新造國(guó)產(chǎn)船舶的柴油機(jī)、螺旋槳匹配及處理的淺析

1、新造國(guó)產(chǎn)船舶的柴油機(jī)、螺旋槳匹配及處理的淺析金輝(寧波大唐海運(yùn)有限公司,浙江寧波315000摘要:通過(guò)大唐公司所屬的船舶事例來(lái)介紹螺旋槳和船舶主機(jī)的匹配的重要性,同時(shí)將營(yíng)運(yùn)中的問(wèn)題進(jìn)行分 析和介紹,針對(duì)機(jī)、槳不匹配的情況進(jìn)行處理,在主機(jī)及相關(guān)設(shè)備正常的情況下,只進(jìn)行螺旋槳修邊操作并將處理 的方法介紹給機(jī)務(wù)同仁,以資共同探討。關(guān)鍵詞:螺旋槳;主機(jī);匹配;處理;淺析O引言近年來(lái),全球燃料資源日趨短缺,節(jié)能成為現(xiàn)今船舶營(yíng)運(yùn)的永恒主題,通過(guò)采取各種方法來(lái)實(shí) 現(xiàn)節(jié)能的措施,主要體現(xiàn)在增加螺旋槳的效率、增大柴油機(jī)的壓縮比和采用超高增壓的技術(shù)的使用; 此外,還改善船體線型和增加適合中國(guó)水域航行的球鼻;以得到

2、較高的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。在我們?nèi)〉贸晒?的同時(shí)也出現(xiàn)了在機(jī)械管理上的矛盾體,最主要的是體現(xiàn)在螺旋槳和船舶主機(jī)匹配的問(wèn)題。船用螺 旋槳的效率對(duì)船舶營(yíng)運(yùn)的經(jīng)濟(jì)效益起著重要的作用,如果工況良好會(huì)可觀地降低油耗。但原始設(shè)計(jì) 已是最佳效益的螺旋槳,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期營(yíng)運(yùn)后,受船體污蝕阻力、船體伴流、螺旋槳表面的嚴(yán)重腐蝕、 主機(jī)能力的降低等因素的影響,使螺旋槳與主機(jī)的匹配點(diǎn)發(fā)生了變化,嚴(yán)重影響船舶的經(jīng)濟(jì)效益。 我公司所屬的十二條船舶中有六條船舶出現(xiàn)類(lèi)似的問(wèn)題,其他兄弟單位也相繼出現(xiàn)類(lèi)似的問(wèn)題, 作為機(jī)務(wù)工作者的我有責(zé)任有義務(wù)將發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和解決的問(wèn)題說(shuō)出來(lái)以資共同探討。1螺旋槳與主機(jī)不匹配的主要癥狀大唐l輪的主機(jī)是MAK8M

3、354C的中速四沖程柴油機(jī),功率4000馬力,配備的增壓器是ABB 公司的VTR304.11;齒輪箱由杭州齒輪箱廠生產(chǎn)的GWC60/66-01齒輪箱,額定傳遞能力 4.902KW/r/min,減速比3.5:l;螺旋槳是由舟山瀝港龍葉螺旋槳制造有限公司生產(chǎn)的定距槳,總平均 螺距是2600ram,直徑3700;由于船舶污底、柴油機(jī)的工況、增壓器和空冷器的不穩(wěn)定工作造成船 機(jī)槳不匹配,螺旋槳處于重負(fù)苛工況下,轉(zhuǎn)速航速不斷下跌,此時(shí)主機(jī)被迫在重負(fù)苛下低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn), 就會(huì)產(chǎn)生如下問(wèn)題:(1排氣壓力下降,壓縮比下降,排溫太高,氣缸、氣閥和閥座易受高溫腐蝕,對(duì)主機(jī)工作極 其不利。(2減速航行時(shí)噴油壓力下降,導(dǎo)

