9-7第七节 螺旋桨的检修.doc

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36个，中、小型船舶桨叶多为34个，大型船舶桨叶常为35个。螺旋桨的直径一般在8006000mm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00作等角速度旋转，同时沿00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00轴线回转一周时，沿00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24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D4.5m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Dl.5m时，允许采用无键环氧树脂胶粘剂胶合安装。要求在桨毂锥孔两端长4060mm环形面积上与尾轴均匀接触，色油检查在25mm X 25mm面积上沾点不少于2个。此种连接方式省去键和键槽及大量的刮研工作。现在广泛用于内河及沿海中、小型船舶，如图9-32(b)所示。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： S1SS2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率将大于桨叶固有频率，避免了共振，有效地消除了鸣音。2桨叶表面缺陷分布及修理1)桨叶表面缺陷分布区域桨叶表面的缺陷主要有裂纹、断裂、腐蚀和穴蚀等。根据缺陷在桨叶不同部位所造成的危害程度不同，通常将桨叶表面(压力面和吸力面)分为三个区域，如图9-34所示。A区位于桨叶压力面0.4R以内范围；B区位于桨叶压力面0.4R0.7R的范围和A区两侧边缘，吸力面0.7代以内范围；C区位于桨叶压力面和吸力面0.7R以外的部分。2)桨叶各区域允许的缺陷表9-13示出桨叶表面三个区域、桨毂表面、锥孔及键槽表面上所允许的缺陷类型、最大允许尺寸、150mm X l50mm面积内允许存在的缺陷数量、缺陷间最小距离及密集的允许面积。CB/T3422-92 表9-13 桨叶各区域允许的缺陷缺陷位置缺陷类型最大允许尺寸mm50mm150mm 内允许的缺陷数量缺陷排列的最小间距mm缺陷密集的允许面积mmA区非线性3.215S 不大于各分区表面积的5%线性3.264SB、C区非线性3.220S线性6.484S桨毂表面非线性6.415S线性9.564S或25（两者中取小者）锥孔及键槽表面非线性6.45S线性9.534S或25（两者中最小者）注：线性缺陷指长度比大于3的缺陷。小于1.6mm的非密布缺陷可不计入缺陷总数。当不存在线性缺陷时，非线性缺陷的数量可增加到两者允存的总和。S为较大缺陷的尺寸。3）各区域缺陷的修理(l)A区内的缺陷一般不允许焊补修理。缺陷深度不超过t/40 (t为局部叶厚，mm) 或4mm，允许磨去两值中较大的缺陷。特殊情况下必须焊补时，应采用特殊工艺措施。(2)B区仅从外观考虑的小缺陷应避免焊补。缺陷深度不超过t/30或3mm。允许磨去两值中较大缺陷，需焊补时，应采用完善的工艺措施。(3)C区的缺陷通常允许焊补修理，焊补工艺应符合规定。桨叶边缘和表面的微小缺陷允许磨去修光。 (4)不严重的穴蚀小孔及凹陷，在不便焊补时允许采用环氧树脂等胶粘剂涂补或采用金属喷涂，使桨叶表面平整光顺。(5)一般裂纹在限定条件下允许采用钻止裂孔作为临时处理措施。裂纹严重时，如经多次大面积焊补修理后，因材料性能发生变化，再修补也难保质量时，则应采取换新办法。4）焊后的处理(1)焊补后金属堆高处应进行磨光，采用目测观察和着色探伤检验焊补质量。如有呈线状分布和长度或深度大于3mm的缺陷应再次焊补修理。(2)进行退火处理。焊补后，除镍铝青铜材料外，其他材料的螺旋桨均应进行消除应力退火处理。3桨叶变形的校正 1)冷态校正加热温度在250C以下的校正为冷态校正。冷态校正适用于叶尖和桨叶边缘厚度小于30mm处。在弯曲较小、截面厚度较薄处可采用动载荷校正，否则采用静载荷校正。