c t i o nd r a w nu pb yo t h e ro n e so ft h em e m b e r so f a c s s u c ha sl r d n v n k a n d b ve t c i no r d e rt oe n s u r et h ep r o p e l l e r so fq u a l i t ya v a i l a b l e i ti se x p e c t e dt h a t t h es e to fi n s t r u c t i o nw o u l db eh e l p f u lf o rs u r v e y o r st oc o n d u c tt h es u r v e y w i t hp r o p er s t a n d a r da n du n i f i e dp r o c e d u r e k e yw o r d s m a r i n ep r o p e l l e r m a n u f a c t u r i n g a n dr e p a i r i n g s u r v e yp r o c e d u r e 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 前言 中国船级社 c h i n ac l a s s i f i c a t i o ns o c i e t y c c s 是中国 唯一从事船舶入级检验业务的专业机构 其业务活动起始于1 9 5 6 年 是 国际船级社协会 i a c s 十个正式会员之一 它主要承担国内外船舶 海上设旌 集装箱及相关工业产品的入级检验 公证检验和经中国政府 外国 地区 政府主管机关授权 执行法定检验等具体检验业务 以 及经过主管机构核准的其它业务 从1 9 6 0 年起 中国船级社开始对各种用产品进行产品制造质量检 验 形成两种认可 工厂认可和型式认可 和四种检验 制造 出厂 不定期和个别检验 的检验模式 保证了在船舱与海上设施上使用的设 备 部件 材料的质量 众所周知 船用螺旋桨是船舶最重要的推进装置之一 电始终是中 国船级社产品检验中主要控制的产品 对此 c c s 采取了工厂认可后的 制造检验或茁厂检验 郎从对螺旋桨的生产条件 生产过程 质量控 制到单件产品的型式试验等的全过程检验 具体的认可及检验依据主 要是 中国船级社 产品检验规则 材料与焊接规范 1 9 9 8 船 舶螺旋桨一制造公差 i s 0 4 8 4 i 2 船用金属螺旋桨技术条件 g b l 2 9 1 6 1 9 9 1 民用船舶铜合金螺旋桨着色探伤方法及评级 c b 3 2 9 0 8 5 和i a c s 统一要求 w 2 4 及其它船级社规范等 这些标准 规范 规则的确为现场验船师对螺旋桨的质量控制提供了 充分的依据 从而也保证了高质量的螺旋桨的出厂 但同时 长期的实 践也暴露了许多问题 比如 上述依据都是原则性的界定 缺乏实际的 可操作性和指导性 从而也造成了不同验船师对规范标准有不同的理 船用螺旋桨制逢和修复捡验程序的研究 解和掌握尺度 尤其对于特殊问题的处理 更是产生了较大差异 换 句话说 经过长期实践 每位验船师都形成了自己的一套检验程序及对 问题的处理方法 有所长也有所短 这既造成了资源的浪费 也对螺旋 桨的质量造成了潜在的隐患 尤其是近几年 c c s 许多年长且有经验的 验船师纷纷退休或调离一线岗位 而大批年轻但缺乏经验的验船师不得 不顶上第一线 他们目前所依靠的只能是手头上的标准规范 下面 试举两例以说明这方面的问题 例一 c c s 验船师对螺旋桨检验的基本依据是c c s 材料与焊接规 范 1 9 9 8 以下简称c c s 规范 而其中只对化学成份与力学性 能做了简单的规定 其他都未明确 那么 如对测量尺寸的公差 有时 不同验船师就参照不同标准有不同的控制 比如 g b l 2 9 1 6 9 i 对3 级桨总平均螺距的公差范围为 2 5 而 s 0 4 8 1 l 同样项目要求却是 3 还有其他类似项目 部存在此类 问题 但在实际工作中 除非设计图纸上有特别要求 大多数情况 下 己其在国内航行胎舶的配套桨检验中 这些项目的制造标准取 决于验船师的要求 这为生产厂家造成不便 电为产品质量的判定 留下隐患 例二 在不同规范和标准中 对螺旋桨金属牌号都有不同的规定 从而在力学性能和化学成份方面及检验项目也不尽相同 比如 c c s 规范中 将铜合金种类分为l 级锰青铜 c u l 2 级镍锰青铜 c u z 3 级镍铝青铜 c u 3 4 级锰铝青铜 c u 4 而中国船舶 工业总公司标准 螺旋桨用铜合金技术条件 c b 8 1 8 8 4 又以 z q a l1 4 8 3 2 z q a l1 2 8 3 2 及z q a l9 4 4 2 等来划分合金牌 号 但有的船东或生产厂家就特别强调要求出具c c s 证书并按 c b 8 1 8 8 4 标胡金属牌号 在这种 漪况下 有的验船师就机械地坚持 船用螺旋桨制造和任复检验程序的研究 只有按c c s 