100m沿海工程船的推进轴系设计

毛兰霞,王 莹

(1.江苏省无锡交通高等职业技术学校，江苏 无锡 214151；2.无锡职业技术学院，江苏 无锡 214000)

100m沿海工程船的推进轴系设计

毛兰霞1,王 莹2

(1.江苏省无锡交通高等职业技术学校，江苏 无锡 214151；2.无锡职业技术学院，江苏 无锡 214000)

良好的船舶动力装置设计有利于提高海上作业的工作效率。以100 m沿海工程船为例，对船舶主推进方案和轴系设计进行了详细的叙述，最后进行了实船测试，得出经过优化的该类工程船的工作效率提高了15%。

沿海船；工程船；推进系统；轴系；优化设计

0 引言

船舶主推进系统是船舶的主要动力系统，其设计好坏将影响到船舶的动力性、经济性、可靠性、机动性和生命力等方面。由于100 m沿海工程船为调遣自航机动工程船，客户对船舶的机动性和工作效率提出了更高的要求，而船舶主推进系统对船舶机动性和工作效率起着决定性的作用，因此，船舶推进系统的优化设计就显得尤为重要。

船舶轴系是从主机输出端法兰起至艉轴为止，用于连接主机和螺旋桨。直接传动的船舶推进系统主要有船舶主机、离合器、弹性联轴器和减速齿轮箱、轴系、轴系附件、传动设备和推进器等组成。本文涉及的船型为向海底抛石和为整平船供料的工程船，考虑到船舶的机动性和工作效率是本船设计的重要考核指标，主要从船舶操作性分析推进装置的优化设计。

1 主要量度及设备参数

1.1主要量度

100 m沿海工程船为钢质、单底(除皮带机区域双底外)船。该船中部船底部和甲板为纵骨架式，其余为横骨架式。

其主要量度为：

总长

100.00 m

垂线间长

87.60 m

总宽

28.20 m

型宽

25.00 m

型深

5.00 m

设计吃水

3.00 m

设计排水量

6 016.2 t

上甲板载货量

～2 723 t

肋距

0.55 m

梁拱

0.25 m

甲板层高：主甲板至艉升高甲板

0.40 m

艉升高甲板至2层甲板

2.45 m

2层甲板至3层甲板

2.10 m

3层甲板至驾驶甲板

2.10 m

驾驶甲板至罗经甲板

2.10 m

总布置图如图1所示。

1.2主要设备参数

主机型号为Z8170，台数为3台，单机额定功率(MCR)为441 kW,额定转速为1 200 r/min，形式为直列、直喷、四冲程。齿轮箱型号为HCD600-A，数量为3台，速比为5.44。螺旋桨参数见表1。

表1 螺旋桨参数表

2 轴系

船舶轴系主要布置方式为单轴系、双轴系、三轴系这3种形式。

(1)单轴系轴线与船体基线平行，布置于船体的中纵剖面上。单轴系的长度主要由中间轴数目、机舱位置决定。若机舱位于船的中部，其中间轴数量多，轴系长；若位于船的尾部，其中间轴数量较少，甚至没有中间轴，轴系相对较短。轴系短有利于船舱布置和维护管理，节省船舶建造费用。单轴系具有传动直接、结构简单、传动损失小，便于操纵等优点，主要用于大型海船、拖船及内河中小型船舶等。

(2)两个轴系相对船体基线略有倾斜，分别平行对称布置在船体中纵剖面的两侧，以保证螺旋桨充分没入水中。由于受到船体结构的限制，使螺旋桨和艉轴管之间的距离相对较远，艉轴较长，因此，需在船体外部设置人字架用来托住悬伸于船外的艉轴。为了便于拆装，将艉轴分为两段制造，中间用联轴器连接。在船体尾轴管内的轴段仍称为尾轴;悬伸在船外的轴段与螺旋桨连接，并由人字架支承，这段轴称为螺旋桨轴。双轴系船舶具有高速、机动性好和生命力强的特点。

(3)三轴系的布置是单轴系和双轴系的组合体布置，即一个轴系布置在船体的中纵剖面上，并平行于船体基线，另外两条轴系布置在船体中纵剖面的两侧。三轴系布置有利于提高船舶生命力、航速和机动性，其缺点是结构复杂，配套设备多，建造和修理工作量大，费用高。三轴系布置一般用于工程船和军用舰船以及特种工程船。本文的沿海特种工程船采用的轴系布置方式为三轴系，目的是提高本船的生命力、航速和机动性。

100 m沿海工程船配有3台推进主机，3只螺旋桨，双舵。3台推进主机轴系间距为5 100 mm，三轴系布置示意图如图2所示。

图1 100 m沿海工程船总布置图

图2 100 m沿海工程船三轴系平面布置示意图

中间轴的首尾部采用整体锻造法兰，轴径和连接面需要按照要求加工，轴的其他表面应加工光滑。

螺旋桨轴的首段为平键连接的可拆联轴器，与螺旋桨采用平键连接，末端装锁紧螺母。艉管前端焊接在前轴承座上，尾部焊接在艉柱壳部，轴承间距为900 mm，艉管采用油润滑方式。

舵装置设备采用流线型舵，由两扇双支点平衡舵，单扇舵叶面积为4.05 m2，采用往复式拨叉舵机。本船采用平衡舵优点是沿整个舵的高度上，均有部分舵面积在舵轴线的前方，水动力作用点距转轴较近，比普通舵可节省舵机功率；缺点是支撑点少，对强度不利。

本船轴系中心线与基线夹角为2°，其中间轴、螺旋桨轴的计算根据中国船级社(CCS)《国内航行海船建造规范 》(2012)及其2013版《修改通报》分别为140 mm和170 mm。轴系拆卸时，螺旋桨轴从艉部抽出。轴系布置图如图3所示。

3 实船测试

为了验证设计效果，100 m沿海工程船在龙口港进行实船测试。经过2次停靠，2次机动航行装卸货物，与同类型船舶相比，船舶的停靠码头时间缩短约16%。结果见测试表2。

表2 船舶在1个作业区域的运行情况

4 结语

本船推进系统的设计是在满足设计要求的情况下，以机动性和工作效率为主要考核指标，根据船舶主要设计参数，对本船进行推进系统的优化设计匹配。实船测试证明，工作效率提高约16%。

1.Z8170主机 2.HCD600齿轮箱 3.中间轴 4.联轴器 5. 艉轴艉管 6.螺旋桨

船舶主推进系统设备的选型是否合理，轴系直径计算和轴系加工是否精细准确，船舶工况是否清楚，螺旋桨设计经验等各方面都影响着船舶的经济性。同时，推进系统的设计优化匹配，可以提高船舶的操纵灵活性、机动性，使船舶工作效率高，安全可靠，有利于该船型的推广应用。

[1]中国船级社.国内航行海船建造规范(2012)[M].北京：人民交通出版社，2012.

[2]中国船级社.国内航行海船建造规范修改通报(2013)[M].北京：人民交通出版社，2013.

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[8]詹志刚，喻英.船舶主机推进系统机桨匹配设计工况的优化选择[J].江苏船舶，2000，17(5)：12-14.

2013-12-10

毛兰霞(1964-)，女，实验师，研究方向为机械实验、实训等；王莹(1988-)，女，硕士，助教，研究方向为车辆工程。

U662.2

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