艉机舱推进轴系单艉管轴承布置方案初探

王万华

(太平洋造船集团上海臻元船舶科技有限公司，上海 200052)

对于艉机型推进轴系的艉管，通常有两种布置方式。一种是带有前、后轴承的双艉管轴承布置方式，另一种是带有后轴承的单艉管轴承方式。以往的船舶设计大多采用了双艉管轴承的布置。

随着船舶建造向大型化的发展，船舶轴系有向短粗型发展的趋势，轴系刚度增大，船体在轴承处较小的变形会引起较大的轴承反力变化。同时，由于船体尺度变大，船体刚性减小，在不同装载工况下，船体的相对变形增大，轴系与船体的协调性变差。上述因素增加了轴系设计的难度，促使技术人员不断地进行研究。

在轴系设计过程中，减少轴系的轴承数量可以减小轴系刚度，增加轴系的柔度，从而改善轴系与船体的协调性，减小建造过程中的安装误差以及船体变形对轴系的影响。因而单艉管轴承的设计方案逐渐引起了人们的广泛重视。

下面以某28 000 t散货船为例，对O型、A型和B型三种轴系设计方案进行详细的分析。

1 轴承负荷影响系数

在该船型中，原有的设计采用双艉管轴承方案，其轴系校中计算模型如图1所示，此轴系简称为轴系O。

对于该轴系，缩聚后的轴承负荷影响系数如表1所示。

图1 轴系O的校中计算模型

表1 轴系O轴承负荷影响系数的缩聚矩阵 单位：kN

将原有设计中的艉管前轴承去掉，相应的轴系简称为轴系A，其校中计算模型如图2所示。

它的轴承负荷影响系数的缩聚矩阵见表2。

建筑室内排水管道设计工作往往会受到技术人员专业能力不足或者建筑自身因素，而出现设计不合理问题。举例而言，如果排水管道管径设计未能达标，在排水过程中就很容易出现严重的堵塞问题。且一旦出现堵塞问题，一时之间难以维修到最初效果，且维修成本较高，会给建筑单位带来严重的经济损失[3]。

表2 轴系A轴承负荷影响系数的缩聚矩阵单位：kN

将表1和表2进行比较，可以看出，去掉艉管前轴承以后，轴承高度变化对轴承负荷的影响变小。为了防止前密封漏油，在实船设计中常常将中间轴承后移。为此，将轴系A的中间轴承后移2个肋位，即后移1 580 mm。中间轴承后移之后的轴系简称为轴系B。它的校中计算模型如图3所示。

图3 轴系B的校中计算模型

轴系B的轴承负荷影响系数的缩聚矩阵如表3所示。

表3 轴系B轴承负荷影响系数的缩聚矩阵单位：kN

比较表3和表2可以看出，中间轴承后移以后，轴承高度变化对轴承负荷的影响进一步减小，轴承反力对轴承位置变化的敏感性进一步降低。采用这一方案后，施工误差以及船体变形对轴承负荷的影响比较小，可以提高船舶建造的生产效率，提升船舶的性能。

2 后轴承的斜镗孔

对于原有设计轴系O，热态时的计算结果如表4所示。

表4 轴系O的热态计算简表

表4中的节点AA是尾管前端面的位置。

从表4可以看出，在艉管后轴承（ASB）支点处，轴的斜率为6.74 E-04，即0.674 mm/m，大于CCS规定的0.35 mm/m，因而需要斜镗孔。原有设计采用了0.5 mm/m倾斜角度。

由表5可以看出，在艉管后轴承（ASB）支点处，轴的斜率为1.43 E-04，大大小于CCS规定的0.35 mm/m，所以不需要斜镗孔。但是在艉管前端面（AA）处，轴的挠度为-2.45 mm，需要加以注意。

3 无艉管前轴承轴系的两种校中计算方案

在进行这类轴系校中计算时，有两种方案可以选择。

表5 轴系B的热态计算简表

3.1 保证热态时艉管前端面处轴的挠度基本为零

采用这种方案，计算时要保证轴的中心与前密封橡胶圈的中心基本保持同心，以确保密封的正常工作。很多情况下，如果螺旋桨比较重，也需要对后轴承进行斜镗孔（和双艉管轴承布置的方案一样）。目前，国内外主机厂提供的校中计算较多采用这一方案。

作者在2008年以前也采用这种方案，并在论文中强调：无艉管前轴承的轴系，校中“计算时要控制艉管前密封处轴的挠度，防止漏油”[6]。

如果轴系B用这种方法的话，艉管后轴承也需要进行斜镗孔。因为篇幅有限，计算表不予列出。

3.2 艉管的后轴承不采用斜镗孔

如果采用类似表5的方案，不需要斜镗孔，但是必须对前密封加以处理。

在表5中，第14节点是艉管的前端面位置，轴段在此处的挠度是-2.45 mm。这时轴的中心比密封的中心低2.45 mm。如果采用端面密封，当然没有问题。若采用唇式密封，则需要保证艉轴前密封与轴的同心。所以可以考虑选用以下几种解决方式：

(1)偏心的唇式前密封

根据校中计算的结果，在订货前确定前密封的偏心数据，供密封厂商进行设计与加工。图4所示之偏心的唇式前密封，是某船在订货时提给供应商的示意图。该密封已在船上使用多年，效果良好。

(2)艉管前密封座的偏心设计

在轴系设计中，确定前密封座与艉管中心线的偏移量，如图5所示。这是某船艉管中实际使用的工作图的一部分。

图6是这种前密封座的示意图。ФB用于前密封的定位。ФA的中心线与艉管中心线重合，它的宽度必须足以安放照光的光靶支架。ФA与ФB的偏心值应该满足校中计算的要求。

(3)偏心的过渡法兰

在艉管与前密封之间加一个偏心的过渡法兰，以保证艉管前密封与轴的同心度。

(4)采用端面密封

当（艉管前端面处）轴的中心与艉管中心线偏离时，从适应偏心的角度来讲，这种密封是最佳的选择。

某船原设计采用普通唇式前密封，试航时发生严重的漏油故障，而且密封损坏。更换端面密封后，情况良好。

图4 偏心的艉管前密封订货简图

图5 艉管前密封座的偏心设计简图

图6 艉管前密封座偏心设计的示意图

4 结语

综合以上分析可以看出，采用单艉管轴承设计方案可以减小建造误差以及船体变形对轴承负荷的影响，改善了轴系性能。尤其是对短粗型轴系，此方案具有明显的优势。在轴系设计与安装过程中，需要采取一定的措施以防止前密封出现泄漏。

[1]John D Reeves and Vlahopoulos:Optimized alignment of a uscg polar class ice breaker wing shaft using a distributed bearing finite-elementmodel[J].Marine Technology Vol.36,No.4 1999:238-247.

[2]周继良，邹鸿钧.船舶轴系校中原理及应用[M].北京：人民交通出版社，1985.

[3]许运秀.主推进轴系校中状况分析与对策(上)[J].中国船检，2008(1)：90-92.

[4]许运秀.主推进轴系校中状况分析与对策(中)[J].中国船检 2008(12)：87-88.

[5]许运秀.主推进轴系校中状况分析与对策(下)[J].中国船检，2009(1)：96-97.

[6]王万华，孙逊.船舶推进轴系校中计算简介和几个实际问题［C］.上海：沪东中华造船（集团）科协，第二届年会论文集，2003：53-56.