全回轉(zhuǎn)舵槳水下傳動軸油水封的保護裝置研究

陳松濤，薛 軍

(江蘇省通沙汽車輪渡管理處，江蘇 南通 226006)

全回轉(zhuǎn)舵槳水下傳動軸油水封的保護裝置研究

陳松濤，薛 軍

(江蘇省通沙汽車輪渡管理處，江蘇 南通 226006)

由于全回轉(zhuǎn)舵槳水下傳動軸油水封受水域半漂浮物的絞纏擠壓，從而導(dǎo)致齒輪箱及其內(nèi)部組件的破損，形成安全隱患。針對上述現(xiàn)象，提出了采用防纏繞切割刀的方案，并通過方案的實施驗證了其防護效果。

全回轉(zhuǎn)推進；螺旋槳；防纏繞裝置；刀具；保護裝置

0 引言

全回轉(zhuǎn)舵槳因具有操縱性好、船舶調(diào)頭靈活等優(yōu)點，目前在長江中航行的汽車渡船上得到廣泛使用。但是，長江水域中經(jīng)常會有半浮尼龍繩、織物、漁網(wǎng)等物品，渡船航行時隨著螺旋槳的旋轉(zhuǎn)，上述物品通過舵槳槳轂與輸出軸承密封機構(gòu)的間隙，絞纏在螺旋槳槳軸上，而且愈積愈多，愈纏愈緊，最后擠壞槳軸上的密封圈，造成齒輪箱室進水油質(zhì)乳化，惡化齒輪間的潤滑，使輪齒剝蝕甚至斷齒從而釀成事故。有時纏繞的細塑料繩尾端與旋轉(zhuǎn)的螺旋槳形成摩擦，切割槳葉根部，形成深槽、裂痕，使螺旋槳損壞直徑報廢。發(fā)生此類故障后，通常是采用維修更換吊槳的方法，這樣既影響生產(chǎn)又浪費人力物力。

為減少因水域中半漂浮物纏入舵槳槳轂與輸出軸承密封機構(gòu)的間隙破壞油封和水封發(fā)生故障而進行維修的發(fā)生率，有必要研制1種防纏繞裝置，將此故障平均降至1次/每年或能避免此類故障發(fā)生。

1 提出并確定方案

1.1 防纏繞裝置類型的選擇

經(jīng)過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)市場上還沒有開發(fā)出舵槳防纏繞裝置，也沒有可以直接借鑒的產(chǎn)品，于是確定了研制舵槳防纏繞裝置的課題。該課題針對半浮物品纏繞舵槳問題提出了2種試行方案：舵槳安裝防纏繞切割刀、舵槳槳轂和密封機構(gòu)之間迷宮式密封。迷宮式密封結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要舵槳生產(chǎn)廠家加工改造；而防纏繞切割刀結(jié)構(gòu)相對簡單，安裝方便。通過分析評估，最終采用舵槳安裝防纏繞切割刀的方案。

1.2 防纏繞切割刀的方案

1.2.1 材料特性要求

(1)硬度和耐磨性。硬度是刀具材料所應(yīng)具備的基本特性。刀具要在江水中作業(yè)，既要克服江水的阻力摩擦，又要能切割柔性物，因而其硬度必須大于被切材料的硬度，同時要有一定的韌性。

(2)強度和韌性。由于刀具在切削過程中受到很大的壓力、沖擊和振動，因此刀具材料必須具有足夠的強度和韌性，以減少刀刃和刀齒的崩損?，F(xiàn)有刀具材料中，高速鋼具有較高的強度和韌性，滿足用于重負荷條件下的加工要求。

(3)工藝性和經(jīng)濟性。為了便于制造，刀具材料應(yīng)有良好的工藝性，如鍛造、熱處理及磨削加工性能。同時在制造和選用時應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟性?？紤]到該刀具是在腐蝕性較大的江水中工作，刀具材料必須具有良好的耐腐蝕性。

根據(jù)以上特點，經(jīng)過向刀具制造廠方的詢問，選定了316L經(jīng)過等離子量化處理的白鋼刀作為刀具材料。316L型不銹鋼片具有耐腐性好、耐磨性好(硬度高)、價格適中等優(yōu)點，滿足防纏繞切割刀材料的性能要求。

