安装在一系列具有废热回收系统涡轮发电机的船上,装在PTI齿轮箱进口处。 轴系 轴系的结构和布置取决于主机的类型和位置、船型和螺旋桨的数量(单轴或多轴)。轴系(图19)的各段是螺旋桨轴、传动轴和止推轴承轴(如安装)。在可调螺距螺旋桨装置中使用空心轴。在某些快速渡船上已经成功地使用玻璃钢制成的传动轴。
在各轴段之间使用固定的或可拆式法兰接头和联轴节(如油压套筒联轴节)作为连接元件。各轴段及其连接元件的尺寸必须符合入级的船级社的规范要求。使用带键的传统锥形连接法或者现在新建船舶通常使用的油液压过盈套合法(无键螺旋桨),将螺旋桨安装在螺旋桨轴的最末端。
轴向止推轴承座应将螺旋桨产生的向前或向后的推力传递到船体结构上。在高速和中速柴油机推进装置中,螺旋桨推力通常由在齿轮箱中调心滚柱轴承的径向或轴向止推轴承座承接。在推进功率大的地方最好用普通滑动轴承,它安装在齿轮箱中或基板上(在二冲程机情况下)或者用作独立式单环止推轴承。 在齿轮箱和尾轴管或发动机和尾轴管之间轴系的径向轴承通常采用数个轴颈轴承代替普通滑动轴承或滚柱轴承。轴承的数量和布置由轴的长度和直径、轴的抗弯振动性能、轴的静态弯曲线以及弯曲应力和轴承支撑座的强度决定。为降低费用和灵活传动,建议尽可能少用轴承。普通滑动轴承主要用于较大的推进装置,滚柱轴承主要用于较小的装置。尾轴管轴承和密封比较特别,它比其它轴承要坚固得多,因为它必须承受较大的负载,还要承受螺旋桨引起的突然冲击力(如在汹涌海浪中和突发事故时)。
尾轴管密封有各种不同的技术解决办法。在大多数船上用单工(制)结构,尾部轴封保护尾轴管不进海水。尾轴管内压取决于船舶吃水(图20),尾轴管内充油,抬高油箱可以调节油压,使之高于外部水压。与环境有关的一项特别有意义的发展是单工紧凑空域(Simplex Compact Airspace)尾轴管密封。 另外,充压并可调压的中间腔将油和海水隔开,即使在事故情况下海水也不能进入船内,油也不能溢出船外。
1.4.7 安全与可靠性
在选择船舶推进系统时,要求将最高的安全标准和船舶营运可靠性绝对放在第一位,因为推进装置故障马上会危及船舶、船上人员和货物安全。为减少这种危险,应在设计阶段尽早地考虑船舶营运的特殊要求。除了可能的气候差别和频繁的船上困难工况外,还要考虑船舶运动、变形、加速以及主机和螺旋桨产生的振动。 推进系统总的来说是能够被激振而产生扭振、纵向振动和弯曲振动,应对每个推进装置进行仔细的振动分析。在船舶推进系统中扭振是最明显的,因此在规划阶段就必须尽早地评估推进装置强制阻尼的扭振特性,目的是防止发动机或螺旋桨激振频率和系统的固有频率共振和引起不可接受的高振动级。从发动机制造厂、船厂和船级社可以得到评估推进装置扭振情况的模拟程序,这种模拟甚至能够可靠地确定特别复杂的分支系统(诸如具有特殊齿轮系统和附加PTI和PTO接头的多机装置)的振动性能。
在建造机械系统过程中必须考虑船舶在汹涌海浪中出现的运动和加速。它们对燃油系统、滑油系统、控制油系统和供水系统,以及对轴承和机械部件的机座等等都有影响。建造海军舰船有专门的振动规则,这些规则要求舰船设计允许比民船更高的附加加速度。 船上气候差别可能很大,取决于其营运航线。气候会影响推进装置的性能和发动
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机功率输出,特别是外部空气和水温。燃气轮机受此影响最大,对蒸汽轮机和柴油机的影响小一点。 经验表明,对推进装置的利用率有决定意义的是选择正确的维护原则,这个原则应保证在维修费用尽可能低的条件下利用率尽可能高,各个元件或部件的寿命周期在推进系统中起重要的作用。在推进装置的使用期限内或多或少总会出现一些意外故障,譬如因操作错误或外界干扰引起的故障。此外,当装置投入运行后可能会出现早期故障,这往往是由于结构或材料错误或加工或装配缺陷引起的。在装置长期运行之后,因磨损或材料疲劳而导致的后期故障也必须加到意外故障清单内。
发动机和部件制造厂要尽最大的努力(如质量控制)尽可能消除早期故障。提高防意外事故水平最好靠船主(如进行人员培训)。后期故障依靠合理的预防性的维护可以降低到最低限度,制造厂、船厂和船东必须密切合作进行规划。 最后但不是最不重要的一点,日益增加的航运自动化已经提高了船舶推进装置的利用率,自动操作不仅带来认真仔细地使用主、辅机,而且减少了因误操作所造成的故障次数。
2 国内外主要可调螺距螺旋桨企业及竞争格局
2.1国内外研究现状
