船舶推进装置

1、第十章 船舶推进装置 10-1 概述 10-2 传动轴系的组成和检查 10-3 传动轴系的结构 10-4 齿轮减速箱和连轴节 10-5 螺旋桨装置 10-6 传动轴系的管理 10-1 船舶推进装置概述 一、船舶推进装置组成 二、船舶推进装置类型 1. 直接传动推进装置 2. 间接传动推进装置 3. 特殊传动推进装置 1）可调螺距螺旋桨推进装置 2）电力传动推进装置 3）Z型传动推进装置 4）喷水推进装置 三、船舶推进装置的选择 一、船舶推进装置组成 推进装置：推进装置： 保证船舶以一定的速 率航行的设备，是动力 装置中最重要的部分。 一、组成：一、组成： 推 进 装 置 主机 传动机构 轴系

2、推进器 推动船舶航行的动力机 离、合主机传递功率或换向 将主机的功率传递给推进器 能量转换的设备 作用 10-1 船舶推进装置概述 一、船舶推进装置组成 二、船舶推进装置类型 1. 直接传动推进装置 2. 间接传动推进装置 3. 特殊传动推进装置 1）可调螺距螺旋桨推进装置 2）电力传动推进装置 3）Z型传动推进装置 4）喷水推进装置 三、船舶推进装置的选择 1. 直接传动推进装置 主机功率直接通过轴系传给螺旋桨。（无减速和离合设备） 优点： 1）传动损失小、传动效率高；结构简单、工作可靠，维护管理方便， 使用寿命长、噪音低； 2）主机用低速机，油耗低，桨的效率高、经济性好。 缺点： 主机重量

3、与尺寸大、必须可倒转；非设计工况经济性差、低速和微 速工况稳定性差。 运用：用于大中功率远洋和沿海货船、油船。 2. 间接传动推进装置 优点： 1）利用离合器传动，主机结构简单（不换向） 2）采用减速齿轮箱，主机可用重量、尺寸较小的中、高速机； 3）轴系布置方便（分车、并车、轴带发电机）。 缺点： 结构复杂、传动效率低、噪音大。 运用： 用于中小型船舶和大功率中速机、汽轮机或燃气轮机为主机船舶。 3. 特殊传动推进装置 1）可调螺距螺旋桨推进装置 2）电力传动推进装置 3）Z型传动推进装置 4）喷水推进装置 1）可调螺距螺旋桨推进装置 调距桨： 通过改变桨的螺距，改变推力大小和方 向。 优点：

4、 1）能适应船舶阻力变化，充分利用主 机功率；部分负荷下经济性好； 2）船舶机动性、操作性好； 3）不需换向装置，结构简化。 缺点： 桨毂尺寸较大、结构复杂、造价高； 维护保养难、可靠性较差。 运用： 用于工况多变推、拖船及工程船舶。 2）电力传动推进装置 优点： 1）配置和布置灵活、方便，舱 室利用率高； 2）正倒车功率和运转性能相同， 便于遥控，机动性好； 3）转速不受桨速限制，可在恒 速下工作。 缺点： 能量经机械能电能机械能， 损失较大，效率较低；造价、维 修费用较高。 运用： 仅用于渡船、破冰船、考察船等。 3）Z型传动推进装置 优点： 1）操作性好； 2）可省掉舵、尾柱，船尾结构简

5、单， 船体阻力小； 3）使用中高速机，主机不用换向， 重量尺寸小； 4）检修不用进坞，方便快捷。 缺点： 该结构传递功率受限。 运用： 仅用于港作和狭水道航行的小 型船舶。 4）喷水推进装置 喷水推进装置原理图 喷水推进装置吸收功率不取决于航速，主机不易超负荷；可有效地组织多轴推进装 置。 喷水推进装置在加速和制动性能方面，具有和变距螺旋桨装置相同的能力。 10-1 船舶推进装置概述 一、船舶推进装置组成 二、船舶推进装置类型 1. 直接传动推进装置 2. 间接传动推进装置 3. 特殊传动推进装置 1）可调螺距螺旋桨推进装置 2）电力传动推进装置 3）Z型传动推进装置 4）喷水推进装置 三、船