规范明确规定出相应的金属牌号才能做试验和签发证 书 使生产和最终验收无法进行下去 事实上 在检验实践中 c b 8 1 8 的部分金属牌号是等同于c c s 规范中的相应要求的 如 z q a l9 4 4 2 等同于c u 3 z q a l1 2 8 3 2 等同于c u 4 如果验船师 掌握了这方面的知识并具有相应的实践经验 就能够既保证了桨的 出厂质量 又满足了各方的特殊要求 因此 针对诸如此类的上述问题 在本研究基础上的这份 中国船 级社船用螺旋桨制造和修复检验的基本程序 以下简称程序 虽然并 不全面且缺乏深度 但其对实践是有指导意义的 其研究的方向也是正 确的 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 l 通则 1 1 为了便于验船师对船用螺旋桨进行技术检验 特制定本程序 1 本程序的技术依据为 1 材料与焊接规范 1 9 9 8 中国船级社 2 钢制海船入级与建造规范 2 0 0 1 年 中国船级社 3 产品检验规则 一1 9 9 6 年 中国船级社 4 1 s 0 4 8 4 l 2 船用螺旋桨一制造公差一1 9 8 l 5 i a c s 统一要求 u r w 2 4 1 9 9 6 6 g b l 2 9 1 6 1 9 9 1 船用金属螺旋桨技术条件 1 3 本程序适用于铜合金螺旋桨 除整体式螺旋桨外 亦适用于组合 式和可凋螺距螺旋桨及部件 其它材料的螺旋桨也可参考本程序 2 螺旋桨制造厂 车间 2 1 根据产品检验项目表的觇定 的工厂认可 的工厂认可程序 螺旋桨制造厂 车间 应经过c c s 2 2 螺旋桨制造厂应填写工厂申请书 说明申请认可的材料级别和尺 寸范围 2 3向中国船级社申请工厂认可的螺旋桨制造厂需提供下述资料 1 工厂概况 2 生产设备 熔炼 造型 浇注 加工等设备能力 3 试验检查设备 各种检查 试验用的仪器 设备 4 质量检查人员情况 包括无损检测的人员的资格 5 图纸资料 包括生产 质量管理等部门运用的相关标准文件 6 质量保证体系 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 7 认可试验大纲 8 缺陷的焊补资科 当有焊补情况时 工厂须有相应设备和有资格 焊工及对应各种铜合金的焊补工艺规程 2 4 现场审核 验船师将到有关部门 车间 试验室等有关场所进行审核 见证典型产 品的制造过程 包括生产流程和质量保证体系 2 j 认可试验 1 取样数量 每种级别铜合金应浇注2 个试样 尺寸按规范 一般 为分体浇注 也可采用联体试样 2 拉力试验 两个试棒测量6 屈服强度 抗拉强度利破断延f 中率 3 化学分析 采用勺样 分析每一熔体的化学成分 4 会相检参 试样取自c u 和c u 拉力试验棒的两端 照片放大率 1 0 0 j 5 螺旋桨农嘶榆a 今少取一只蝶旋桨进行完 后的表面检查 6 符色探伤 x l 先l 后蝶旋桨进行黄色探伤 2 6 试验报告 所有试验的结果 以及金相照片由工厂以报告形式汇编 经验船师 签署后提交c c s 27 上述资料及试验报告经c c s 总部或授权分社审核合格后 可由总部 或被授权分社签发工厂认可证书 3 船用螺旋桨日常产品检验 3 1 工厂应提交经验船部门批准的螺旋桨图纸 32 参加螺旋桨材料性能试验并审查其结果 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研亢 3 3 对螺旋桨铸件进行外观检查 3 4 对螺旋桨整体桨或部件 应参加a 区部位的着色探伤并审核探伤报 告 35 审查并复核工厂出具的螺旋桨主要几何参数检测报告 3 6 参加螺旋桨静平衡试验并审核记录 37 审查工厂检查部门签发的质量检验报告 3 8 对质量体系健全的工厂 例如经过1 s 0 9 0 0 0 认证 其生产的小型桨 及部件 直径薹i 5 m 可采取不定期检验的方式进行认可后检验 4 船用螺旋桨 包括部件 材料 41 目前用于制造螺旋桨的材料主要是铜合余 也有少数使用铸钢 铸 铁或不锈钢材料 e b 于铜合会螺旋桨的综合优点 不但应用普遍 而且 从分类l 各国也f i 趋统一 4 2 制合金螺旋桨分为4 个级刖铸什f 川桶样化学成分舰定见表42 表4 2铜制螺旋桨铸件的化学成分f 制合会种类c ua lm nz ni cn is n p b i 级锚青铜c u i 5 2 6 20 5 3 005 4 3 5 4 005 25三 o量t j至0j 2 级镍锰青铜c u 5 0 5 7 05 201 0 40 3 3 3 8 05 25 2 5 80 兰i5至0j 3 级镍铝青铜c u 7 7 8 27o j l00 5 40量o l 20 6030 60 三0 耋o0 3 4 圾锰铝青铜c u 7 0 8 0 65 90 8 0 0 0 至6 o 2 5oi5 30 三1 o 00 5 4 3 建议c u l 和c u 级合金的锌当量不超过4 5 锌当量可按下列公式计 算 锌当量 i o o 1 0 0 x c u 1 0 0 4 其中a lx s n 5 a l 一0 5 m n 一0 