调距桨作为一种特殊的螺旋桨在国外出现已经有几十年的历史了,随着船舶制造技术以及其它相关技术的发展,其生产技术随之不断发展进步。但调距桨及轴系由于要安装螺距调节机构及遥控系统,因此其构造及毅部结构较复杂,相应的设计制造工艺也受到液压等相关行业发展情况的制约,因而在各国的发展不太均衡。欧洲一些国家在这方面的研究工作开展得较早,不少大公司都有较为成熟的调距桨遥控系统及其配套产品,如KAMEWA、SCHOTEIL、WARTSILA、MAN-B&W等都有多年生产调距桨及其遥控系统的历史,其产品在航运市场上占有较大的份额,他们在机械、液压机构结构方面的特点基本相同,但具体的遥控系统却各具特点。
现今比较有名的生产厂家及其产品有:
德国MAN-B&W公司研制的Alphatronic遥控系统,用于控制与二冲程或四冲程柴油机相连的调距桨推进系统;
瑞典Berg公司的ERC3000调距桨控制系统,基于PLC微处理器技术,适用于各种船型的调距桨;
丹麦伦索(Lyngso)公司的PCS2100推进控制系统,用于对连接到二冲程低速柴油机或四冲程中速柴油机的调距桨推进系统进行遥控;
荷兰John Crane-Lips公司的LIPSTRONICR⑧系列遥控系统,用于遥控装备调距桨的侧推器、方位角推进器以及主推进装置;
挪威Kongsberg(即原来的Norcontr01)公司的AutoChief'/型遥控系统,用于对与低速柴油机相连的调距桨系统进行遥控。 国内研究现状
我国于八十年代中期开始引进国外的调距桨生产技术:苏州船用机械厂引进了KAMEWA(现已被ROLLS ROYCE公司并购)公司的调距桨技术,生产的系列产品如KL40/3。ST调距桨电液遥控系统取得了船级社的认可,并经过了实船运行的
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考验。SCHOTTEL公司也在我国成立了肖特尔推进器有限公司,专门从事调距桨的研制生产。但国内从事调距桨研究的科研机构及人员较少:八十年代中期,大连海事大学的郭晨教授曾经做过基于单片机的调距桨遥控系统的仿真研究;九十年代中期,上海交通大学曾在建立三轴燃气轮机及调距桨推进装置的实时仿真模型的基础上,采用MIRAGE并行数字仿真工作站进行了全数字实时仿真;九十年代末期,华东船舶工业学院的科研人员采用MC68705R3单片机开发出了调距桨螺距控制系统,并进行了实时仿真,但离实船的推广应用还有一定的距离。总体上来讲,由于起步较晚,加上我国在此方面的工作开展得较少,调距桨生产技术基本上都是引进国外的专利,配套的控制系统则基本上是从国外引进技术生产或干脆直接采用国外产品,因此相对于国外特别是北欧等先进国家而言显得较为落后:现有的调距桨控制系统大多采用非CPU的芯片甚至分立元器件构成,仅相当于国外60、70年代的水平;个别工程船采用计算机及PLC控制技术,在控制结构、功能、性能等方面接近或达到国外90年代先进水平;采用计算机控制技术实现调距桨螺距闭环控制也已取得一定进展。随着现代船舶向高速化、大型化、高度自动化方向发展,采用调距桨的优点显得更为突出,在其使用范围日益广泛的今天,我国调距桨的发展现状显然与此不相称。
2.2国外企业
Roll
全球船舶设备业巨头罗尔斯·罗伊斯公司在上海开设新工厂,为造船厂供应船舶设备,近距离服务于中国以及东北亚迅速发展的造船业。 目前每年亚洲造船市场价值一百九十亿英镑,约占全球全部造船业总值的百分之八十。 公司在华船舶设备年销售额约为一点二亿美金,占全球年销售额百分之五到百分之七,新厂投产后公司计划三年后在华年销售额达到两亿美金,新厂产品除百分之八十销售于中国地区外,其余百分之二十产品将出口至亚洲其他地区以及欧洲地区。 据悉,罗尔斯·罗伊斯公司在上海南汇的新工厂投资额近一千万美元,是迄今为止该公司在中国的最大投资,工厂面积九千平方米,将生产或组装方向舵、操纵、甲板机械和转向系统等重要设备。
专为浅海地区设计的濒海战斗舰将配备两台罗尔斯·罗伊斯MT30型燃气轮机,推动4台大型喷水推进器,让船只时速可超过40海里。功率为36兆瓦的MT30是目前世界上动力最大的舰用燃气轮机。此燃气轮机与罗尔斯·罗伊斯的喷水推进器相结合,使濒海战斗舰操纵灵敏,可在浅水航行,并能在短时间内停止行驶或加速。
罗尔斯·罗伊斯的设备,包括结合MT30型燃气轮机和喷水推进器的优势,将为科技领先的、操纵灵活的船舶提供最合适、效率最高的推进系统。
MT30型燃气轮机是罗尔斯·罗伊斯最新研发的船舶用燃气轮机,应用了航空发动机技术,拥有4,500万小时的运营经验。在世界上船舶用燃气轮机中,MT30提供功率密度最高 –– 能在紧凑的空间内提供最大推力对海军船艇的推进系统至关重要。MT30已经被选定为英国皇家海军的伊丽莎白女王级(Queen