6、舶推进装置的选择 三、船舶推进装置的选择 确定推进装置型式除传动方式选择外，还涉及轴系的数目、推进器 的型式、螺旋桨类型与数目等。一般应考虑以下原则： 1）按船舶用途、种类与要求 沿海、远洋货船和油船一般采用单机单浆直接传动，螺旋浆使用定距 浆。 客船对机动性与操纵性要求高，一般采用双机（多机）双浆（多浆）。 2）按主机总功率的大小 大型低速机单机功率大耗油率低、耐用可靠，但重量、尺寸大，适 宜于大型沿海和远洋运输船舶选用 。一般采用单机单浆直接传动。 3）按船舶航区的吃水深度 采用双桨(多桨)可减小螺旋桨的直径，其舵的转向效果好，能提高机 动性，可减少船舶的吃水深度。 4）按推进装置的经济性

7、。 直接传动比间接传动传动损失少，效率高。间接传动可降低桨转 速提高推进效率，但要增加传动设备，初投资高。 三、船舶推进装置的选择 其他应考虑到问题： 1）重量和尺寸 内河船、高速船选用高速机；长江或沿海小型船、运木船、客(车)渡船、滚 装船等特种船舶选用中速机；沿海与远洋大型船选低速机。 2）功率与转速 经济功率：根据柴油机使用状况和用途，在燃油消耗和维修方面都经济的 持续运转功率。一般为标定功率的8592。 对一艘吃水、主尺度、航速给定船舶，最佳螺旋桨的转速由“投资费和燃 油费总和最小”原则来决定。选取柴油机转速、螺旋桨转速时，与传动设 备选择一起考虑。 3)燃油与滑油。 选燃油：燃料价

8、营运费用 ，但须加设备初投资，管理维修费用。 使用劣质燃油，硫分很高，灰分含量多，燃烧不完全 腐蚀与磨损 ； 选取滑油：高碱度、加添加剂等 滑油价格。如使用、管理不当事故， 影响营运与经济性。 总之，需综合考虑，即要进行燃润料费用的技术、经济分析，以全面权衡 处理。 三、船舶推进装置的选择 其他应考虑到问题： 4）主机的造价、寿命及维修 船舶动力装置的造价一般约占船舶总造价的20%40%左右。主机 的造价起决定性的作用。柴油机造价通常是以出厂价格和单位功率 造价来衡量。一般低速柴油机造价最高，高速柴油机造价最低。 使用寿命及维修工作量，对船舶营运经济性和轮机员管理工作有相 当影响。一般低速机的

9、使用寿命比中速机长，维修工作量比中速柴 油机少。 5）振动与噪声 主机装船后，轴系有扭振、横振和纵振。扭振具有更大的危险性与 破坏性。主辅机是船上最强的噪声源。一般低速机噪声小，高速机 噪声大。 6）柴油机的热效率与燃油消耗率 柴油机的热效率与燃油消耗率是评定完善程度的重要指标，决定着 船舶营运的经济性与使用寿命。 第十章 船舶推进装置 10-1 概述 10-2 传动轴系的组成和检查 10-3 传动轴系的结构 10-4 齿轮减速箱和连轴节 10-5 螺旋桨装置 10-6 传动轴系的管理 10-2 传动轴系的组成和检查 一、传动轴系的组成与要求 二、传动轴系的布置 三、轴系的检查 一、传动轴系的

10、组成与要求 轴系： 从主机曲轴输出法兰到螺旋桨之间的，一端与主机或减速齿 轮箱输出轴相连接，另一端与螺旋桨相连接的传动轴、轴承及附件 的总称。 1. 作用： 将主机动力矩传给螺旋桨，克服桨在水中转动的阻力矩；将桨产生 的推力传给推力轴承，传给船体，克服船舶航行阻力。 参见p14，输出扭矩：Me=9550Pe/n (N m) 根据桨吸收的功率Pp、桨的效率p和船速v。 推力：Fs=1.94 p Pp / v (kN) 一、传动轴系的组成与要求 2. 轴系的组成： 1）传动轴：推力轴、中间轴、尾轴（螺旋桨轴）； 2）轴承：推力轴承、中间轴承、尾管内的尾轴承； 3）轴系附件：联轴器、制动器、隔舱密封