1 f e 一2 3 n i 6 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 4 4 拉伸试验结果应符合表4 4 的规定 表4 4铜制螺旋桨的力学性能 铜合金种类抗拉强度6b规定非比例伸长 伸长率不 不小于应力6p 不小于 小于 n r a m n m m 1 级锰青铜c u l 4 4 0 1 7 5 2 0 2 级镍锰青铜c u 2 4 4 01 7 52 0 3 级镍镍铝青铜c u 3 5 0 02 4 51 6 4 级锰铝青铜c u 4 6 3 02 7 51 8 4 5 铸件应按下列要求制备试洋 1 试件应采用与螺旋桨铸件的铸型相同的造型材料 并应在同样的 冷却条件下单独浇铸 如图4 5 所示的吉尔型试件 若1 个铸件有 几炉制水台浇而成 则每炉铜水都要取洋 图4 5 吉尔型试件 2 若只需要1 个试件时 应在浇铸过程即将结束时浇铸试件 若需 船用螺旋桨制造和修复捡验程序的研究 要几个试件时 则应在浇铸过程开始和结束时分别浇铸 3 所有试件应做出标记 以便识别它所代表的铸件 标记方法应经 c c s 同意 4 6c u l 和c u z 叫锰青铜和镍锰青铜不太恰当 因为这种材料本身实质上 是一种铜锌合金 属黄铜 应在其后加一括弧 高强度黄铜 47i a c s 国际船级社协会以下同此 统一要求 u n w 2 4 1 9 9 6 对 铜合金螺旋桨的化学成分作了一些修改 见表47 表47 螺旋桨的化学成分 口 金 c ua lm nz nf en s op b 弘 r j c u l5 2 6 20 5 3 0o5 4 o3 5 4 00 5 2 5 jo0 l 1 5 0 5 c l l 25 0 一5 705 2 0o 40j 3 3 805 2 53 0 60 0 o0 3 c u 37 7 8 270 一l 0 5 4o 1020 6 03 0 60 0 o0 3 c u 47 0 8 065 908 0 二0o 6 o1 0 5o1 5 3o 1o o 0 5 48 部分国内航行船舶螺旋桨制造常采用c b 8 18 8 4 标准 其合金牌号及 化学成份和力学性能要求详见表4 8 a 表4 8 b 群鲁季副 fl 熠一 c 毫lv n 1 毒 11兰注亡芒等忙五 li姆掌犁星 二l c 等 l lvon一 c士 i一 ivo 一一一 1 皿圈 昀 o c 疗 列d 辋 乓 v 面吲 托 喀 u m o k 乱 摹 盎 冬 爿 皇 n 扑 蔓 o u 是 冬 酏 z i k 主 剖 盘 捌j 舞 一 o 秣铝 揣 囊 叫g叫g g 霎 一 叩一 一 l 蓁型蚕囊3 羞妻 l 垂 霉 i 摹箍 o 1 7 0 z q a l l 2 8 3 2 6 6 6 4 7 2 0 3 0 1 6 0 z q a l l 3 7 4 3 1 6 5 6 3 7 1 8 2 5 1 6 0 z h a 1 6 7 5 2 2 6 2 6 0 b 1 5 2 5 1 6 0 z h m n 5 5 3 1 4 8 4 7 1 2 0 3 0 1 0 0 z q a l 9 4 4 2 6 5 6 3 7 1 8 2 5 1 6 0 z q a l 8 1 一t 6 6 6 4 7 1 5 2 5 1 6 0 注 1 z i i m n 5 5 3 1 用于民用螺旋桨时 强度允许为4 5k g f m m 2 z q a l 8 1 1 为石墨型或金属型的性能 5 螺旋桨重要区域的划分 5l 侧斜角的概念 桨叶最大侧斜角是指在桨叶的投影图上 一条经叶尖和轴中心线到另一 条经轴心线与叶截面中点轨迹相切线的夹角 见图5 1 侧斜角大于2 5 为大侧斜桨 侧斜角小于或等于2 5 为小侧斜桨 0 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 中 巴 侧斜角 图5i 侧斜角定义 5 2 重要区域 桨叶上存在缺陷的位置不同 所造成的危害性也不同 为了区分 把桨 叶分为a b c 三个区 5 2 1 整体式小侧斜桨 图5 2 1 1 a 区为桨叶压力面上自叶根圆角并包括叶根圆角至o4 r 以及随边 至导边o 1 5 倍弦长和到随边o 2 倍弦长所包含的区域内 2 b 区包括桨叶两面o 7 r 内 除a 区外的区域 3 c 区包括桨叶两面o 7 r 以外的区域和桨毂端面 o 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 压力面吸力面 图52l 整体小侧斜桨重要区域 其中 r 为螺旋桨半径0 c r 为在半径r 处叶宽 522 大侧斜桨 图5 2 2 1 a 区为桨叶压力面上以叶根圆角以及自导边与叶根圆角接合处至 o 9 r 的随边处并通过o 7 r 弦长中点和o 4 r 离导过o3 倍弦长处那 一点的边线 a 区还包括沿桨叶叶根至0 9r 处吸边面上随边及以01 5 倍弦长斜自 与0 9 处随边相遇的内边界在内的区域 2 b 区包括整个剩余的桨时表面 1 2 艏用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 