船舶齒輪箱連擋位都沒有,怎麼還那麼貴?是有什麼獨特的功能嗎?

之前我寫大型船舶的時候,再三強調,大型船舶採用低速機基本上沒有齒輪箱,而是通過主機直驅螺旋槳,但是船舶的範圍很廣,總不能說大型船舶沒有齒輪箱,就能說所有船舶沒有齒輪箱。除了大型船舶外還有數量龐大的小型船舶,以及軍用艦船這些採用單位功率密度大的中高速主機,甚至燃氣輪機,都需要設置齒輪箱。在這裡我特意強調一個問題,之前有網友和我說,軍艦不是船舶,不能用船舶的原理來解釋,聽了這話我只想對這位網友說:切莫鬧了白馬非馬的笑話。

船舶齒輪箱連擋位都沒有,怎麼還那麼貴?是有什麼獨特的功能嗎?

軍艦

說起齒輪箱相信大家最熟悉的還是汽車的齒輪箱。汽車的齒輪箱少則五六個擋位,多則七八個擋位,大型貨車甚至能達到十幾個擋位。汽車設置擋位的目的是為了應對各種工況,提高發動機工作效率,所以齒輪箱是汽車非常重要的部件,價格不便宜。船舶的齒輪箱和汽車的一樣是船上非常重要的部件,價格也很昂貴,但是船舶的齒輪箱並不像汽車的那樣有擋位(普遍性)。既然沒有擋位,怎麼還那麼貴呢?是有什麼獨特的功能嗎?接下來咱們就來聊聊船用齒輪箱都有那些功能。

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汽車齒輪箱

船用齒輪箱的功能

第一個功能就是減速。減速可以說是船用齒輪箱最重要的功能。為什麼要減速?一般來說船舶螺旋槳的轉速越低,直徑越大,其推進效率越高。而普遍採用中高速發動機的小型船舶,發動機轉速比較高,匹配齒輪箱減速,能降低轉速,放大扭矩,使用更大直徑螺旋槳,提高推進效率。需要注意的是大部分船用齒輪箱,並不像汽車的齒輪箱有多個擋位,而是隻有一個固定速比,只有極少數變工況多的船舶,會用帶高低檔的齒輪箱。

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中速機+減速齒輪箱+CPP槳

第二個功能就是傳遞螺旋槳的推力。船舶的推進是通過主機驅動螺旋槳旋轉讓螺旋槳產生推力,螺旋槳產生推力再經過傳動軸傳遞到推力軸承上,再經推力軸承把推力傳遞給船舶,推動船舶前進。而設置有齒輪箱的船舶,常把推力軸承整合在齒輪箱裡,這樣齒輪箱有了一個非常重要的功能,就是把螺旋槳的推力傳遞給船舶。

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船舶的推力軸承

第三個功能脫合、倒順車。脫合就是我們常說的離合功能。船舶把離合器和齒輪箱有機結合起來,讓齒輪箱具備脫合能力。倒順車就是前進和倒車能力。之前講過大型船舶採用低速機直驅,它的倒車是通過主機倒轉實現;而小型船舶採用的中高速機,這類主機大多沒有倒轉能力,就只能通過齒輪箱來具備倒車能力。為什麼我把脫合和倒順車能力放在一起講呢?這是因為船舶齒輪箱的倒車,大多是通過離合器來實現的。下圖是多片式摩檫離合器如何讓減速齒輪箱實現倒順車的原理圖,該齒輪箱有兩個離合器,一個控制正車一個控制倒車,正車時正車離合器結合,倒車時倒車離合器結合,兩個離合器都脫開,主機就和螺旋槳脫開。

船舶齒輪箱連擋位都沒有,怎麼還那麼貴?是有什麼獨特的功能嗎?

齒輪箱的倒順車原理

第四個功能就是能降低船舶主機輸出端的高度,減小傳動軸的角度。剛才我就講了,更大直徑的螺旋槳推進效率會更高,小型船舶吃水較淺,為獲得更大直徑的螺旋槳,保證吃水,船舶的傳動軸應該相應設計的低一點。但是船舶的主機底部需要曲軸迴轉的空間,所以飛輪輸出端有一定的高度;而有些主機有油底殼,安裝高度也有一定要求,這樣為了保證螺旋槳的吃水,只能讓傳動軸有一定的傾斜角度。傳動軸有傾斜角度的話,螺旋槳的推力並不能全部作用在船舶推進上,並且隨著傳動軸的角度越大,推進的力越小。為了提高推進的效率,如果利用垂直異心的齒輪箱,實際就能降低船舶主機輸出端的高度,減小傳動軸的角度。

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小型船舶的傳動軸

第五個功能就是功率分支傳動。具有功率分支傳動功能的船用齒輪箱,可以利用此功能讓主機的富裕功率去帶動軸帶發電機等一些設備,提高經濟性。

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齒輪箱帶發電機

當然除了以上這些功能外,還有些齒輪箱有分車和並車傳動,減震與抗衝擊等功能,因為這類齒輪箱並不多見,所以這裡就不再多講了。

總的來說船舶的齒輪箱並沒有什麼黑科技,貴的原因,主要還是船舶的主機功率大,傳遞的扭矩也大,製造難度更大,所以價格昂貴。

船舶齒輪箱連擋位都沒有,怎麼還那麼貴?是有什麼獨特的功能嗎?

船用齒輪箱

作者:小船人的夢想 2018年12月9號


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