噴水推進(jìn)器在23 500 DWT油船上的應(yīng)用

黃建通

摘? ? 要：基于淺水域航道對(duì)船舶推進(jìn)系統(tǒng)的特殊要求，根據(jù)ZF噴水推進(jìn)器的特性，以23500DWT油船為研究對(duì)象，分析了ZF噴水推進(jìn)器在淺水域船舶上的應(yīng)用，并對(duì)ZF噴水推進(jìn)器的安裝工藝進(jìn)行總結(jié)，為后續(xù)類似船舶的設(shè)計(jì)和建造提供參考。

關(guān)鍵詞：噴水推進(jìn);淺水域船舶;設(shè)備安裝;造船工藝

中圖分類號(hào)：U664.34 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Application of Water-jet Propeller on 23 500 DWT Oil Tanker

HUANG Jiantong

（Fujian Mawei Shipbuilding Ltd.， Fuzhou 350501 ）

Abstract： Based on the special requirements of shallow water channel for ship propulsion system， according to the characteristics of the ZF water-jet propeller， taking the 23 500 DWT oil tanker as the research object， this paper analyzes the application of the ZF water-jet propeller in shallow-water ships， summarizes the installation technology of the ZF water-jet propeller， provides a reference for the design and construction of similar ships.

Key words： Water-jet propeller; Shallow-water ship; Equipment installation; Shipbuilding Technology

1? ? ?前言

經(jīng)過近幾年的船舶市場(chǎng)低潮之后，國(guó)際油輪市場(chǎng)已開始呈現(xiàn)一定程度的復(fù)蘇景象，全球范圍內(nèi)開始出現(xiàn)新的油船訂單。23 500 DWT淺水域肥大型油船兼具運(yùn)油船及加油船功能，運(yùn)營(yíng)于新加坡附近東南亞航線，這些航線普遍存在水深較淺的特點(diǎn)，航道狹窄、水流復(fù)雜，要求推進(jìn)系統(tǒng)具有符合淺水域航行特征，并具備較高的靈活性、回轉(zhuǎn)性和全向推進(jìn)能力以適用船舶操作。如果采用普通的導(dǎo)管式側(cè)推，由于本船型寬較大、導(dǎo)管較長(zhǎng)將導(dǎo)致推進(jìn)器效率低，且無法滿足全向推進(jìn)要求，而伸縮式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器因水域淺無法滿足使用要求。ZF噴水推進(jìn)器以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，與柴油機(jī)-軸-槳推進(jìn)系統(tǒng)組成混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)，運(yùn)用在本船上能很好地滿足該船在運(yùn)營(yíng)航道上的實(shí)際運(yùn)營(yíng)和操作需要，甚至在狹窄的航道上可以代替柴油機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)推進(jìn)船舶前進(jìn);另外，噴水推進(jìn)器與柴油機(jī)-軸-槳推進(jìn)系統(tǒng)組成混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)，符合申請(qǐng)EEDI豁免的條件，一定程度上提升了船舶的競(jìng)爭(zhēng)力。

2? ? ZF噴水推進(jìn)器介紹

2.1? ?ZF噴水推進(jìn)器裝置的組成

ZF噴水推進(jìn)器主要組成部分有：

（1）驅(qū)動(dòng)馬達(dá)

為推進(jìn)器提供動(dòng)力。由船舶電站供電產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，用以驅(qū)動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)。

（2）外井

外井采用焊接方式固定于船體結(jié)構(gòu)上，用于安裝推進(jìn)裝置本體及驅(qū)動(dòng)馬達(dá)基座。外井頂部法蘭有一定的平面度、粗糙度以及厚度要求，以確保強(qiáng)度和密性達(dá)到要求。

（3）內(nèi)井

內(nèi)井安裝在外井的頂部法蘭上。內(nèi)井上裝有行星齒輪、回轉(zhuǎn)軸承以及噴嘴等，由轉(zhuǎn)舵裝置帶動(dòng)，可360°無限制全回轉(zhuǎn)。

（4）噴嘴

噴嘴固定在內(nèi)井結(jié)構(gòu)底部.其出口位置接近船底，可隨內(nèi)井360°轉(zhuǎn)動(dòng)，噴嘴出口角度大約為15°。

（5）螺旋槳

采用高斜葉片設(shè)計(jì)，材料為鎳鋁青銅。將水以非常高的速度通過可轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴泵噴射出去。