2)热态校正热态校正适用于所有的情况，可用动载荷或静载荷。热态校正加热温度如表9-14所示。桨叶校正处整个截面厚度应保持加热温度直到校正完毕。CB/T3422-92 表9-14 热态校正加热温度（）螺旋桨材料焊补预热温度校正加热温度退火温度黄铜150-400500-800350-55-青铜50-200700-850450-650铬镍不锈钢100-250200-350铸钢100-150600-700500-600铸铁600-700650-7003)退火处理桨叶经校正后，除镍铝青铜外，其他材料的螺旋桨均应进行消除应力退火处理。退火温度见表9-14。4)校正后的检查螺旋桨经冷态或热态校正后均应进行目测观察和着色探伤检查，并对缺陷进行修整。三、螺旋桨修理后的检验凡经过修理的螺旋桨，如桨叶变形的校正、裂纹和剥落的焊补、桨叶折断的接补等，完工后除对修理质量的检验外，还应对螺旋桨的螺距和静平衡性进行检验。1螺旋桨螺距的检验测量螺旋桨螺距时，把桨平放在平整的地上，桨叶叶面朝上。随后将螺距规安装在桨毅的锥孔中，调整螺距规的中心线使其垂直桨毂端面，最后固紧在上面，如图9-35所示。l)测量螺旋桨半径R将螺旋桨上的螺距规量杆水平移至桨叶的最外边缘处，并绕中心回转一周，检查量杆是否与其他桨叶边缘相碰。量杆在最长浆叶边缘处时，该最长的桨叶的长度就是螺旋桨的半径R。2)测量局部螺距h局部螺距是根据桨叶上任意半径截面上任意角度对应的部分螺距值所计算出的螺距。测量时，一般要在桨叶上0.3R、0.4R、0.5R、0.6R、0.7R、0.8R、0.9R等截面中任选一半径截面AB，在此截面上任选三点a、o、b。先将量杆5移至o点，记录下量杆高度数值l0，然后将水平尺绕心轴2转过选定角度使量杆5与叶面上a点接触，记下量杆读数l1，则该半径截面上o、a两点所对应的角的部分螺距值为高度差l0l1的值。 由此计算出 360角对应的局部螺距h为， h=360( l0l1) / mm同样方法测出水平尺绕心轴2转过2角后，量杆5与b点相接触，记下高度数值l2。求出o、b两点对应的角的部分螺距值l2l0，由此计算出局部螺距h。角度可从刻度盘上读出，一般为便于计算均取为360的整因数。3)计算截面螺距hi 桨叶上同一半径截面上的局部螺距的算术平均值即为该半径截面的截面螺距hi。测得同一半径截面上几个局部螺距h、h、h等，计算其算术平均值，即得该半径截面的截面螺距hi： hi= (h十h十h十) /n mm式中：n所测同一半径截面上局部螺距数目。4)计算桨叶平均螺距Hi计算出桨叶上各半径截面的截面螺距后，计算出桨叶上各半径截面螺距的算术平均值即获得该桨叶的平均螺距Hi。5）计算螺旋桨总平均螺距H 计算出螺旋桨各桨叶的平均螺距Hi后，计算各桨叶平均螺距的算术平均值即获得螺旋桨的总平均螺距H。修理后的螺旋桨的半径和各种螺距的偏差应不超过表9-15的规定数值(以设计值的百分数表示)。偏差值为设计值与实测值之差。CB/T3423-92 表9-15 螺旋桨半径和螺距的偏差值（设计值的百分数） 螺旋桨级别偏差级级级螺旋桨半径R0.5%0.75%1%截面螺距hi2.5%3.5%5%桨叶平均螺距Hi1.5%2.5%4%总平均螺距H1%2%3%生产中测量螺旋桨螺距的方法很多，有的方法简便易行。例如，船在船坞中可以不拆卸下螺旋桨，在原位直接测量，这对于不需要修理只是检查螺距的螺旋桨来说，省去大量拆装工作和经费。2螺旋桨静平衡试验螺旋桨经过长时间运转，各桨叶的腐蚀、磨损、变形等情况不同。或经修理后各桨叶的尺寸和质量的变化不同，因而影响螺旋桨的平衡性。当螺旋桨回转时，桨叶的不平衡质量就会引起离心力和不平衡力距，使桨失去平衡，造成轴系和船体的剧烈振动和损坏。所以，修理后的螺旋桨应进行静平衡试验，把桨叶上的不平衡质量限制在一定的范围内。试验时，将安装在专用平衡心轴上的螺旋桨安放在试验支架上，如图9-36所示。用手转动桨，待其停止转动时，观察那个桨叶最重而位于下方。若几次转动后总是某一桨叶位于下方，则说明该桨叶较重。继续试验，在其他较轻桨叶叶尖上加重物并令其回转，直至各桨叶质量均衡出现随遇平衡为止。取下重物进行称重，其质量为P，要求P不超过允许值P。允许的不平衡质量P可按下式计算出： 式中：G螺旋桨质量，t；D螺旋桨直径