11、、尾轴套管装置、轴 承的润滑和冷却系统等。 3. 对轴系的要求： 1）足够的强度和刚度，对船体变形适应性强； 2）传动损失小； 3）工作中避免发生横向、纵向和扭转的共振； 4）良好的密封、润滑和冷却；管理维护方便。 10-2 传动轴系的组成和检查 一、传动轴系的组成与要求 二、传动轴系的布置 三、轴系的检查 二、传动轴系的布置 1. 轴线的数目： 通常有1-3根； 常见为单机单桨和双机双桨 2. 轴线的位置： 轴线斜角轴线与基线的 夹角05。 轴线倾角轴线与纵中垂 面夹角 03。 二、传动轴系的布置 1）轴向位置的确定 减小船体变形的影响：尽量靠近舱壁；决定采用球面轴承或向心球面轴承；尽量 缩

12、短轴瓦长度；尽量采用挠性联轴节。 3. 中间轴承的位置与间距： 布置原则 2）高低位置的确定 轴承中心孔在轴系中心线上。 3）中间轴承数目和间距 间距轴系柔性变形牵制额外负荷； 但间距 轴系回旋振动与横向振动 轴线挠度 轴承负荷不均匀。 注意中间轴承安装在靠近法兰处，使轴承中心到连接 法兰一端的距离等于中间轴全长的0.2倍，即为0.2L， 具体见图2-4-4所示。 二、传动轴系的布置 4. 尾轴承的数目和间距 尾轴承的布置特点 因桨重量较大，使其回旋和横向振动的 临界转速会有所降低，加之桨在运行时 悬臂动载荷的影响，故尾轴承的间距不 宜增加太大； 一般桨约1020t重，该重量悬臂作用 在轴承上

13、，尾轴不可能均匀接触而不倾 斜，故后侧局部负荷较严重，支承点位 置后移 。 为改善此状况，使尾轴管中线与船体基 线倾斜一定角度的做法，即所渭“斜镗 尾轴管”，使轴承处于最佳受力状态。 10-2 传动轴系的组成和检查 一、传动轴系的组成与要求 二、传动轴系的布置 三、轴系的检查 三、轴系的检查 轴系运转后，原校中状态恶化，需检查修复，使之符合“海上营运船舶检验 规范”。 检查内容： 1. 轴承检查外观，固定状态，间隙和轴瓦贴合情况。 2. 传动轴检查 轴颈、法兰、连接螺栓及螺母、润滑和冷却系统情况。 3. 中心线状态检查 检验条件： 温度变化不大的阴雨天或夜间进行； 船舶排水量 空载排水量85%

14、； 各压载舱均匀，船无集中负荷移动； 停止振动性作业。 检验项目： 1）轴系中心线弯曲度检验 2）尾轴和曲轴同轴度检验 1）轴系中心线弯曲度检验 （1）测取相邻轴连接法兰的偏移值和曲折值 测量工具：直尺、塞尺。 方法： 距法兰端面（0.180.22）处设临时支撑，拆链接螺栓，两法兰端 面留0.5 1.0mm间隙； 用直尺和塞尺测量。 偏移和曲折值为： 偏移：=（Z上Z下）/2 ( mm ) =（Z左Z右）/2 ( mm ) 曲折：=（Y上-Y下）/D ( mm/m ) 0为上开口； 0为下开口。 =（Y左-Y右）/D ( mm/m ) 0为右开口； 2 ； 安装间隙:(部颁标准或经验公 式)

15、S = 0.001d + 0.5 mm； 极限间隙：Sj = 4 S 。 3）橡胶尾轴承 优点： 弹性好，工作平稳无噪声，能吸收横 向振动； 泥沙适应性强，磨损较少。 缺点： 导热性差，高低温性能都不好，易老 化变质；工作温度65；40 时易 硬化 橡胶中硫分对铜套或轴有腐蚀作用。 海船上少用。 二、尾轴和尾轴管装置 4. 尾轴管密封装置 1）首端密封装置 填料函式 辛泼莱克司首密封 2）尾端密封装置 J型骨架式、 辛泼莱克司尾密封、 油环式尾密封 首端密封8尾端密封6 首密封装置填料函式 作用： 阻止舷外水进入机舱。 填料： 石棉或麻绳浸油脂而成，用于 水润滑尾轴管首端。 原理 收紧螺钉1，

