世界最大直徑螺旋槳的推力是如何傳遞給船舶,推動幾十萬噸船航行

船舶柴油機(主機)通過驅動傳動軸帶動螺旋槳旋轉,螺旋槳槳葉在旋轉時給水一個軸向的作用力,同時水也對螺旋槳槳葉產生一個反向的作用力(力是相互的)。這個力就是驅動船舶前進或者倒退的力。

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船舶的傳動軸

咱們以我國自主設計製造的40萬礦砂船為例,其由4片槳葉構成的螺旋槳,直徑達11.2米,重達71.86噸,而船舶就是靠著這個螺旋槳推動著重達幾十萬噸的船舶以十幾節的航速航行,可想而知這個推力是有多大啊!那麼問題就來了,螺旋槳巨大的推力是如何傳遞給船舶的?

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40萬噸礦砂船

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40萬噸礦砂船螺旋槳,其也是世界最大直徑螺旋槳

螺旋槳的推力通過螺旋槳軸(尾軸)傳遞給中間軸,最簡單的辦法就是在中間軸上設置能夠承受軸系軸向推力的推力軸承,通過推力軸承把螺旋槳的推力傳遞到船舶上,推動船舶前進。

下圖是某型船用推力軸承的圖紙,我們看圖紙可以知道推力軸承不光能承受螺旋槳產生的軸向推力,並傳遞給船體;還能承受軸本身的重量(支承作用);同時作為支承點還應該能承受軸系變形或者運動而產生的徑向負荷。

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某型推力軸承的圖紙

推力軸承可分為滾動式和滑動式。下圖為某型滾動式推力軸承,其最大的特點就是,受力的滾動體並不是平行於軸,而是和軸方向有一定角度。因為角度的存在,所以軸承能承受一定軸向力也能承受一定的徑向力。滾動式推力軸承雖然具有摩擦阻力小的優點,但是其受負荷能力小,不耐衝擊,可靠性相對較差(相對於滑動式)等缺點,所以只適合小型船舶上。

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某型滾動式推力軸承

滑動式推力軸承最主要的部件就是推力環和推力塊。其工作原理就是:螺旋槳的推力通過螺旋槳軸(尾軸)傳遞給中間軸,再由中間軸傳遞給推力軸。推力軸上的推力環,把軸向的推力傳遞到軸承座上的推力塊上,最後通過軸承座傳遞到船體上。為滿足其倒車的需求,推力環兩側都應裝有推力塊,並設置有可調節間隙的裝置。推力軸上的推力環和軸承座上推力塊,其接觸面就是發生滑動摩擦的工作,所以推力塊在其與推力環的接觸面上還應澆注白合金提高耐磨性能,並且保證具有良好的潤滑。

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滑動式推力軸承的結構

滑動式推力軸承具有結構簡單,受負荷能力大,耐衝擊等優點,所以廣泛應用在各類船舶上。

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船舶

不過在實際中,小型船舶為提高推進效率,軸系上都設置有減速齒輪箱,所以為簡化軸系,一把推力軸承整合在齒輪箱上,而不獨立設置推力軸承。

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設有減速齒輪箱的軸系(CPP槳)

而像40萬礦砂船這樣的大型船舶都採用低速柴油機作為主機,一般低速機的額定轉速在100轉/分鐘左右(實際很多低速機轉速低於100轉/分,最低可低至80轉/分以下),這樣更適合螺旋槳低轉速高效率的特性。為進一步提高傳動效率,簡化軸系,提高可靠性,所以其中間不設置減速齒輪箱,一般採取直驅模式(關於對直驅軸系的船舶如何倒車好奇的網友,可以去頭條搜索我寫的《世界最大柴油機能直接倒著轉?那麼它是如何實現倒轉的?》,也可以點擊文章下方瞭解更多按鈕進行閱讀)。這樣在中間軸上不設置推力軸承的情況下,一般把推力軸承座整合在柴油機的機座上製成一個整體,推力環設置在曲軸上(下圖紅色圈圈裡的為大型低速船用柴油機曲軸上的推力環)。

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無論是減速齒輪箱上帶推力軸承,還是主機上帶推力軸承,其工作原理都和獨立的推力軸承是一樣的。不過需要注意的是,把推力軸承設置在減速齒輪箱或者主機上,會對其和船體機座的安裝連接提出更高的要求,因為連接處不光要承受扭轉力還要承受軸向推力。關於大型低速主機的安裝我會在往後的文章中講解,歡迎大家到時來閱讀。

作者:小船人的夢想 2018年10月31號


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