1.2.2 刀具的結(jié)構(gòu)形式和尺寸的確定

1.2.2.1 刀具結(jié)構(gòu)形式的確定

為了絞斷纏繞舵槳的漂浮物，將刀具設(shè)計成雙面刀刃。每只舵槳上對稱安裝2把刀，在舵槳高速旋轉(zhuǎn)的時候，當纏繞物一旦纏上舵槳，刀片就把纏繞物繃緊絞斷，完成1個剪切絞碎過程。刀具形狀如圖1所示。

1.2.2.2 刀具尺寸的確定

本文以“江蘇路渡3002輪”作為設(shè)計基準，計算出該船刀具的長度、厚度、寬度和刀面半徑。

江蘇路渡3002輪主要參數(shù)見表1。

圖1 刀具形狀

表1 江蘇路渡3002輪主要參數(shù)

其舵槳裝置圖如圖2所示。

圖2 舵槳裝置圖

通過計算和分析，最終確定刀具的參數(shù)為：長度100 mm，寬度30 mm，高度10 mm，孔徑12.2 mm，孔距33 mm ,刀面半徑20 mm。

該刀具比較適合覆蓋舵槳的縫隙，能有效地切斷纏繞上來的異物，強度滿足要求。

1.2.3 安裝位置

為方便安裝和更換，切割刀置于舵槳上后，通過螺母和螺栓將其固定，舵槳吊起便可以輕松更換。

在舵槳上加裝切割裝置，必然會使舵槳的伴流發(fā)生變化，進而影響舵槳的推進性能，這也是決定能否加裝該裝置的重要依據(jù)。將切割裝置和舵槳結(jié)合起來作為一個整體，運用RANS方法(RANS方程是粘性流體運動學和動力學的普適性控制方程)對單獨的舵槳之間的推力、扭矩、推進效率、空泡等水動力性能的差異進行了分析。

(1)委托舵槳提供商利用RANS方法對舵槳及組合體的粘性流場進行試驗，結(jié)果如下：

①纏繞物切割裝置對舵槳的推力系數(shù)、轉(zhuǎn)矩系數(shù)、敞水效率的影響基本控制在±2%的范圍內(nèi)，對舵槳的推進性能影響較?。?/p>

②纏繞物切割裝置對舵槳葉面壓力的影響范圍和程度都很小，不足以對舵槳的空泡性能和噪聲性能造成明顯的影響。

(2)不影響舵槳的動平衡。因為舵槳旋轉(zhuǎn)的特性，所以必須考慮到舵槳的動平衡問題。針對不平衡容易導(dǎo)致舵槳的損壞問題，可以采取將切割刀對角安裝的方法加以解決。

2 方案實施和效果驗證

2.1 方案實施

在“江蘇路渡3002輪”上實施了方案，刀具安裝位置示意圖如圖3所示。

圖3 刀具安裝位置示意圖

2.2 效果驗證

2.2.1 與設(shè)定的課題目標對比

2014年1月至12月，舵槳防纏繞裝置在“江蘇路渡3002輪”上使用后證明,已經(jīng)很好地解決了舵槳因纏入異物而造成故障的情況，達到了研究課題預(yù)期目標。

2.2.2 與設(shè)定的目標值對比

根據(jù)課題設(shè)定的要求，安裝舵槳防纏繞裝置后允許每年舵槳發(fā)生故障1次。

“江蘇路渡3002輪”在安裝舵槳防纏繞裝置前后數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，安裝前每年故障約為8次，安裝后的1 a未曾發(fā)生此類故障，超過預(yù)期效果。

3 結(jié)論

(1)“江蘇路渡3002輪”通過安裝防纏刀后節(jié)省了舵槳等修理費用。安裝舵槳防纏繞裝置前，單船每次維修費用主要有：吊車費8 400元，舵槳修理返廠運費9 000元，更換油、水封修理費12 000元，舵槳修理費9 000元，更換齒輪油15 000元，共計53 400元。從每年修理次數(shù)約8次到安裝1 a后還未曾發(fā)生纏繞故障，節(jié)省了修理費用。

(2)安裝防纏切割刀后提高了汽車渡輪的航行安全，減小了員工的勞動強度。

[1] 陳堅.全回轉(zhuǎn)舵槳維修中應(yīng)注意的幾個問題[J].江蘇船舶，1997，4(4)：34-35.

2016-07-05

陳松濤(1971—)，男，工程師，從事船舶機務(wù)管理；薛軍(1976—)，男，工程師，從事機務(wù)管理。

U664.33

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