压力面吸力面 图5 2 2 本大侧斜桨重要区域 5 2 3 可调螺距桨 除5 2 i 和5 2 2 相应划分外 1 可调桨桨叶片应划分或如图5 2 31 所示的a b 区 遨0 砷基互向前臣荔i 获 劳 弱 o 驯面 i 丑 专警慰 a 7 一 x 卫j i 剥翟 已互 图5 2 3 1 可调桨桨和组装桨的重要区域 2 如果可调桨桨叶具有整体浇铸的轴颈 则轴颈圆角和从圆角偏转处 至2 0 r a m 距离的邻近材料均应视为b 区 如图5 232 所示 轴颈剩余 的其它表面可视为c 区 1 1 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 葛预前兰言焉霉蓑面葺厦观0c 萎严瞄要求互 图5 2 32 可调桨桨叶整体铸造轴颈中的重要区域 3 可调桨的桨毂在每个桨叶入口处应包括 a 区范围 如图5 23 3 所示 其余可认为是c 区 i 二 以工 豆如 直龟 图5 2 3 3 可调桨桨毂的重要区域 5 2 4 组装螺旋桨 除5 2 1 和52 2 相应划分外 1 4 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 1 a 区还包括桨毂的一些部件 如图5 2 3 3 2 桨叶部分 a 区还包括法兰和内角 如图示5 2 3 1 5 2 5 在具有连续负载叶梢 c l t 的螺旋桨桨叶中 其整个叶梢及其相 邻1 0 0 r a m 距离的桨叶均应视为b 区 对直径小于2 m 的螺旋桨 该区 的宽度可减至螺旋桨半径的十分之一 见图5 2 5 图525 在连续负载桨时叶梢上的b 区 6 螺旋桨主要尺寸 几何参数的测量和检查 6l 局部螺距的测量 6 ll 测量局部螺距p 时 可按压力面同一半径处放设夹角为q 的m n 两点的轴向高度差a h 来计算 见图6 1 1 o l j 一 l i i 葛蕃i 图6 1l 局部螺距测量方法一 6l2 当截面展开后压力面为一直线时 见图6 1 2 局部螺距p l 见公 式 1 p l 3 6 0 2 h z h 1 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 图6 1 2 局部螺距测量二 61 3 当截面展开后为一曲线时 见图6 1 3 a b 此时局部螺距值p l 见 式 2 p 1 3 6 0 2 h 2 r z 一 h r t 图613 局部螺距测量三 6 2 截面厚度的测量 6 2 1 测量截面厚度t 的方法是 在压力面r s 线上确定轴向各测点m 图 6 2 1 a 然后从m 点所在截面的理论螺距线的垂直方面上测量 图 6 2l b 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 各半径处的厚度一般用外卡尺测量 6 2 2 螺旋桨的导边及随边边缘须用样板进行检验 样板要求见7 2 ab 图6 2 1 截面厚度的测量 63 倾斜度 轴各位置和桨叶间夹角 63l 测量位置见图6 3l 63 2 测量方法说明及公差见6 33 n o8 9 1 0 1 7 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 j 晤面i 一 i k q 一出 一 彦磊尹 乏三 一皿 一 图6 3 1 倾斜度 轴各位置和桨叶夹角的测量 6 33 螺旋桨几何尺寸的公差参见表6 3 3 表6 3 3 螺旋桨几何尺寸的公差表 序 检查项目 s 级1 级2 级3 级说明 号 l 半径r 02 0 3 0 4 o 5 导管攮旋桨的公 差在田 葶中规定 2 截面宽度b 4 07 5 10 l 5 2o 侧量捃应斗径处 嫠叶截面在螺距 面上的投髟弧长 3 扁部螺距p 15 20 25 40 4截面螺距p 1 o 15 20 35 为各p 值的算术 平均值 叶片为等蝴距时 为各p 值的算术 平均值 叶片为壹 升片螺距p b 0 7 5 i o 15 3 螺距时 为取 0 7 r 处h 值来衡 量 6 甚平均螺距p 05 07 5 i 0 2 5 为各桨叶p b 的算 术平均值 7 截面厚度 4 s 或 45 45 或 45 或应对0 3 r t 以被泌 o 6 m 虹 置墨 0 6 m m 0 6 m m o 4 r f6 r 点的百分 一3 5 或0 6 m m 一35 或 一35 或 o 8 ro 9 5 r 或 数计 0 5 m m 一3 5 0 5 m m 05 m m 0 9 r 等5 个截 或 面测定 且每个 0 m m 截面不少于3 点 特殊要求螺 旋綮按图样要 求测量 8 桨叶夹角0 5 0 5 05 05 9 桨叶沿轴毂 08 01 l 5 2 测量各叶片中线 长度位置 上o 5 r 处点于沿 以轴般长桨轴方向上离轴 度的百分数 教端面上的靖差 计 1 0 望叶纵赫 以 f 01 d 0m f 03 d f 04 d 测量叶面线在 直径d 计 3 m m o3 r 和o9 5 r 处 3 m m 3 m m 3 m m 见圈6 3 1 两点 在羹轴线上投影 距离上的偏差 