Elizabeth class)航空母舰和美国海军的朱姆沃尔特级(DDG-1000 Zumwalt class)驱逐舰提供动力。
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2.3重点企业——镇江中船瓦锡兰螺旋桨有限公司
2.3.1 企业介绍
镇江中船瓦锡兰螺旋桨有限公司地处江苏省镇江市,是于2004年成立的合资企业,其中芬兰的瓦锡兰集团占有55%股份,镇江中船设备有限公司占45%股份。合资公司成立以来发展迅速,目前已成为中国最大定距桨生产供应商,也是全球最大的定距桨制造商之一。2011年6月29日,瓦锡兰集团与中国船舶工业集团镇江中船设备有限公司建立的合资公司——镇江中船瓦锡兰螺旋桨有限公司在镇江举行了可调桨车间的落成典礼。
2.3.2 企业经营业绩
镇江中船瓦锡兰螺旋桨有限公司可调桨项目总投资1.2亿元,厂房占地总面积为8400平方米。该公司可调桨生产车间拥有的50吨行车在内的10部行车、电器及管线都将安装到位,从荷兰移装来的设备也将开始安装。具备可调桨整套项目生产能力。新项目达产后,该公司将可形成每年220套可调桨的生产能力。中船瓦锡兰公司宣布为该一流车间投资一千两百万欧元。,该类可调桨由瓦锡兰设计。按计划新车间的第一批订单将于今年下半年交付。瓦锡兰可调桨是为经常要靠岸的船型设计的理想解决方案,可提供卓越的效率和灵活的操纵性。
2.3.3 企业市场份额
目前瓦锡兰可以生产的可调桨型号广泛,功率范围从1.5MW到60MW,年设计能力220套。新车间内大部分生产设备从荷兰Drunen工厂搬迁至镇江,该荷兰工厂已于2010年关闭。 服务于中国和全球市场 新车间生产的大多数桨都将供应快速发展的中国市场,预计30%的产品将销往国外。预计全球大约20%的新船将使用新车间生产的可调桨,瓦锡兰预见到不仅在中国市场,而且在全球市场的巨大潜力。
2.3.4 企业未来发展策略
现在大多数船舶都在亚洲船厂建造,中国已经逐渐步入造船大国行列。我们稳步拓展在中国的业务和生产,距离我们的客户更近。船舶动力部管理团队在2008年搬迁到上海进一步体现了瓦锡兰对中国以及亚洲市场的重视。”瓦锡兰集团总裁兼首席执行官Ole Johansson 2011年6月29 日在镇江可调桨项目的开业庆典上表示。 “大力发展船舶及海洋工程配套是“十二五”中国造船工业的重点方向,中船集团作为中国最大的造船集团之一,期望以镇江中船瓦锡兰可调桨项目开业为新的契机,全面开展与瓦锡兰集团的战略合作。”中国船舶工业集团公司吴强副总经理说。 新车间能组装和加工各种型号的可调桨,铸件仍由公司目前服务于定距桨生产的铸造车间提供。
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2.4重点企业——杭州前进齿轮箱集团股份有限公司
2.4.1 企业介绍
杭州前进通用机械有限公司创办于1980年,系杭齿集团公司独资创办的法人实体。根据国家经贸委、财政部等八部委有关国有大中型企业主辅分离文件精神,经杭州市及萧山区政府有关文件批准,实行主辅分离改制,于2006年1月成立由杭齿集团公司控股、多个自然人出资入股的有限责任公司。
公司是以配套杭齿集团为主的专业齿轮加工企业,拥有各种型号的高精尖机械加工设备。2008年实现销售收入4000万元;预计2009年销售收入可达5000万元。目前,公司已通过ISO9000.2000质量体系认证及复评,近年来多次被杭齿集团评为优秀供货商,并被有关部门连继评为企业信用AAA级。
公司改制后,公司法人治理机构和经营管理机构都已建立和完善,企业各项管理制度有效运行。公司在完成杭齿集团生产任务的基础上,积极开拓新的业务渠道,为省内外多家企业加工纺机齿轮、真空泵齿轮、工业传动齿轮、二轴总成、同步器等高精度齿轮和轴齿,从来料加工型企业向经营型企业发展。
杭齿可调螺旋桨
2.4.2 企业经营业绩
日前,杭齿自行生产的可调螺旋桨、齿轮箱与上游产品柴油机实现了船舶推进系统的成套打包销售,其使用工况完全满足国内外各类船舶主推进系统的配置要求,产品质量已达到国际先进水平
2.4.3 企业市场份额
杭齿拥有两大知识产权的可调桨结构,一类是推拉杆结构,是耗资上百万欧元,从法兰西螺旋桨公司引进,并买断了该技术,该结构适用于短轴系、小功率
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