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A-55-无键螺旋桨液压安装和计算

2013-10-09 3页 pdf 281KB 17阅读

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A-55-无键螺旋桨液压安装和计算 [规范与标准 ] 无键螺旋桨液压安装和计算Ξ 王卓楠  (渤海造船厂)   [关键词 ]无键螺旋桨; 安装; 计算 [摘 要 ]本文介绍了几个船级社无键螺旋桨液压安装公式的特点以及设计、安装方面需考虑的问题。 [中图分类号 ]U 664. 33  [文献标识码 ]B  [文章编号 ]100129855 (2000) 0520062203 Hydraul ic f ix ing of keyless propeller and its ca lcula tion W ang Zuonan Keywords: keyle...
A-55-无键螺旋桨液压安装和计算
[规范与标准 ] 无键螺旋桨液压安装和计算Ξ 王卓楠  (渤海造船厂)   [关键词 ]无键螺旋桨; 安装; 计算 [摘 要 ]本文介绍了几个船级社无键螺旋桨液压安装公式的特点以及设计、安装方面需考虑的问题。 [中图分类号 ]U 664. 33  [文献标识码 ]B  [文章编号 ]100129855 (2000) 0520062203 Hydraul ic f ix ing of keyless propeller and its ca lcula tion W ang Zuonan Keywords: keyless p ropeller; f ix ing; ca lcu la t ion Abstract: T he paper in troduces the characterist ics of hydrau lic fix ing fo rm u la of variou s classif ica t ion societ ies, and p rob lem s tha t need carefu l con sidera t ion in design and fix ing.   无键螺旋桨是 80 年代开始应用的新技术, 通过 20 余年的发展, 技术日趋成熟。目前, 在民用船舶的 使用率已达到 90% 以上, 与有键螺旋桨比较, 无键 螺旋桨有下述明显优点: (1) 制造工艺简单; (2) 安装和使用过程的应力分配均匀、配合紧 密、使用寿命长; (3) 安装及拆卸方便。 1 无键螺旋桨液压安装计算公式简介 一些船级社规范中无键螺旋桨液压安装计算公 式 (参见 1) 尽管表述不同, 但设计思想基本一致, 主要基于下述两个方面: ( 1)  在海水温度达到 35℃时 (螺旋桨工作温 度的上限) , 桨毂与轴接触面间的摩擦力应能满足额 定工况下螺旋桨收到扭矩产生的切向力和推力的要 求。其中扭矩要考虑扭振引起的扭矩增量, 基本公式 为: P 35= F S A Λ  N ömm 2 (1)∆35= P 35B d sΗ  mm (2) 式中, P 35为 35℃时的最小要求接触面压力, N ömm 2; S 为 35℃时在接触面间的止滑安全系数, 一 般为 2. 8; A 为螺旋桨桨毂与轴的接触面积,mm 2;Λ为螺旋桨桨毂与轴接触面间工作状态下的 静摩擦系数, 与桨、轴材料有关。因接触面间 留有少量润滑油, 所以取边界摩擦状态的系 数。对于青铜桨与钢轴, Λ= 0. 13; F 为作用在接触面上的合力 (N )。由扭矩引起 的切向力 F v 及螺旋桨推力 T 组成。其计算 方法各船级社有所不同; B = 1 E b (K 2+ 1 K 2- 1+ v b ) + 1E s (1- v s)   mm 2öN , 桨毂与轴组合后的径向变形柔度。其中: E b, E s 为桨及轴材料的弹性模量,N ömm 2; K = d b d s , d b, d s 为桨及轴的平均外径,mm ; v b, v s 为桨及轴材料的横向变形系数;Η为桨孔的锥度, Η≤ 115, 一般为 120;∆35为液压安装时对应于 P 35的最小轴向推入 量,mm。 注: ∆35的表达式是根据厚壁圆筒平面应力的基 本公式推导而成, 即: ub = d s 2 E b (ΡΗb - v bΡrb) (2. 