袭时间烈斜 f o0 5 d 倚i d土f ot 5 d 4 f o2 d 1 测量番叶片中鼗 以直径d 姗1 丑r 耵02 a n 2 r a m 上0 s r 处点子沿 计 浆轴方向上的偏 差 注 表中直径d 以毫米计 7 检测工具要求 7 1 检测螺旋桨轴孔加工的锥度样板或塞规的大头应该有进线和止线 两条线的间距不小于3 m m 7 2 螺旋桨的导边及随边边缘须用样板进行检验 样板本身误差应不大 于0 1 5 r a m 间隙不大于o 5 r a m 长度为被检测截面宽度的i o 一1 5 但不能短于1 2 5 m m 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 7 3 各种测量工具允许的最大误差 不应超过被测螺旋桨尺寸或被测之 量的公差的i 2 或者在尺寸测量时 大 中型螺旋桨不超过0 5 m m 小型螺旋桨不超过0 2 5 r a m 两者选用较大值 8 静平衡试验 所有螺旋桨加工完毕后 必须进行静平衡试验 81 有关最大不平衡重量 挂重 1 o b l 2 9 1 6 1 9 9 1 标准规定 螺旋桨在作静平衡之前 应先进行随遇平衡检验 然后再按公式 1 计算 g 值 作挂重试验 c 胛 u2 尺 n 一 叫 g 一计算挂重 k g m 一螺旋桨质量 k g r 一螺旋桨半径 m n 一转速 r m i n c 一系数 按螺旋桨转速n 及螺旋桨级别系数k 而定 当n 1 8 0 r m i n 时 c k 当n 1 8 0 r r a i n 时 c k n t 8 0 2 系数k 值见表 表811 螺旋桨级别系数k 值表一 l 螺旋桨级别s 级l 级2 级 3 级 k 1 52 5 4 07 5 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 当螺旋桨直径d 1 5 m 时 可以按公式 2 计算g 值 g 0 0 2 5 d 2 0 0 2 2 式中 g 一计算挂重 蟛 d 螺旋桨直径 m 2 i s 0 4 8 4 标准规定 采用二式中较小者 尸 c x r n 一 或p k x m 其中 p 一计算挂重 叼 m 一螺旋桨重量 蟛 r 一螺旋桨半径 m c 和k 一系数 按表选取 表8 1 2 螺旋桨级别系数k 值表二 级别si i i i c1 52 54 07 5 k0 0 0 0 500 0 10 0 0 10 0 0 l 8 2 螺旋桨作静平衡检验时 在试验台上将挂重分次挂于各桨叶叶梢量 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 大厚度标记点上 然后将挂重的桨叶叶梢最大厚度标记点转到水平位置 并使其静止 当去掉支承后 挂重的桨叶向下转动即为合格 83 对组合式和可调螺距螺旋桨的静平衡试验 首先应对单个叶片进行 静平衡试验 然后在与桨毂及所有附件组装后进行整体螺旋桨做静平衡 试验 8 4 检验静平衡用装置的心轴的摩擦力矩不大于下式中m 值 式中 g 一计算挂重 姆 r 一螺旋桨半径 m m g 2 r 9 无损检测 91 着色探伤 用以发现气孔 砂眼 夹渣 冷隔 未熔合和裂纹等表 面开口缺陷 91l 验船师到现场查看对a 区的着色探伤 b 区和c 区由工厂进行探伤 检查 验船师也可以要求亲自查看 对其他区域目视检查有怀疑时 亦应进行着色探伤 9l2 显示痕形状 见图9 1 2 1 显示痕迹 用显像剂显示出来的任何显示痕迹 2 线状显示痕迹 长度超过宽度三倍的显示痕迹 3 图形显示痕迹 长轴不大于三倍短轴的圆形或椭圆形的显示痕迹 4 串状互示痕迹 四个或四个以上圆形显示痕迹依次排列成行 其相 邻边缘的距离小于其中最小显示痕迹三倍的显示痕迹 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 一a 一 a 三要 2 b 3 o d i 2 m m 圆形 线形 串形 图912 显示痕迹形状 参考区域 指单边级限长度 6 m m 开坡口 型式见图1 1833 a b 图1 1833 a 桨铸件焊补坡口准备b 螺旋桨铸件修复典型坡口准备 r 8 l h l 1 1 8 4 螺旋桨从轴上的拆卸 1 1 8 4 1 采取适当的加热方法有助于桨毂的拆卸和安装 而且温度不允 许超过1 5 0 c 热源的集中是不允许的比较合适的热源是蒸汽和电金 属加热器 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 1 1 8 4 2 许多证据表明锰青铜 c u i 材质的桨毂由于采取不当的加热 方法在自轴上拆卸时会产生裂纹 1 1 8 4 3 袋装固体二氧化碳 干冰 绕覆在轴前后端有助于松动螺旋桨 且是安全的方法 1 1 8 5 热处理 l l 8 5 1 总述 锰青铜 c u l 和镍锰青铜 c u 2 二者对腐蚀应力具有敏感性 因此 对这两种材质 焊补后进行消除应力热处理是必要的 i 加热程序 无论是预热还是应力消除操作 都必须慎重选择合适的 加热程序 这意味着加热应是缓慢的 以便热量能完全扩散 2 