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浅谈船舶主机曲轴臂距差影响因素与对策

2019-02-28徐宁

科学与财富 2019年3期
关键词:曲轴船舶

徐宁

摘要:在复杂的工况下,船舶主机曲轴极易发生故障,进而影响主机的正常运行,为了确保曲轴工作的耐久性与持久性,必须保证船舶运行过程中曲轴臂距差控制在规定范围内。本文主要分析了曲轴臂距差的一系列影响因素,并对其变化规律及相应的解决策略进行了系统的研究,确保船舶航行安全。

关键词:船舶;主机;曲轴;臂距差

1.研究背景与研究目的

曲轴在轴线呈直线状态下工作,同时曲轴的刚性比较差,导致安装时主轴时,由于微变形产生承高低程度不一致现象,工作时曲轴呈周期回转运动,对主轴承造成不同程度的磨损,导致曲轴变形、轴线弯曲,产生附加弯曲应力。经过实际测量,曲轴臂距差越大,表明曲轴弹性弯曲越大,运转时曲臂与曲柄销的过渡圆角处所受的交变应力也越大,使圆角处更易产生疲劳裂纹,引发曲轴断裂事故。

曲轴的工作条件要求其必须保证轴线呈直线状态,然而曲轴具有相对较差的刚性,在静止状态下,曲轴因轴承不同程度的磨损承受了相对较大的弯曲力矩,若在此情形下曲轴持续较长时间的运转,就会形成反复作用的附加应力,进而曲轴的折断损坏风险就会极大的增加。所以,为实现主机的正常安全运行,必须确保曲轴臂距差控制在规定范围内。

为了保证曲轴工作可靠性和耐久性,设计和安装过程中须保证曲轴臂距差不宜过大。但由于发动机运转的复杂性和曲轴自身工作条件与环境,曲轴臂距差所受的变化因素影响较多。本文将对影响臂距差的几种主要因素进行分析,试图了解其变化规律,并提出解决方案,确保曲轴处于良好工作状态,延长曲轴和主轴承的使用寿命,确保船舶的安全。伴随着我国经济的飞速发展,船舶工业也得到了快速的兴起,主机在运行过程中,受力不当的曲轴不但会造成活塞受到损坏,严重情况下还会导致曲轴发生裂纹甚至断裂等,造成主机不能正常运行。

2.活塞连杆组件对曲轴臂距差的影响与对策

低速主机活塞连杆机构具有重量重、功率大的特点,因此对曲轴臂距差的影响程度更大。活塞连杆组件的重力作用更无法改变对臂距差的影响。塞连杆组件的重量延垂直方向作用,使臂距差正值增加、负值减少并趋向于零。主机运转,燃料在气缸内燃烧会产生巨大的气体力,这种内力通过活塞连杆机构作用在曲轴上,也使垂直方向上的曲轴臂距差正值增加,负值减少并趋于零。气体力的影响虽然可以通过调节各缸的供油量从而改变单缸功率来影响臂距差,但会导致主机各缸功率的不均衡性。但是如果在主机安装时,发现活塞连杆组件装上前后臂距差有很大变化,则说明主轴颈与主轴承没有贴合,有脱空现象。

3.影响的曲轴臂距差因素及策略

3.1传动系统与臂距差

船舶尾轴传动系统的安装顺序对臂距差有着重要影响,不同的安装顺序使曲臂差的范围也不一样,经验告诉我们,以下安装顺序可以最大限度的降低曲臂差:首先安装螺旋桨轴,然后中间轴、推力轴、齿轮箱是以螺旋桨轴法兰作为基准轴来进行安装的,最后进行安装主机。安装过程尽量避免刚性连接,这会导致曲轴臂距产生曲折和偏移。但不可避免的传动轴系是通过法兰与曲轴进行刚性连接,船舶安装规范要求是曲折值不得超过0.1mm/m,偏移值不得超过0.1mm,当曲折值与偏移值超过规范要求时,曲轴主轴承就会产生较大程度的磨损。所以,需要对传动轴系与曲轴的中心线高低加以调节来进行矫正。