16、压盖2及压盖衬套将填 料函压紧，起到密封作用。 优点 结构简单、维修方便 缺点 压紧时填料与轴磨损大，功率损失大 为避免过度磨损，允许少量水漏入机 舱。 首密封装置Simplex首密封 采用两只球鼻形橡胶密封圈，密封圈唇口 向后。 密封： 借助于橡胶内弹簧和油或水的压力，使密 封环与轴接触。 应用广泛。 尾密封装置J型骨架式 用于油润滑尾轴管 采用J型橡胶密封圈； 两道J型密封环唇口 后翻，防舷外水和泥 沙进入尾轴管； 两道J型密封环唇口 前翻，防滑油外漏； 2道密封圈唇口向后，防 舷外水进入； 1道密封圈唇口向前，防 滑油外泄。 尾密封装置Simplex改进型尾 密封 油环式尾密封 1 10

17、-3 传动轴系的结构 一、中间轴、中间轴承和推力轴承 二、尾轴和尾轴管装置 三、尾轴管的润滑和冷却 三、尾轴管的润滑和冷却 1. 水润滑尾轴管 利用自由流入的舷外水或加装管系的压力水 润滑和冷却； 首密封压盖允许少量泄漏，散热。 2. 油润滑尾轴管 1）重力式自然循环润滑系统 用于中小型船舶。 2）间歇循环式润滑系统 用于大型型船舶。参见 p316图10-16 第十章 船舶推进装置 10-1 概述 10-2 传动轴系的组成和检查 10-3 传动轴系的结构 10-4 齿轮减速箱和连轴节 10-5 螺旋桨装置 10-6 传动轴系的管理 10-4 齿轮减速箱和连轴节 一、齿轮减速箱 二、联轴节 三、

18、轴系附件（制动器、隔舱密封） 一、齿轮减速箱 作用 1）传扭；2）配速；3）换向；4）功率分支与节能 类型：类型： 减速齿轮箱 倒顺减速齿轮箱 并车减速齿轮箱 单级减速齿轮箱 两级或多级减速齿轮箱 行星齿轮减速箱 1. 减速齿轮箱 只具有减速功能而无倒车功能。主要用于 主机可以正反转的中速柴油机的轴系。 1）单级减速齿轮箱 垂直异心布置 占机舱面积小，宜布置于尾机舱；但主机 重心位置高。 水平异心布置 主机重心低，但水平方向占机舱面积，不 利机舱对称布置。 一级减速不带换向级，输 入轴和输出轴垂直异心， 转向相反。 1. 减速齿轮箱 2）两级或多级减速机组 单机单浆船可采用两级减速；对燃气 轮

19、机或蒸汽机为动力的动力装置，因 主机转速高，减速比大，必须采用多 级减速齿轮箱。 两级减速两级减速 输入轴和输出轴同心； 转向相同； 齿轮强度高， 传递扭矩大。 1. 减速齿轮箱 3）行星齿轮减速箱 齿面负荷小，装置尺寸（缩小1/3）和重量（减轻50%）小； 同心输出，速比范围大（312）； 广泛适用于中、高速机 2. 倒顺减速齿轮箱 对主机不具备反转性能的船舶的倒车，必须依靠传动装置来完成。 3. 并车减速齿轮箱 参见图10-21、图10-22. 多机并车齿轮减速传动加强了中速机在机舱高度受限、所需功率较大的集装箱 船、滚装船上与低速机的竞争地位 4. 船用齿轮箱的维护管理 1）系统检查 检

20、查工作油管、润滑油管、冷却水管、备用油泵、过滤 器、各种阀件及仪表； 2）油位、油质检查 3）动车前检查 保证转动自如，运行时负荷逐步加大； 4）动车试验 起动主机低速转5min、正、倒车各转5min，应平稳无 冲击；查油压，应符合说明书规定； 5）定期查地脚螺钉 10-4 齿轮减速箱和连轴节 一、齿轮减速箱 二、联轴节 三、轴系附件（制动器、隔舱密封） 二、联轴节 作用：将各轴段连接成为整体。 类别： 1.刚性联轴节 固定法兰式 可拆法兰式 液压法兰式 2.弹性联轴节 金属弹簧式 非金属弹簧式 特点： 能够缓冲、调频、避震；可允许轴线有 微小倾角和位移，补偿安装中的误差， 使轴线校中容易，并