高强度黄铜合金 b r a s s 当桨叶边缘局部加热至3 0 0 c 以上时 受 热区的两边冷却至常温过程 会产生较高的层间应力腐蚀 从加热 温度快速的冷却会导致n 和b 相的不理想分布 长期的实践得知黄铜 b r a s s 非常容易产生应力腐蚀和自裂纹 由于缓 慢冷却会给a 相形成以充足的时间 所以缓慢和控制速度的冷却是唯一 解决此问题的方法 在这种情况下 由于在海水中锰青铜 c u 易于产生应力腐蚀裂纹 因 此 常会看到局部加热修复的区域自边缘向区域内延伸的裂纹 这种型 式裂纹可在浸入海水后3 个月内产生 但若应力较低 则需一年或更长 时间才能表现出来 这种裂纹若修复后局部受热桨叶能正确地进行热处 理则可以避免 如果要使应力扩散到桨叶的大部分区域 包括修复部分 则应将桨叶 缓慢均匀地加热至3 5 0 以上 以使加热区域的边界或直线横过桨叶 然后 桨叶用绝热毯覆盖 3 镍铝青铜合金 c u 3 此合金几乎不受应力腐蚀裂纹影响 因而这 3 0 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 个问题在修复中不必考虑 但c u 3 合金在2 0 0 c 5 0 0 之间易于出现 脆裂 这就是为什么说在热处理过程中 若出现热裂纹其危害比应力腐 蚀裂纹的危害更大 如果要求进行热处理 则加热温度至少应在6 5 以上 1 1 8 5 2 预热 焊前加热必须仔细进行以避免局部过热 电阻加热器 金属带加热器 和合适的瓦斯喷灯都是本须知推荐采用的 氧化丙烷和氧化乙炔喷灯 由于易产生太集中的热量 所以应避免使用 应使热量完全传递至整个 修补区域厚度和3 0 0 m m 宽的毗邻区域 必须选择合适的加热部位 以 使最大程度地进行热量扩散和受热区域的收缩 对于0 7 r 内的修复 这种加热将包括整个桨叶宽度的范围 温度可由热电偶仪器来测量 预热温度范围参见表1 1 8 5 2 且预热温 度应一直保持到焊补结束 焊补结束后 螺旋桨应缓慢冷却至1 0 0 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 表1 1 8 52 预热温度范围 铜合填充金预热温层间温度热处理温度热矫正温度 金级 属 度 m i n m a x 3 5 0 一5 0 0 5 0 0 8 0 0 别 见注1 c u l 铝青铜 1 5 0 3 0 0 锰青铜 见注2 c u 2 铝青铜1 5 0 3 0 0 3 5 0 5 5 0 5 0 0 一9 0 0 镍锰青铜 c u 3 铝青铜 5 0 2 5 0 4 5 0 5 0 0 7 0 0 9 0 0 镍铝青铜 见注3 锰铝青铜 c u 4 锰铝青铜 1 0 0 7 23 0 0 4 5 0 6 0 0 7 0 0 一9 5 0 注 1 图内相应台金牌号见48 条 2 镍铝青铜和锰铝青铜也是可以允许的 3 如果填充金属为镍铝青铜则不要求消除应力处理 8 5 3 消除应力 用于消除应力的热处理可以采用全部螺旋桨炉内加热或修复区域局部 加热的办法来进行 由于第一种方法能达到均匀的结果和较好的控制 因此 本程序建议采用此方法 局部热处理可采用通过瓦斯喷灯或电金属带加热器缓慢加热至合适的 温度范围来进行 对于局部消除应力 加热程序和区域的要求参见 1 1 8 52 在达到表1 1 8 5 2 所规定的相应热处理温度后 均温温度时间为每 2 5 m m 厚度为2 0 分种且最长时间为4 小时 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 从均温温度开始的冷却应适当控制以使有充分的时间开成良好的微观 结构并使残余应力降至最小对于降温速度 应不超过5 0 j 时 直 至温度降至2 0 0 以下 为了控制冷却速度的缓慢降低 对于局部热处理可采用石棉毯或类似材 料覆盖受热区的办法 在整个热处理过程中 应对螺旋桨桨叶提供必要的支撑 各种型号合金的热处理温度见表1 1 8 52 温度可由热电偶仪器测量 1 1 8 6 焊补方法和程序 l l8 6 1 焊补方法 青铜材质桨的各种焊补可采用金属电弧焊 对于c u l c u 2 材料厚度小于3 0 m m 气焊即可达到满意的焊接效果 包剂焊条的电弧焊和气体保护焊工艺 g m a w 最常被采用钨极氩弧 焊 g t a w 由于有较高热量输入 所以使用时应特别注意 推荐的填充金属 预热和热处理温度见表1 1 8 5 2 1 1 8 62 焊补程序 所有青铜合金最好采用平焊 如果无法采用这种焊接形式 最好采用惰 性气体保护焊 m g 补焊部位应清洁干燥 见1 183 1 要求 熔剂焊条使用前应按照制造 厂手册来进行预热 层接温度必须保持不高于表1 18 5 2 的规定值 这点对于镍铝青铜 c u 3 材质尤为重要 焊补过程中 下一焊道熔敷前 应将上一焊道所有焊渣 咬边和其它缺 陷清除掉 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 n 9 矫直 1 1 9l 热矫直 1 19 1 1 对弯曲桨叶的热矫直可通过对弯曲部件和区域进行加热 其温 