（6）立式傳動(dòng)軸

位于軸管中，由圓錐滾子軸承支撐。采用配有2道水密和1道油密的密封裝置密封。

（7）轉(zhuǎn)舵裝置

包括轉(zhuǎn)向齒輪以及轉(zhuǎn)向馬達(dá)。轉(zhuǎn)向齒輪與行星齒輪箱嚙合，用于內(nèi)井（噴嘴）360°轉(zhuǎn)動(dòng);另外配置舵角反饋單元，內(nèi)置電位計(jì)和就地舵角指針。

（8）聯(lián)軸器以及齒輪箱

用于將驅(qū)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)矩傳遞給螺旋槳，帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)。

（9）潤(rùn)滑系統(tǒng)

用于潤(rùn)滑推進(jìn)部分的齒輪箱及轉(zhuǎn)舵部分的齒輪箱等相關(guān)部件。

ZF噴水推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

2.2? ?ZF噴水推進(jìn)器裝置的工作原理

如圖2所示：其工作原理是由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)通過聯(lián)軸器及齒輪箱帶動(dòng)螺旋槳在水中旋轉(zhuǎn)，不斷地把水從吸水口吸入，水流通過槳葉在壓能的作用下流經(jīng)與水平方向有一定夾角（15°）的噴嘴，最后以非常高的速度噴射出去。由于槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)造成水動(dòng)量增加，水流噴射時(shí)產(chǎn)生反作用力，從而推動(dòng)船舶前進(jìn)。

2.3? ?ZF噴水推進(jìn)器裝置的主要特點(diǎn)

ZF噴水推進(jìn)器是一款適用于淺水域環(huán)境下，具有高機(jī)動(dòng)性的全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，其主要特點(diǎn)如下：

（1）淺水域航行

ZF噴水推進(jìn)器的一個(gè)顯著特點(diǎn)是它可以在淺水域進(jìn)行工作。由于其安裝位置一般與船底平齊，不會(huì)造成船舶阻力增加，也不會(huì)產(chǎn)生與海里的漂浮物發(fā)生碰撞的危險(xiǎn);螺旋槳靠近船底，采用水平布置，吸水口與噴水口均在底部，因此即使在很小的水深環(huán)境下仍能正常地工作。

（2）結(jié)構(gòu)緊湊、易于安裝和維護(hù)

吸水口和噴嘴在同一底平面內(nèi)，與傳統(tǒng)的隧道式側(cè)推器相比，需要的空間更小;法蘭式安裝采用螺栓固定，僅需對(duì)外井頂部法蘭面進(jìn)行平面度加工，施工簡(jiǎn)單;采用由上而下的吊裝方式安裝，與自下而上的安裝方式相比更加簡(jiǎn)單，省時(shí)省力;吸水口采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)，允許較低的進(jìn)水速度，從而避免了異物或碎屑的吸入。

（3）回轉(zhuǎn)特性

噴嘴固定在回轉(zhuǎn)部件上隨回轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)360°轉(zhuǎn)向，任何角度下均不會(huì)減小推力。

從以上的特性可知，對(duì)淺水域航行的船舶，ZF噴水推進(jìn)器不僅可以作為主推進(jìn)或者輔助推進(jìn)裝置使用，也可以代替導(dǎo)管式推進(jìn)器，實(shí)現(xiàn)在港內(nèi)作業(yè)和靠泊碼頭時(shí)操縱船舶，是導(dǎo)管式推進(jìn)器的很好替代品。

3? ?ZF噴水推進(jìn)器的實(shí)船應(yīng)用

3.1? ?23 500 DWT油船簡(jiǎn)介

該船總長(zhǎng)155 m、型寬36 m、型深15.2 m、吃水9m、艙容40 800 t、航速14 kn，船型上屬于淺吃水肥大型，采用節(jié)能的混合動(dòng)力推進(jìn)設(shè)計(jì)，由常規(guī)柴油機(jī)-軸-槳推進(jìn)系統(tǒng)和首尾各一套360°全回轉(zhuǎn)噴水推進(jìn)器組成混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)。與常規(guī)成品油船相比，本船吃水較淺、外形較寬，適應(yīng)淺水域航線和碼頭，能提高碼頭?？磕芰拓涍\(yùn)量，適用于新加坡附近東南亞一帶航線和碼頭，是一艘高技術(shù)含量、高自動(dòng)化程度、營(yíng)運(yùn)性及經(jīng)濟(jì)性良好的新型多功能、淺吃水、節(jié)能型成品油運(yùn)輸船。