21、能保护齿轮装置。 特点： 结构简单、成本低、管理方便；能传递 较大扭矩。但，不能消除冲击，安装要 求高，不能消除超偏差的影响。 1. 刚性联轴器 1）整体法兰式联轴器 简单、可靠，重量轻、尺寸 小； 不可用于尾轴前连接；拆卸 安装时从上部起吊。 2）可拆法兰式联轴器 法兰可拆，主要用于尾轴前 连接； 拆卸时须轴向移动传动轴。 1. 刚性联轴器 3）夹壳式联轴器 主要用于狭小空间 4）液压联轴器 参见图10-23 轴不需开键槽，连接强度高，工序简单、拆装方便。 2. 弹性联轴节 弹性联轴节选型 首先考虑其传扭能力，其次根据使用情况选择柔度和阻尼。一般置 于推力轴承之前。 vulkan型橡胶弹性联

22、轴节 如图10-24，扭矩通过橡胶环传递 卷簧弹性联轴节 如图10-25， 簧片式弹性（Geislinger）联轴节 如图10-26 10-4 齿轮减速箱和连轴节 一、齿轮减速箱 二、联轴节 三、轴系附件（制动器、隔舱密封） 三、轴系附件（制动器、隔舱密封） 一）制动器 当船舶停泊或航行，螺旋桨承受急流冲击时，使传动轴保持静止状态。 型式： 手动制动器 气动制动器 三、轴系附件（制动器、隔舱密封） 二）隔舱密封 保证轴系穿过的水密舱壁的水密。 1、结构形式 整体式隔舱填料函：轴端为可拆联轴器 可分式隔舱填料函：轴端为整体法兰联轴器 2、要求 不论轴系是否转动都能可靠承受来自一侧的最大压头； 能

23、从隔舱壁一侧调节其松紧； 摩擦系数小，温度不超过55-60； 重量轻，尺寸小。 第十章 船舶推进装置 10-1 概述 10-2 传动轴系的组成和检查 10-3 传动轴系的结构 10-4 齿轮减速箱和连轴节 10-5 螺旋桨装置 10-6 传动轴系的管理 10-5 螺旋桨装置 一、定距螺旋桨 二、螺旋桨与尾轴的连接 三、可调螺距螺旋桨 一、定距螺旋桨 1. 桨的结构 桨叶数目：35； 叶面（pressure side）：船尾向船首看 的桨面；另一面为叶背（suction side）； 导边：桨叶先入水的叶边；随边：后入水 的叶边。 桨的螺距H（压力面的螺距）： 以0.7R（或2R / 3）处螺距

24、，代表桨平均 螺距； 螺距比：（H / D） 盘面比：( A / Ad) 螺旋桨面积A：所有桨叶展平面积总和。 螺旋桨盘面积Ad ：桨直径D画出的圆面 积。 ( A / Ad) 桨推水的总面积。 一、定距螺旋桨 2.桨的特性（参见第七章介绍） 根据螺旋桨理论，桨在水中产生的推力和扭矩为： FP=K1nP2 D4 (7-1) MP= K2 nP2D5 (7-2) （桨吸收的功率与转速的3次方成正比，扭矩与转速的平方成正 比。） 影响桨特性的因素： 1）结构参数 直径D和螺距比H/D。 H/D特性曲线陡。 2）船舶航行工况 主要是进程比p的影响。 10-5 螺旋桨装置 一、定距螺旋桨 二、螺旋桨与

25、尾轴的连接 三、可调螺距螺旋桨 二、螺旋桨与尾轴的连接 机械联结 桨轴锥体与桨毂锥孔通 过研磨配合，应有75 以上的面积均匀接触， 且每25mm25mm的 面积上不少于24个接 触油粉斑。 键与键槽两侧须均匀接 触，应在80周长上插 不进0.05mm的塞尺， 键底与轴槽底不得悬空， 接触面积要在30 40以上。可用打击听 声法检查。 二、螺旋桨与尾轴的连接 、液压套合变形联结 将桨套在轴上，用油泵3将高 压油由管路打入桨轴与桨毂 配合面； 利用弹性变形胀开桨毂，用 千斤顶将桨顶入并前移至规 定位置，然后，放去高压油 使桨毂恢复弹性变形，使桨 紧配在尾轴上，此后旋紧尾 部螺母镇紧即可。 拆卸桨时