度范围见表1 1 85 2 1 1 91 2 加热应缓慢均匀 由于火焰较集中 不可采用氧化乙炔和氧化 丙烷加热 应提供充分的时间使热量非常均匀地传递到桨叶部分的整个 厚度 在整个热矫直过程温度应控制在规定范围 热电偶仪器可用于测 量温度 1 1 9 1 3 保温和均匀降温可采用覆盖石棉毯的方法 1 192 冷矫直 l l 9 2 1 冷矫直方法只可用桨叶尖部和边缘部件的较小缺陷修复 锰青 铜 c u l 镍锰青铜 c u 2 和锰铝青铜 c u d 的冷矫直后应进行热处 理 因为这三种材质合金易于产生应力腐蚀裂纹 l l93 施加载荷 热矫直可采用动态和静态载荷 冷矫直仅可施加静载荷 1 1 1 0 临时修复 1 1 1 0 1 如果由于时间和费用问题 永久修复不能进行时 营运船舶的 损坏螺旋桨可采用临时修复的办法 在这种情况下 关于降低转速 r p m 或螺距和相对短的时间内再检验的遗留项目要求由c c s 给出 1 1 1 0 2 一旦桨叶断掉 可通过截断其对应另一桨叶的部位 面使轴系 保持平衡 则船舶在短时间内继续航行 1 1 1 03 如果临时修复中 转速的减小必须考虑时 容易产生严重振动 的速度范围必须避免 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 12 标记 1 2 1 凡经检验合格的螺旋桨 应在桨毂上打出下列标志 制造厂 图号 材料 炉号 直径 螺距 旋向 重量 制造日期 生产编号 c c s 证书号 c c s 标志 标志内容可根据螺旋桨的尺寸及部位作适当增减 1 2 2 螺旋桨铸件出厂或转厂加工时 应在桨毂上打上下列标志 1 合同号和图号 2 炉号 3 材料 4 c c s 证书 5 c c s 标志 6 制造日期 1 3 对于组合式和可调嫘距螺旋桨 除在桨毂上打出上述标记外 还 应在每个桨叶法兰的外缘上打上c c s 证书号 c c s 幕志和日期等钢印 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 固定叶片的螺栓和螺母 也应打印编号 13 焊工资格考核办法 参照l 蛇s 统一要求 u n w 2 4 1 9 9 6 附录a 的要求和中国船级社 材料与焊接规范 1 9 9 8 第4 章 焊工资格考试 的有关规定 1 3 1 焊工考核所采用的焊接程序 熔敷金属 预热和消除应力的热处理 应和实际的焊补工作相一致 1 3 2 考核用的试板应为砂型铸板 试板厚度为3 0 r a m 采用平焊位置 试板尺寸及取样位置见图1 32 a b 二受耍e 二 二二二二 二 g 堕 图1 3 2 a试样 一 00 i 熔含线 2 j 图1 3 2b 拉 甲试样 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 1 3 3 合格试验 1 无损探伤 焊接完成后 焊区应进行1 0 0 着色检测 不允许有裂纹 2 宏观腐蚀 取3 个宏观腐蚀试样 见图1 3 2 a 腐蚀剂制备 5 9 氯化三铁 3 0 m l 盐酸 l o o m m 水 不允许有裂纹和大于3 m m 的气孔 3 机械性能试验 取2 个拉伸试样 尺寸如图1 3 2 b 抗拉强度要求值见表1 33 也可采用 其它公认的标准制备拉伸试样 表1 3 3 抗拉强度最小值 合金级别抗拉强度 n r a m 2 c u l3 7 0 c u 24 l o c u 35 0 0 c u 45 5 0 1 4 应用实例 1 2 8 0 0 0 吨多用途 4 号 配套整体桨 证书号 d l p 9 9 0 1 0 0 5 9 特别注意 a 材料 镍铝青铜 c u 3 b验收依据 c c s 材料与焊接规范 9 8 g b l 2 9 1 6 9 l 2 级 见附页 a 螺旋桨证书 1 页 3 7 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 b 检验项目及质量l i e n 书 1 5 页 2 l o o o m 3 耙吸挖泥船配套整体桨 证书号 d l p 9 9 0 1 0 0 5 4 1 特别注意 a 材料为c u i 须做金相组织检验 b 验收依据 同1 见附页 c 螺旋桨证书 1 页 d 检验项目及质量证明书 1 1 页 3 1 6 0 0 t e u 3 号 集装箱船配套整体桨 证书号 d l p 9 9 0 1 0 0 4 2 特别注意 a 材料为c u 3 b验收依据 c c s 规范 9 8 i s 0 4 8 4 1 i 级 见附页 e 螺旋桨证书 i 页 f 检验项目及质量证明书 1 5 页 4 可调桨部件 桨毂 桨叶 证书号 d l p 9 9 0 1 0 0 5 7 特别注意 a 桨毂的材料为c u 须做金相组织检验 b 桨毂必须进行压力试验 相应试验要求见c c s 钢 制海船入级与建造规范 2 0 0 1 c 此项可调桨桨叶的螺距测量 按武汉川崎船用机械 厂的方法进行 d 验收依据 c c s 规范 9 8 图纸 见附页 g 部件材料证书 2 页 h 检验项目及质量证明书 2 0 页 5 富山海 