1) 26 2000 年 10 月 第 5 期 船  舶 SH IP & BOA T O ctober, 2000 NO. 5 Ξ [收稿日期 ]2000- 04- 17 [作者简介 ]王卓楠 (1952. 12- ) , 男, 汉族, 辽宁省开源, 研究员, 从事民船开发、设计、建造。 dd 高亮 u s = d s 2 E s (ΡΗs - v sΡrs) (2. 2) 且,  Ρrb = Ρrs (2. 3) ub - u s = ∆35 Η2 (2. 4) 式中, ub、u s 为桨及轴在 d sö2 半径处的径向位移;ΡΗb、Ρrb为桨在 d sö2 半径处的切向应力和径向 应力;ΡΗs、Ρrs为轴在 d sö2 半径处的切向应力和径向 应力。 基于式 (2) , 即可导出对应于实际安装温度 t 的最小 轴向推入量 ∆t:∆t = ∆35 + d sΗ (Αb - Αs) (35 - t) mm (3) 式中, Αb、Αs 为桨及轴材料的线膨胀系数。 式 (3)提供了无键螺旋桨安装时推入量的下限, 即保证桨在工作状态不会从轴上滑脱的最小面压 P 35的限制。由于桨的线膨胀系数 Αb 一般要大于轴 的线膨胀系数 Αs, 所以在温度升高时, 桨内孔和轴外 径径向应变的不一致性, 会导致接触面压下降。这也 是为什么选择 35℃来校核其使用功能的原因。另一 方面, 由于温度下降, 会导致接触面压上升, 亦需在 0℃时对桨的最大应力进行校核计算。 (2)  在海水温度达到 0℃时 (螺旋桨工作温度 的下降) , 桨毂内孔表面的单轴应力应小于桨材料的 许用应力。该许用应力大多数船级社采用 0. 7 倍的 桨材料屈服极限, 其基本公式如下: P m ax = 0. 7Ρy (K 2 - 1) 3K 4 + 1 (4)∆m ax = P m axP 35 ∆35 (5) 式中, P m ax 为 0℃时的最大允许接触面压力, N ö mm 2;Ρy 为桨材料的屈服极限,N ömm 2;∆m ax为液压安装时, 对应于 P m ax的最大允许推 入量,mm. 注: P m ax 的表达式是按剪切应变能强度理论推 导而来。即按:Ρs = 1 2 (ΡΗb - Ρrb) 2 + Ρrb2 + ΡΗb2 (4. 1) 式中, Ρs= 0. 7Ρy , 为桨材料许用应力。 求得上述 ∆35、∆t、∆m ax 3 个推入量数值, 我们就可 以作出如图 1 所示的无键螺旋桨安装用的推入量 ∆ 与安装温度 t 的关系图 (∆2t 图)。∆2t 图由 3 条直线组成。I线由过点 ∆m ax , 且平行 于 t 轴作出; II 线由过点 ∆m ax , 且平行于 III 线作出; III 线由 ∆t 及 ∆35两点决定; 阴影区为允许使用区。实 船安装时, 压入量落在该区内即为合格。 表 1 列出了几个主要船级社对无键螺旋桨安装 及计算的要求和特点。为便于比较, 笔者简化了各公 式并统一了符号和定义。除表中所示的公式外, 某些 船级社, 例如BV、N K 船级社是采用公式和图表联 合求解的方式来计算压载所需参数。因篇幅有限, 这 里不再赘述。 图 1 ∆- t 2 几个有关的问题 用于送审的无键螺旋桨液压安装计算一般应包 含图 1 的内容及计算过程。除此之外, 为了后续设计 和安装工艺方面的要求, 还应包括下述一些内容: (1) 压装时的轴向推力W 为了设计螺旋桨液压螺母, 指导船厂选用合适 的液压泵, 应提供压装时的轴向推力W 与压入量 ∆ 关系, 即W 2∆图。该图由式 (6. 1)、(6. 2)决定: W t = A P t (Λ1 + Η2 )  N (6. 1) P t = P 35 ∆t∆35  N ömm 2 (6. 2) 式中, P t 为某压装温度下的接触面压;Λ1 为液压安装时接触面间的动摩擦系数。由 于安装时径向油压的作用, 这种摩擦属于半液 体润滑摩擦。根据渤海造船厂 10 艘船的数据 表明, 其值取 0. 03 比较接近实际。 式 (6. 1)可根据静力平衡方程, 并经适当简化推 导而得。另外, 式 (6. 2)中的 P t 为液压安装时能建立 的径向最大油压。如将W t 换算成螺旋桨液压螺母 的油压 P w t, 即可作出 P w töP t2∆图。此图对压装时的 油压操作有一定的指导意义。 (2) 推入量起点 对推入量起点的约定, 除L R 规范外, 各船级社 36 无键螺旋桨液压安装和计算 规范没有明确要求。L R 规范中要求在径向油压不 供油 (干摩擦状态)条件下, 轴向推力达到式 (7)要求 时, 即为压载时的推入量起点。 