3.2? ?ZF噴水推進(jìn)器的應(yīng)用情況

通過分析計(jì)算，并結(jié)合東南亞航線的航道特點(diǎn)，本船配備了一臺(tái)700 kW ZF SDT6010 FP L-drive和一臺(tái)300 kW ZF SDT4010 FP L-drive噴水推進(jìn)器，采用變頻器變速控制。兩臺(tái)噴水推進(jìn)器分別布置在首尾船底區(qū)域，并沿船舯方向布置，既降低了船舶總體重心，又將重量峰值點(diǎn)靠近船舶舯部，有利于降低大型設(shè)備重量重心對(duì)船舶最大縱搖、橫搖角的影響。

通過實(shí)船驗(yàn)證，噴水推進(jìn)器與機(jī)-軸-槳常規(guī)推進(jìn)系統(tǒng)組成混合推進(jìn)系統(tǒng)，使船舶具有較高的靈活性、回轉(zhuǎn)性和全向推進(jìn)能力，能很好地滿足在該航線上的實(shí)際運(yùn)營(yíng)和操作需要;同時(shí)，噴水推進(jìn)器可以實(shí)現(xiàn)船舶自主的靠船和靠碼頭能力，省去了拖輪的輔助約束，提高了船舶的經(jīng)營(yíng)性和競(jìng)爭(zhēng)力。

3.3? ?ZF噴水推進(jìn)器的安裝工藝

下面以SDT6010型號(hào)為例，介紹噴水推進(jìn)器的安裝工藝流程。

3.3.1外井的安裝

噴水推進(jìn)器對(duì)外井的制作和安裝質(zhì)量有很高的要求，只有確保外井制作及安裝正確，才能確保后期噴水推進(jìn)器在強(qiáng)度、推進(jìn)效率、密性、振動(dòng)、噪音等各方面滿足使用要求。

（1）安裝精度要求

① 外井頂部法蘭與船體外板需平行，高度應(yīng)滿足圖紙要求，外井的中心盡可能接近理論中心，前后左右允許定位公差為±5 mm;

② 外井與船體結(jié)構(gòu)對(duì)接焊處需完全焊透，以確保強(qiáng)度足夠;

③ 裝焊后頂部法蘭平面度誤差不得超過1 mm，粗糙度級(jí)別為6.3μm。如不滿足要求，應(yīng)再精加工至要求范圍內(nèi)，同時(shí)確保加工后的法蘭厚度不低于25 mm。

（2）安裝前的檢查工作

安裝前需檢查外井制作是否滿足圖紙要求，包括筒體尺寸是否準(zhǔn)確、筒體外部的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)是否完整、頂部法蘭的板厚是否滿足要求。確認(rèn)滿足上述要求后，在外井法蘭頂部平面劃出十字線，并在平面上標(biāo)記前、后、左、右標(biāo)識(shí)，以便準(zhǔn)確定位;船體對(duì)接結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)外井的尺寸將余量切割、開坡口，并修補(bǔ)打磨完成。

（3）外井與船體結(jié)構(gòu)的焊接要求

如圖3所示：外井下端口與船底外板需采用對(duì)接形式，外板不可出邊;焊接要求為對(duì)接處內(nèi)側(cè)先焊，外側(cè)余量割除后刨開焊透;外板與外井對(duì)接內(nèi)側(cè)面需保證焊后處理光順，如果不光順可能會(huì)造成局部海水渦流，影響推進(jìn)器效率。

3.3.2 推進(jìn)器本體的安裝

推進(jìn)器本體安裝步驟如下：

（1） 推進(jìn)器安裝前，需再次檢查外井頂部法蘭平面度、粗糙度級(jí)別以及厚度。平面度誤差要求不大于1 mm，粗糙度級(jí)別為6.3μm，厚度不得小于25 mm;

（2）將推進(jìn)器和外井的密封表面清潔干凈，去除油漆、油脂、焊渣和毛刺，并進(jìn)行干燥處理，以確保密性達(dá)到要求;

（3）安裝密封墊片。密封墊片材質(zhì)為丁腈橡膠，厚度為5 mm，具有防海水和防油的功能;同時(shí)在橡膠墊片的每個(gè)螺栓孔處，需要再放置一個(gè)直徑為28 mm、厚度為4 mm的鋼墊片，其目的是防止橡膠墊片受推進(jìn)器過渡擠壓而損壞;