轮螺旋桨修理 船用螺旋桨制遗和修复检验程序的研究 特别注意 此项检验 验船师是在焊补工艺和焊工资格批准和确认 的前提下 对各项检验项目进行现场确认 签字 不必出具证书 见附页 i 船东对受损部位的图示 2 页 j 经批准的焊补工艺 3 页x k 适任焊工证书 3 页 l 检测项目 5 页 m 原始桨的出厂证书 w h p 9 4 1 4 0 2 1 8 1 页 船用螺旋桨制造和修复检验程序的研究 15 参考文献 1 船用金属螺旋桨技术条件 g b l 2 9 1 6 9 1 2 螺旋桨用铜合金技术条件 c 船1 8 8 4 3 民用铜合金螺旋桨补焊规则 c b 3 0 9 5 8 1 4 快艇螺旋桨制造验收技术条件 c b l 0 3 1 8 3 5 军用舰船铜合金螺旋桨补焊规则 c b 9 7 0 8 1 6 民用船舶铜合金螺旋桨着色探伤方法评级 c b 3 2 9 0 8 5 7 船用可调桨技术条件 g b t 1 3 4 1 卜9 2 8 船用螺旋桨制造公差 i s 0 4 8 4 i 2 9 船用螺旋桨修理技术标准 j t 4 1 6 6 4 1 6 8 1 0 铸造铜合金技术条件 g b i1 7 6 8 7 11 国家军用标准舰船螺旋桨通用规范 c j b 2 7 3 5 9 6 1 2 船用可调螺距螺旋桨修理技术要求 c b 3 3 6 9 9 1 1 3 船用螺旋桨修理技术要求 c b t 3 4 2 2 9 2 1 4 中国船级社 c c s 材料与焊接规范 1 9 9 8 1 5 i a c s 统一要求 u n w 2 4 1 9 9 6 1 6 其它船级社规范 船用螺旋某制造和修复检验程序的研究 特别感谢 在大连理工大学学习期间 得到了船舶工程系各位老师 的帮助和指导 在完成本论文的工作中 尤其得到了王言英 老师的精心辅导及马骏老师的帮助 在此一并表示深深的谢 意 式 m a u 直径 d c r 叶牛技 5 5 8 0 m m n oo l b l a d e s i 一 l1 卉 w 疑e i g h r 剐氅 d i r e c t i o n r o r a f i o n t z i 口1 1 l 一 f 球砸 m e n 二 卫 口 乇损再伤 n d e s f r u c l 刚e j 也让理 h c a c 3 m c n i 蕾里 p t 芏肯批忘 竞工 一 f i n i s h e d 精啕 整体 j 冲r r u c 墨j 叫 一 5 t ar i ch a l a n c c l 6 k 量 一 巩蒜性能 le c h a n i c a lp r o p e r t i e j h 黑 僻 矬 i 蕊 端飘 rm 1 8 9 皂 q 鱼 q i il 化掌成舒 三 苎坚 要竺 c n 口 一 2 1 2 坌 qz 2 i 3i 1 15 i i q i 坌 2q j i i 彗汪明上三苎螺旋桨受蒿材斟经车验格师睦暄和试验许旨查堑 睨范和批准图纸 t h i si st oc e r t i f yt h a tt h ea b o v e m e n d a n e dl a m p e l e r3 n di t sm a t e r i a l1 1 a sb e e ni n p e c k e dj n d t e s t e db yr h eq n d e r s i g n e da n df o u n dr b ei nc o m p l i a n c ew l t h s r u l e 5 n dt h e3 p p dd r r a g s 硷u 黼r v e y o i 蛰 c ud a n 够驴 誉 妒岁 国营大 毫晤用推进嚣厂 d a l l nm a r i n ep r o p e l l e rp l a n t 菱鞋量丧证 i 丰 r t i f i c a t eo fi n s p e c t o nf o ra p p r o v a t 硒 o c o n 制运苷 二 啬虿 i 2 d o3 叫2 0 1 o o c zj 9 9 9 12 纠 一 一 兰i i 箜 p 生i j 坠 塑 彗i 曼 j 地些 强量一 重工翠 r 龃o p 宅1 二皇l 一一 一一一 i 蔓 璺翌 坚 童p 塑 兰 一 三上婴堑呈 卫呈垒 三塑兰塑翌丝笙i 量堂 i 釜 丝i s 痞 二 t s e v e n v 0 n 妒妒 强譬k i千 mi 9 9 兰 2 月 琶言 最盐内 理 口 景b j j g 号议舀 支参 名珂矗暑育姜盈 孟五墓木鲁 牟膏二兰蔼兰主兰兰三世浮 建垒 l j j 童尝a 五聍融摊 可搬 生堡 未 辑 j 3 0 哆撕 扎m 一 j 功 霸陂靴 迦 量 曩 t 鼍 曼 量土碧 赫燕篇 j 誓哆 蕞二寥 麓躺j 僦 j f e i f i 螗二 舅 叫舀r 也0 解羔并 辫 胞 世 j 女越百盘超 j 掣 壶一 点 只 燃盈i 融 j 皇 二 池趣i i j 绷斓羔 篡 聋 亡a 冬 j 气 二 一 j 砖燃期 j 妾i 争 乏 掣坦 j 眵p r 盘 螺旋浆敛据 p r o p e l l e