3.2主轴承不均匀磨损与臂距差

主机有多种工况,包括正常的和特殊的,每根曲轴在主机各种工况下承受不同的应力和磨损,所受浦东应力不同导致每根曲轴的磨损程度也不同。因此,曲轴的各主轴颈会因为不均匀的主轴承磨损程度而发生不均匀的下沉,进而导致曲轴轴线发生形变,引起曲轴臂距差不同程度的变化。对于长期运行的主机而言,可以观察到一定的规律。因此,在对曲轴臂距差进行调整的过程时,了解曲轴臂距差的变化规律,可以对曲轴臂距差数值超出了正常规律的范围,应对曲轴轴线状态进行检验,同时可以应用测量臂距差值和桥规值的方法。

3.3主机机座填充垫块与臂距差

主机机座填充垫块作为主机中一个至关重要的部件,其对主机机座起到了固定的作用并且实现了机座位置的调节作用。通过试验发现,主机机座填充快对臂距差影响很大,因为填充快会与主机机座有70%以上的连接面积,在长期处在高频振动、高温的环境中填充快会导致主机机座发生形变,最后造成曲轴臂距的变化。过去的填充快一般选择金属材料作为制作形状多样的主机机座垫块的主要材质,在加工过程中,研磨余量约为0.1~0.2mm,并保证0.05mm的塞尺不能插入机座与垫块的间隙中。导热性、延展性以及易热胀冷缩是金属材料所独具的特征,因而若选择金属材料来制作主机机座的垫块,会很快导致填充块的变形。所以,金属已不再是主机垫块的主要材质,环氧树脂高聚物代替了原来的金属,其所制作的垫块不仅可以实现与机座的完全接触,而且与金属材质的垫块相比,其具有相对较差的导热性,优良的隔振性能有效地保障了曲轴臂距差控制在标准合理的范围内

3.4缸内气体压力与臂距差

缸内气体压力属于内力,往往在安装过程中会被忽视,主机曲轴在安装过程中先将曲轴安装于主机基座上,然后吊装活塞运动装置部分。在安装过程中即使在安装活塞运动装置部分之前,也会由于曲轴体积、质量过大,曲轴自重的原因发生曲轴中心线下沉的状况。当在安装活塞运动装置部分之后,活塞运动装置和曲轴自重叠加,会使主机曲轴中心线下沉的情况更加严重。从另外一个方面来说,主机在工作过程中,燃烧室中的油气混合物发生燃烧,体积迅速增大,会对活塞运动装置部分产生巨大的推力,这个推力通过活塞运动组件中的連杆传递给主机曲轴,曲轴会同样产生轴线下沉的不良结果。所以在调节臂距差时要考虑燃料燃烧值以及活塞做功够缸内气体产生的内力对臂距差造成的力。

4.机座变形对曲轴臂距差的影响与对策

主机机座在设计阶段会着重考虑其屈服强度,以保证其在运转状态下不变形,但特殊情况下船舶由于搁浅、触礁等原因可能导致主机基座变形。主机在运行过程中,由于震动也可致使机座地脚螺栓松动、贯穿螺栓松动或上紧程度不均衡,包括机座垫块磨损变薄等都可能导致机座变形。机座变形对曲轴臂距差的影响很大,有些事故甚至就是由于主机机座变形引起的。曲轴中心线状态将随机座的凸凹变形而变化,导致机座变形时各道主轴颈桥规值保持不变,而臂距差却变化很大。现有的测量方法,一般是测量桥规值和臂距差值的方法检查机座是否变形:用测出的桥规值和臂距差值作图,如两条曲线基本一致,则说明机座没有变形,如果两条曲线互相矛盾则说明机座有变形。日常检查,及早找出主机机座变形位置是预防曲轴臂距差的一项关键工作。

5.结束语

目前对影响曲轴臂距差变化的各种因素只能做定性的分析,定量分析还无法找到适用于所有机器的通用公式和经验数值。作为轮机管理人员,只能从某一类型船舶或某一机型船舶出发,找出曲轴臂距差变化的规律性,采取有效的预防措施,使曲轴臂距差符合规范及主机说明书的要求,保证船舶的航行安全。

参考文献:

[1]周明德.微型计算机系统原理及应用[M](第3版).清华大学出版社

[2]艾德才.80386/80486原理及应用[M].天津大学出版社,1992

[3]张雪兰.汇编语言程序设计[M].清华大学出版社,2006.

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