（4）以上準(zhǔn)備工作完成后，即可將推進(jìn)器本體放置到外井上。可以采用兩個(gè)導(dǎo)向銷作為安裝引導(dǎo)，快速、準(zhǔn)確地將推進(jìn)器放置到位，并再次檢查4個(gè)方向的標(biāo)記，確保前、后、左、右無誤差;

（5）移除導(dǎo)向銷，并根據(jù)螺栓上緊順序安裝螺栓。螺栓上緊分兩步：第一步用170 Nm的扭力對(duì)所有螺栓進(jìn)行鎖緊;第二步用340 Nm的扭力對(duì)所有螺栓再次鎖緊。螺栓安裝節(jié)點(diǎn)及上緊順序，見圖4、圖5;

（6）噴水推進(jìn)器本體安裝到位后，需要在法蘭上適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b4個(gè)錐度銷，其目的是為了將推進(jìn)器本體法蘭定位。

3.3.3 驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的對(duì)中與安裝

驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和推進(jìn)器本體采用高彈性聯(lián)軸器連接，安裝之前需要先核實(shí)聯(lián)軸器的對(duì)中公差要求：推進(jìn)器端軸轂與馬達(dá)端軸轂法蘭之間的軸向距離為140 mm，軸向公差不大于±1 mm，徑向中心偏移公差不大于±0.2 mm，角度公差不大于±0.05°。聯(lián)軸器組裝圖，如圖6所示。

（1）推進(jìn)器本體的輸入軸及馬達(dá)的輸出軸，需要提前做好去除油脂、雜物等清潔工作，并在軸上涂上潤(rùn)滑油、裝上滑鍵，為安裝聯(lián)軸器做好準(zhǔn)備;

（2） 采用熱套方式安裝聯(lián)軸器兩端的軸轂。需要先將聯(lián)軸器上的橡膠塊、法蘭盤、緊固件等部件移除，再分別對(duì)兩端的軸轂進(jìn)行均勻加熱，加熱到比環(huán)境溫度高150 ℃～200 ℃，以便軸轂內(nèi)孔獲得足夠的擴(kuò)張量;再分別把兩端的軸轂裝入推進(jìn)器本體的輸入軸及馬達(dá)的輸出軸上，并等待自然冷卻至環(huán)境溫度方可進(jìn)行下一步工作;

（3） 吊裝馬達(dá)至推進(jìn)器本體上的馬達(dá)基座上，并對(duì)馬達(dá)進(jìn)行精確定位;測(cè)量并檢查對(duì)中情況，確保對(duì)中偏差符合要求。如不符合要求，則需要調(diào)整馬達(dá)的位置直到符合要求為止;

（4） 根據(jù)螺栓上緊順序安裝馬達(dá)的底腳螺栓。螺栓上緊分兩步：第一步用425 Nm的扭力對(duì)所有螺栓進(jìn)行鎖緊;第二步用850 Nm的扭力對(duì)所有螺栓再次鎖緊;

（5） 馬達(dá)安裝到位后，需要在法蘭上適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b4個(gè)錐度銷;

（6）安裝聯(lián)軸器的橡膠塊、法蘭盤等部件，并鎖緊所有的緊固件，達(dá)到預(yù)定的扭力。

上述步驟完成后，需要重新檢查對(duì)中情況，確保對(duì)中偏差符合要求。對(duì)中質(zhì)量的好壞將直接影響設(shè)備的使用壽命，因此對(duì)中時(shí)需要將偏差嚴(yán)格控制在要求范圍之內(nèi)，對(duì)中偏差值越小對(duì)設(shè)備越有利，運(yùn)行越順暢，使用壽命也會(huì)更長(zhǎng)。

4? ? 結(jié)語

通過本文對(duì)ZF噴水推進(jìn)器結(jié)構(gòu)、原理、特性等方面的分析可知，選擇ZF噴水推進(jìn)器作為23500 DWT淺水域肥大型油船的混合動(dòng)力推進(jìn)器使用，能夠大大提高其在淺水域航道上的操縱性及安全可靠性，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為船東贏得廣闊的市場(chǎng)空間。另外，本文通過總結(jié)ZF噴水推進(jìn)器的安裝工藝，為將來同類的船舶的設(shè)計(jì)建造提供參考。