4、致霧化不良,燃燒惡化,相對(duì)油耗率增加。(3燃油系統(tǒng)工作不佳,燃燒不良,積炭增多,磨損加劇;又由于排氣壓力下降,燃燒后移造 成排氣倒沖,排氣道污染,甚至于引起著火。(4重負(fù)苛槳,使可操作的主機(jī)轉(zhuǎn)速受到很大的局限,降低了營(yíng)運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性。在船舶起航或靠 碼頭時(shí)船速較慢,無(wú)法立即達(dá)到加速所須的轉(zhuǎn)速且會(huì)造成增壓器嚴(yán)重喘振,大唐l輪的主機(jī)在螺旋 槳沒(méi)有進(jìn)行修邊前無(wú)法在360-410轉(zhuǎn)速間運(yùn)行,(相當(dāng)于前進(jìn)二使船舶的操縱受到較大限制。 (5大風(fēng)浪航行和淺水域航行時(shí)造成增壓器喘振。由于大風(fēng)浪和淺水區(qū)域航行相對(duì)阻力較大, 主機(jī)的轉(zhuǎn)速相對(duì)降低,造成增壓器壓氣端的氣流分離,使增壓器喘振。2產(chǎn)生螺旋槳與主機(jī)不匹配的主要

5、原因(1船舶機(jī)、槳設(shè)計(jì)方面:盡管2000年代后期設(shè)計(jì)的螺旋槳,選取主機(jī)時(shí)都考慮了1015%的馬力儲(chǔ)備,但調(diào)查結(jié)果表明,所有推薦的儲(chǔ)備量,只是在設(shè)計(jì)的圖紙上的體現(xiàn),在實(shí)際的操作中 船東或造船廠在船東在要求下,將微量的儲(chǔ)備功率全部使用出來(lái),只是片面的追求航速和節(jié)能降耗,第二十三屆蘇浙閩滬航海學(xué)術(shù)研討會(huì)暨2010年江蘇港航論壇論文匯編未將船舶的可靠性放在首位。(2船舶污底的影響:船舶污底造成的船舶阻力的增加,以及配合的螺旋槳,還由于伴流增值 和螺旋槳粗糙度的影響,使其要比過(guò)去增加2.5%的主機(jī)功率才能使船舶維持原來(lái)的航速。可以認(rèn)為 船體污損是使主機(jī)轉(zhuǎn)速不斷下跌的主要原因。下降率約0.5%/年,5年后

6、大修前主機(jī)轉(zhuǎn)速下降約 2.5%,增阻約為8.33%。(3劣質(zhì)燃油使用造成的影響:劣質(zhì)燃油在船上的使用,雖然比重大的燃油在工作時(shí)單位體積 內(nèi)的供油量增加,并造成爆壓的升高,但劣質(zhì)燃油的燃油品質(zhì)差含有的有害物質(zhì)比較多,反兒會(huì)降 低燃燒室的密封性,將使工況降低。此外,最突出的是劣質(zhì)燃油內(nèi)無(wú)法完全燃燒的物質(zhì)會(huì)通過(guò)排氣 管粘附在增壓器的噴嘴環(huán)、壓氣輪和渦輪上,隨著時(shí)間的增長(zhǎng),將會(huì)引起積碳堵塞,使增壓器工作 變差而造成惡性循環(huán)?？绽淦髋K堵,也是造成主機(jī)功率下降而主機(jī)和螺旋槳不匹配的原因之一。 3改變螺旋槳與主機(jī)不匹配措施和對(duì)策(1船舶機(jī)、槳設(shè)計(jì)方面:造船廠應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)部門(mén)設(shè)計(jì)的機(jī)、槳配合來(lái)執(zhí)行,不能隨意

7、聽(tīng) 任船東的要求,偷偷修改螺旋槳的尺寸和螺距,嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的要求保證具備1015%的馬力儲(chǔ)備, 可以在外界環(huán)境變化時(shí)使用各種工況的要求。(2船舶污底的影響:大修或中修進(jìn)塢,船體雖然進(jìn)行一次徹底的清洗,但不能復(fù)舊如新,因 此也就無(wú)法達(dá)到新造時(shí)的航速和轉(zhuǎn)速了。通過(guò)每次進(jìn)塢對(duì)航速和主機(jī)轉(zhuǎn)速均大有好處,航速每年約 按0.10節(jié)下降率不斷降低。(3加強(qiáng)燃油和柴油機(jī)運(yùn)行的管理:使用劣質(zhì)燃油時(shí)應(yīng)及對(duì)噴油器、噴油泵和供油正時(shí)進(jìn)行檢 查、維護(hù),燃油系統(tǒng)工作的好壞將對(duì)增壓器工況產(chǎn)生積極影響,El常中嚴(yán)格按照增壓器的維護(hù)保養(yǎng) 間隔期,進(jìn)行有效的維護(hù)保養(yǎng),此外,空冷器也是影響機(jī)、漿匹配的主要因素,空冷器臟堵后,能 使

