傳動軸越短越好?那為何船舶不直接不要傳動軸?原來是放不下主機

現在的船舶除了像大型集裝箱船、客船、軍艦等等這類船舶可能會採中機型或者中尾機型外,大部分船舶還是採用的尾機型。尾機型除了我們熟知的船舶實際浮態希望有一定的尾傾,主機可以用來配重;以及因為大部分船舶的駕駛樓(尾樓)在尾部,能減少系統管路和控制線路的長度;同時還能方便船員們下機艙等優勢外,還有一個重要的原因,就是能大大縮短傳動軸的長度。

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集裝箱船舶

我們知道採用了中機型或者中尾機型的大型集裝箱船的傳動軸是又長又粗,你可別以為又長又粗的傳動軸對船舶沒有影響,其實影響是非常大的。首先就是成本上的增加,又長又粗的的傳動軸,其材料成本,加工成本,運輸安裝等都是一筆不小的開支。除成本外,其對船舶整個軸系的影響也非常大。傳動軸越長越粗,其需要的中間軸承數量也就越多,軸瓦的面積也越大,這樣其摩擦力也就越大,整個軸系的摩擦損失也就越大。要知道哪怕是百分之一的損失,對於動輒幾萬馬力的船舶來說,也是幾百馬力的損失啊!

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船舶中間軸

其次就是船舶的傳動軸越長,其佔據船舶的空間也就越大,特別是中機型或者中尾機型,還需要專門的軸隧(軸弄)來保證傳動軸的穿過,這勢必要佔據船舶的空間,減少船舶載貨量,降低經濟性。同時整個軸系是個大的彈性體,更長的傳動軸,軸系的扭轉振動也就更加嚴重。

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集裝箱船的軸隧

還有就是船舶的傳動軸可不像大家見的那樣是筆直的,船舶軸系設計時的理論中心線是直的,但是船舶在實際中,因為螺旋槳和傳動軸本身巨大的重量會造成軸發生彎曲,這種彎曲會造成各軸承的實際負荷分佈非常的不合理。比如尾管的尾部軸承,因為要承受螺旋槳和尾軸的巨大的重量,所以負荷最大,而尾管前軸承因為尾軸的槓桿作用,其受的壓應力很小,甚至是負的。這些現象對於軸系的運轉是不利的,所以需要對軸系進行調整。並且傳動軸越長,這種現象更加嚴重,其調整的工作難度也更大。

知識拓展:給大家簡要講解一點軸系校中知識

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軸系模型

上圖為四萬噸級船舶的軸系模型,下圖為此軸系模型在COMPASS軟件中的實際情況。圖中三角形是軸承,圓圈是螺旋槳,彎曲的線條是傳動軸。此時的狀態是各軸承在同一直線上,也就是理論中心線。但是傳動軸在自身和螺旋槳的重力作用下,會發生彎曲,造成各軸承負荷非常的不均勻。

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軸系擾度曲線

為了保證船舶軸系的長期安全正常的運轉,軸系在設計和安裝時還會引入一個校中的過程。此校中並不是把軸系校直,而是把它調到合理狀態。像下圖一樣,最好的辦法的就是把各軸承高度位置做一定調節,使軸承受力更合理。

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軸系擾度曲線

就是因為船舶的長軸系有那麼多缺點,所以船舶儘量用尾機型來縮短傳動軸。但是

那怕是尾機型,船舶的傳動軸還是有一定的長度,小船的有數米,大船的能達十幾米甚至二十幾米。既然是越短越好,那為何船舶不直接不要傳動軸呢?反正大型船舶沒有齒輪箱,不如把船舶的主機放在最後面直接去帶動螺旋槳?這樣不是更好?理想當然是美好的,實際中也確實已經儘量把主機往後放了,但是真的是無法再往後移了。

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船舶傳動軸

為什麼無法再往後移了?這是因為船舶為了降低航行時的阻力和提高船舶螺旋槳的推進效率,船舶的尾部都有一定的線型,也就是整個船體尾部水線以下逐漸縮小,這樣尾部的空間就越來越小了。船舶的主機都比較大,尤其是大型船舶的低速機,有十幾米高,上千噸重,這樣一個大傢伙怎麼能塞的進去呢?

傳動軸越短越好?那為何船舶不直接不要傳動軸?原來是放不下主機

船舶尾部水線以下線型明顯收縮了

其次船舶主機周邊還要佈置很多相關的輔助配套設備,以及預留主機的檢修維護空間,所以必須要有一定開敞空間,這也就限定了主機無法一直再往後移了。

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船舶機艙

不過常規的主機無法再往後移動,也就引出了電推的一項優異性。電推通過主推進電機帶動螺旋槳,而電機本身體積相對於柴油機要小不少,特別是永磁電機,在相同功率下體積會更小。這樣就可以把主推進電機儘量靠後,進一步縮短傳動軸;或者把電機塞進吊艙,這樣就能省去傳統的中間傳動軸,用電機的主軸直接驅動螺旋槳;再或者直接把電機塞進導流罩內,這樣連軸都省了。

傳動軸越短越好?那為何船舶不直接不要傳動軸?原來是放不下主機

吊艙式電推

作者:小船人的夢想 2018年12月6號


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