船舶推进轴系锁紧装置的设计与应用

王树山,都基旭

（大连中远船务工程有限公司 技术中心，辽宁大连 116113）

0 引言

对于双推进轴系船舶，无论是配备定距桨还是调距桨，一般均需要为每个推进轴系配备轴系锁紧装置。当船舶停机检修时，或当一个轴系正常运转推进船舶行驶，另一轴系因故停止时，需要在轴系上设置锁紧装置，将停止工作的轴系锁定，特别是对于定距桨，防止其螺旋桨在水流的作用下被动地带动轴系旋转，从而保护齿轮箱和主机及轴系等设备。为保证轴系在锁紧工况下处于稳定的锁紧状态，并且便于操作，则需要根据建造船型的轴系布置特点，选用或设计合适类型的锁轴装置。大连中远船务建造的ERRV项目（emergency response rescue vessel，应急响应救援船）是典型的紧凑型海工辅助船舶。船长仅62 m，设置双轴系推进，每个轴系周围空间紧凑，对锁轴装置的尺寸和操作易用性要求较高。因此需要根据轴系的实际布置情况和制动力矩的要求，设计合适有效的锁轴装置。

1 锁轴装置类型及比较

目前在实际的船舶应用中，锁轴装置[1]主要分两种：制动盘式锁轴装置和非制动盘式锁轴装置。

1.1 制动盘式锁轴装置

制动盘式锁轴装置分为盘式锁轴装置和销式锁轴装置。盘式锁轴装置是指在轴系上安装较大制动盘，通过刹车带动抱紧制动盘，进而锁紧螺旋桨轴系，常应用于调距桨船舶。销式锁轴装置同样是在轴系上设置较大的制动盘，盘上在圆周方向加工有若干销孔，当要锁轴时，将制动销插入制动盘上的销孔中，进行轴系锁紧。

制动盘式锁轴装置加工制作相对复杂，成本较高，安装时占用空间较大，使用及安装不便，锁轴装置工作状态信号不易输出等[2]。因此，为克服上述缺点，现在船舶采用的锁轴装置大部分使用螺旋桨法兰锁轴装置。

1.2 非制动盘式锁轴装置

非制动盘式锁轴装置包括轴系法兰钻孔式和法兰开槽式。轴系法兰锁轴装置（钻孔式）固定轴系，如图1所示，即采用锁轴销卡入法兰钻孔的方式来实现螺旋桨轴系的锁定，其优点是与制动盘式锁轴以及销式锁轴相比，螺旋桨轴系法兰代替制动盘，体积较小，制造成本低，结构简单，安装及维修方便，锁紧力较大，对轴系的锁定牢固，在外力作用下不易脱开。缺点是法兰钻孔会影响法兰强度，因此设计此锁轴装置时应考虑到法兰强度计算，而且制动法兰需要加大尺寸。

图1 轴系法兰锁轴装置（钻孔式）示意图

法兰开槽式锁轴装置，如图2所示，锁紧块和底座用固定螺栓固定在船体上，并将底座和船体焊接在一起。锁紧销和左、右固定板通过两个锁紧螺栓连接在一起，限制锁紧销的轴向位置。

图2 锁轴装置安装图

法兰开槽式锁轴装置的工作原理是：当锁紧销的上部分插入到中间轴法兰开口，下部分卡到锁紧块的槽中时，限制了轴法兰的旋转，从而实现了轴系的止动；当把锁紧螺栓拆卸下来，把锁紧销从中间轴法兰开口和锁紧块槽中抽出来后，主机才能起动，轴系才能旋转。对于通过锁紧轴系法兰方式锁紧轴系的缩紧装置，需要中间轴法兰特殊设计，即法兰需留有豁口，与锁紧销接触配合，同时中间轴法兰直径需大于与之相连接的螺旋桨轴法兰；为便于锁紧操作时锁紧销对准豁口位置，可沿法兰圆周多设置几个豁口，如2个或4个。图3为某船中间轴法兰豁口实际图片，共4个豁口，均布于法兰外沿。

图3 中间轴法兰豁口设计

2 ERRV的锁轴装置设计及应用

2.1 锁轴装置的设计

随着大连中远船务建造海工辅助船及特种船的数量不断增多，特别是双轴系调距桨的船型建造项目也越来越多。大连中远船务承建的ERRV系列是典型的双轴系可调桨，每轴系由推进电机、减速齿轮箱、中间轴、螺旋桨轴等组成，轴系周围空间狭小，对锁轴装置的外形尺寸和操作易用性等要求较高。因此需要设计正确的轴系锁紧装置，更好的轴系设计使用要求[3]。

因轴系所处空间有限，特别是轴系法兰附近管路布置较密集，因此，采用增大轴系法兰直径方式的锁紧装置不宜采用。针对本船特点，设计锁轴装置如图4所示。

根据轴系制动力（90 kN），锁轴装置材质、尺寸等条件，通过有限元分析进行设计的锁轴装置是否能可靠地将轴系锁定，分析结果见图 5，最大等效应力在许用应力范围内。

2.2 所轴装置的应用

图4 ERRV项目锁轴装置

图5 锁轴装置强度分析

如图4所示，将底座6与法兰1的距离调整到合适位置，将底座6焊接到船板；需要锁轴时，将锁紧板3向法兰1方向绕旋转销5转动，与任意两个旋转到合适位置的圆头螺栓2锁紧，再将止动销4插入销孔后拧紧，防止松动。需解除锁轴状态时，将锁紧板3绕旋转销5背离法兰1方向转动，再将止动销4插入销孔后拧紧。

为此船设计的该锁轴装置，组成结构简单，安装简单，操作方便，制造成本低，对轴系的锁定和解除锁定方便快捷，而且锁紧板由止动销固定，锁紧板不易滑动，使用可靠性好。同时，此锁轴装置对推进轴系设计没有特殊要求，不需增大轴系法兰直径或在法兰边缘开槽，直接利用锁紧连接螺栓的方式实现对轴系的锁紧，操作简单易用。

3 结论

通过对各种锁轴装置的类型及优缺点分析，根据大连中远船务ERRV轴系特点，因地制宜，设计出简单易用，可靠性高的锁轴装置，满足船舶使用要求，经实船安装使用，取得了良好的应用效果，同时取得了较好的经济效益和使用效益。

[1]王志永. 船舶轴系设计及安装[J]. 中国水运月刊,2010,10(4): 89, 91.

[2]关福州, 王俊. 机械式精密锁紧机构的设计与分析[J].金属加工(冷加工), 2013(6): 41-42.

[3]谭仁臣. 船舶辅机与轴系[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 2008.