8、主機(jī)的進(jìn)氣量下降,嚴(yán)重時(shí)使主機(jī)無(wú)法加速,并且造成排溫增高,平常應(yīng)定期對(duì)空冷器的壓差進(jìn) 行測(cè)量,并進(jìn)行有效的維護(hù)。(4更換齒輪箱的主動(dòng)齒輪使其達(dá)到增大速比,以達(dá)到降低艉軸轉(zhuǎn)速的目的。據(jù)估算螺旋槳最 大效率在lOOr/min左右,使它的轉(zhuǎn)速接近螺旋槳最大效率區(qū)域,降低艉軸轉(zhuǎn)速盡量接近最大效率區(qū), 使其達(dá)到效率最大化,這種方法也是比較行之有效的辦法。(5螺旋槳修邊技術(shù)的應(yīng)用:在主機(jī)等各設(shè)備均正常的情況下,才進(jìn)行修邊操作,依筆者認(rèn)為, 凡通過(guò)切割螺旋槳邊緣來(lái)改善螺旋槳的推進(jìn)性能,從而使船、機(jī)、槳獲得合理匹配的技術(shù)就叫做螺 旋槳修邊技術(shù),根據(jù)切割部位的不同,可分為直徑切割,隨邊切割和導(dǎo)邊切割三類(lèi);由于導(dǎo)

9、邊切割 很少使用,所以通常指的螺旋槳修邊僅是前兩類(lèi);a、切割直徑;切割直徑,可以顯著地降低主機(jī)負(fù)荷,從而提高轉(zhuǎn)速。其機(jī)理,直觀地可理解為螺 旋槳用以產(chǎn)生推力的面積減少,需要主機(jī)提供的扭矩自然減少。如果扭矩保持不變,轉(zhuǎn)速自然上升,因 為只有提高轉(zhuǎn)速,才能使船速增加,阻力也增加,需要的主機(jī)提供的馬力也增加,從而達(dá)到新的平衡。 b、切割隨邊;切割隨邊,可直觀地理解為槳葉面積減少,推力自然就減少,船的負(fù)荷減輕,轉(zhuǎn) 速提高,這一點(diǎn)和切割直徑是相似的。不過(guò)就同樣的減少槳葉面積而言,切割隨邊時(shí)因保持直徑不 變,推進(jìn)效率不會(huì)降低的優(yōu)點(diǎn),也有因盤(pán)面比減少,容易產(chǎn)生空泡的缺點(diǎn)。這一點(diǎn)對(duì)高速船尤其要 引起足夠的重視

10、,要核查是否會(huì)因?yàn)榭张莸漠a(chǎn)生而引起振動(dòng)和銹蝕。切割隨邊使主機(jī)負(fù)荷減輕的實(shí)質(zhì)是切割會(huì)引起螺旋槳等效螺距的變化。這一點(diǎn)機(jī)理一定要搞清 楚,否則在具體操作時(shí)就容易出錯(cuò),以至于南轅北撤,得出相反的結(jié)果來(lái)。切割工藝流程及注意點(diǎn);當(dāng)我們真的要對(duì)一只螺旋槳進(jìn)行切割時(shí),應(yīng)該如何安排工藝流程?在 每一工藝過(guò)程又應(yīng)注意那些問(wèn)題呢?首先,是準(zhǔn)備階段。包括原始資料的掌握;跟船測(cè)試,掌握現(xiàn)狀船主機(jī)馬力到底有多大?有否 新造國(guó)產(chǎn)船舶的柴油機(jī)、螺旋槳匹配及處理的淺析金輝潛力可挖?計(jì)算根據(jù)實(shí)際馬力最佳直徑有多大?計(jì)算隨邊切割量B j分別各是多少?會(huì)不會(huì)產(chǎn)生 空泡?需要不需要加割直徑?等等。其次,當(dāng)船舶上塢,槳尚未卸下來(lái)時(shí),應(yīng)