W 0 = A (0. 002 + Η20) [P 35 + 18B (Αb - Αs) ] N (7)   除此之外, 还有一种采用作图方式求取推入量 起点的方法。如图 2 所示, 在径向油泵不供油的情况 下 (P t= 0) 向液压螺母供油。当 P w t达到 5 M Pa 时, 将千分表定为零值, 然后缓慢加压, 按 0. 25 mm 压 入量记录各点的 P w t值, 并绘制在座标纸上。当取得 5~ 6 点时, 即可作出干摩擦的回归直线L 1, L 1 与 ∆ 轴的交点即为推入量起点。实际推入量 ∆t= 千分表 量程+ 推入量起点至座标零点的距离。图 2 为某船 的实际 P w töP t2∆图。 图 2 Pw töP t- ∆ (3) 零度以下压装螺旋桨 如图 1 所示, 如环境温度低于 tm in , 已超出压装 螺旋桨的温度范围。如要满足前述 1 (1) 的要求, 则 必然会导致安装当时的桨内孔应力超过 P m ax。 tm in = 35 - P m ax - P 35 ) Η∆35 P 35 õ d s (Αb - Αs)   ℃ (8)   tm in的计算值一般在- 40℃以下。 3 实船压装 实船压装无键螺旋桨要采用独立的两台油泵, 分别向液压螺母 (轴向) 和桨毂内孔油槽 (径向) 供 油。径向油泵油压应尽量接近计算的 P t2∆直线, 如 此才能降低摩擦系数 Λ1, 使实际的 P w t值亦接近计 算的 P w t2∆直线。 在拆卸螺旋桨时, 应注意径向油压 P t 不要超过 P m ax。这种情况在压装过程中是不会出现的。而在拆 卸过程中, 特别是旧桨的修理拆卸中, 由于桨与轴接 触面处于相互静止状态, 易发生此种情况。 表 1 几个船级社无键螺旋桨液压安装计算 船级社 计 算 公 式 特 点 A B S (2000) P 35= F S A (N ömm 2) F = T C [ - S Η 2 + Λ2+ C ( F vT ) 2 ] (N ) ; C = Λ2- S 2 Η24 ;  S = 2. 8; T = 57. 4×106 HPR   (N , 桨推力) ; H —桨收到的额定功率 (kW ) ; P—桨的平均螺矩 (mm ) ; R —桨额定功率下的转速 ( röm in) ; F v = 2GQ d s   (N , 桨扭力) ; G—扭振系数, 柴油机直联为 1. 2; Q = 9. 55×106 HR (N 2mm , 桨扭矩)∆35= P 35 B d sΗ  (mm )∆t= ∆35+ d sΗ (Αb- Αs) (35- t) (mm ) Pm ax = 0. 7Ρy (k2- 1) 3k4+ 1   (N ömm 2)∆m ax = Pm axP 35 ∆35  (mm ) F 表达式综合考虑摩擦系数、螺旋桨扭矩 (包括扭振附加值) 和推力影响。 DNV (1996) P 35= F S A Λ  (N ömm 2) ; F = F v 2+ T 2  (N ) ; S = 2. 8 Pm ax同ABS  1) 仅对最小 面压及最大许用 应力有校核要 求。  2) F 表达综 合考虑螺旋桨扭 矩 (包括扭振附 加值) 和推力影 响。   3) 未提供 ∆ 计算式。 L R (1999) P 35= F A Η  (N ömm 2) ; F = 2TV - 1 + 1+ V ( Fv2 T 2 + 1 )   (N ) ; V = 0. 51 ( ΛΗ ) 2- 1∆t、Pm ax同ABS  1) 了压装时螺旋桨推入量起点对应的轴向推力W 。 2) F 表达式与DNV 相似。 CCS (1996) P 35= F vSΛA = 2GQSd sΛA   (N ömm 2) ; Q = 9550×103 HR   (N 2mm ); 如果, Λ= 0. 13, G= 1. 16, S = 2. 8 则, P 35= 477. 5×106 Hd sA R (N ömm 2)∆35= P35B d sΗ + 0. 03Η∆t, Pm ax, ∆m ax同ABS  1) P35式中不考虑推力 T 的作用。 2) ∆35式中考虑的0. 03Η 增量,是否为压装时的径向摩擦损失?    46 2000 年 10 月 第 5 期 船  舶 SH IP & BOA T O ctober, 2000 NO. 5
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