26、按相反方向进行。 大型船舶螺旋桨常用。 二、螺旋桨与尾轴的连接 用环氧树脂粘结法： 在中、小型船舶上用得较多。 环氧树脂粘结剂在现场配方配制； 配合面按图中推荐数据车制，粗糙度 要求不高，不需要刮配，粘结方便， 但拆卸时较费事。 为了防止配合面锈蚀需采取防腐措施： 在螺旋桨的尾端装设导流帽，并在与 螺旋桨轴连接的腔室中充满油脂 10-5 螺旋桨装置 一、定距螺旋桨 二、螺旋桨与尾轴的连接 三、可调螺距螺旋桨 三、可调螺距螺旋桨 特点 桨叶不固定在桨毂上，利用桨毂内的操纵机构转动桨叶，改变螺距 角，从而改变推力的大小和方向，以适应船舶前进、后退、停止和 变速等要求。 调矩桨的推力和扭矩不仅随转速

27、而变，也随着螺矩比的改变而变化。其函 数关系如下： 当进程比p一定（p =常数）时，根据桨水动力特性方程式和水动力特性 曲线图，可知： 52 42 DnKM DnKP T P = f (n , KT) ， 又 KT= f (H/D) ， M = f (n , KQ) ， 又 KQ= f (H/D) ， P = f (n , H/D) ， 同理： M = f (n , H/D)。 调矩桨所有的工作特性，是基于其螺矩比(H/D)可变的原因。 1. 调距桨工作特性 1. 调距桨工作特性 调矩桨水动力特性： 可视为一系列同一直径 具有不同螺矩比的定螺 矩螺旋桨的组合。 在相同进速系数p 下， 有无数推

28、力系数KT和扭 矩系数KQ与之对应。其 工作曲线如下图所示： )55. 9( 5352 n N M DnC N Dn M K e p e p 当n及D已给定，KQ=常数时，即代表Ne一定。 p =Vp / n D， p 能代 表Vp ，因此这一曲线（直线）表明了在任何航速（工况）下均可充分利用 主机的全部功率。 综上概括如下： 主机：n=常数，Ne =常数，可得一常数KQ； 当船速Vs(或p )变化，可通过改变H/D加以调整。 1. 调距桨工作特性 船舶在任何工况下均可保持机桨转速（或航速）恒定。船舶在任何工况下均可保持机桨转速（或航速）恒定。 根据螺旋桨水动力特性方程式可知：根据螺旋桨水动力

29、特性方程式可知： 对可调桨来讲有对可调桨来讲有P=f(n,H/D) 根据根据“螺旋桨法则螺旋桨法则”： （1）螺旋桨转速与船航速成正比关系；（ np Vs） (2) 螺旋桨推力和扭矩与船航速的平方成正比关系； (3) 螺旋桨吸收功率和轴功率与船航速的立方成正比关系。 42 42 )/,( Dn P DHnK Dn P K T T 即 2 VsMP或 3 VsNN SP 或 1. 调距桨工作特性 优点： 1）部分负荷下经济性好； 2）适应阻力变化，使主机输出全功率； 3）主机或齿轮箱可不具备换向能力； 4）提高机动性和操纵性； 5）利于推进装置驱动辅助机械。 缺点： 1）结构复杂，工艺高，成本高； 2）可靠性差； 3）桨毂大效率低，设计工况下，效率比定距桨低13%； 4）螺旋桨叶根后易产生空泡。 2. 调距桨的优缺点 第十章 船舶推进装置 10-1 概述 10-2 传动轴系的组成和检查 10-3 传动轴系的结构 10-4 齿轮减速箱和连轴节 10-5 螺旋桨装置 10-6 传动轴系的管理 10-6 传动轴系的管理 一、日常维护管理 1. 航前检查：清除障碍；尾管人工压油至回油、重力供给。 2. 航行