11、到現(xiàn)場(chǎng)看一下,槳軸上纏的雜物多不多?槳葉有沒(méi)有 卷邊、損壞?若有這些情況,那么你基于實(shí)際馬力所計(jì)算的切割量就會(huì)偏大,應(yīng)該作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 最后,槳葉卸下,拉到車(chē)間,正式開(kāi)始進(jìn)行切割工作。其工藝流程一般如下:(1對(duì)槳葉作必要的調(diào)整。如熱工整平卷邊,焊補(bǔ)裂紋等。(2測(cè)量螺距。這時(shí)的測(cè)量螺距主要是為了看一下槳的5個(gè)葉螺距是否基本一致?螺距和資料 中描述的是否相同?等等。(3繪槳葉徑向幅射參考線。以槳葉面最完整的一個(gè)葉作為基準(zhǔn)面繪第一根幅射線。利用螺距 儀繪出二條徑向弧(一般取0.3r和0.8r,依據(jù)圖紙找出它們的中點(diǎn),連接這二個(gè)中點(diǎn)的線即為該 槳葉的幅射參考線。第二個(gè)葉的幅射參考線可以根據(jù)同樣的方法繪

12、出也可通過(guò)葉數(shù)算出相鄰幅射參 考線的夾角來(lái)繪。這里最困難的是遇到?jīng)]有原槳葉的圖紙的情況。真的這樣,就應(yīng)根據(jù)槳型等條件 細(xì)心的進(jìn)行分析、判斷。一般地講,只要下功夫,幅射參考線總是可以繪出來(lái)的。(4畫(huà)各徑向半徑處的園弧線。有了螺距儀,畫(huà)這些線并不難,需要注意的是最好定一次r(0.3, 0.4,0.95,幾個(gè)葉同時(shí)繪出。(5繪切割線。先在相應(yīng)的徑向半徑園弧處,按已算好的B i描點(diǎn),然后用樣條把它們光順 地連接起來(lái)(允許等面積調(diào)整o核實(shí)無(wú)誤后,以7mm的間距打上園沖眼。(6切割。最好用切割機(jī),也可用碳弧氣刨。切割時(shí)要求正好留下園沖眼,以便查驗(yàn)和下一道 工序作為基準(zhǔn)。如果是用切割機(jī),則每割一葉,都把切屑

13、收集、稱(chēng)重,編號(hào)保存,看一看各葉的切 割量是否一樣。若一樣,就可免做靜平衡這一道工作了。(7修鏟。這道工序包含三層工作。首先是用砂輪把切割后的葉邊打到符合切割線的要求,并 園順;其次是用風(fēng)鏟或砂輪修鏟出60。的倒角;最后用砂輪作流線型的打磨。這里需要特別注意的 一點(diǎn)是,對(duì)隨邊切割,倒角方向,造成尾翹,千萬(wàn)不能反其道而行之,以致產(chǎn)生相反的效果。(8焊補(bǔ)。這一次焊補(bǔ)與前一次有區(qū)別。這一次是對(duì)槳葉各處的凹坑、裂紋都進(jìn)行仔細(xì)的修補(bǔ)。(9磨光。主要是磨光焊補(bǔ)點(diǎn)。(10測(cè)量直徑。不論是否切割過(guò)直徑,都應(yīng)進(jìn)行測(cè)量。(11測(cè)量螺距。這一次測(cè)量螺距應(yīng)該按船用螺旋槳驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。測(cè)量的結(jié)果將作為正式的 文件移交和

14、保存。但實(shí)際上,這只是對(duì)原槳面螺距的再一次校驗(yàn),而實(shí)效螺距已經(jīng)大大減少了。當(dāng) 然,如果已經(jīng)切割過(guò)直徑,則各徑向半徑r的值都不一樣了,這一點(diǎn)不要疏忽。(12螺距調(diào)整。這一步只有在上一步測(cè)試結(jié)果嚴(yán)重失準(zhǔn)的情況下才有必要進(jìn)行。若做了這一 步,則必須重新做10、ll二步。(13靜平衡。只有在用切割機(jī)進(jìn)行切割,各葉切屑量完整保存,并經(jīng)稱(chēng)量后每一葉的切屑量 與所有葉的平均值之比不大于10%的情況下,才可以不做這道工作。靜平衡的實(shí)際操作應(yīng)按有關(guān)標(biāo) 準(zhǔn)進(jìn)行。這里要注意的是一定要使槳支承在有滾動(dòng)軸承的軸上,而且保持支承軸的水平。參考文獻(xiàn):【l】邱嗣鎬.一種綜合修改螺旋槳的方法們.浙江造船,1989(1.【2】702所.螺旋槳直徑切割后對(duì)船舶性能的影響.【31蔡耀增.大型螺旋槳切割的一個(gè)實(shí)例們.【4】王圣光,任啟畢.船舶螺旋槳的修整工藝及其裝備【J】造船技術(shù)。1983(