淺談提高可調槳修理的檢測精度及檢測裝置設計研究

丁韋青

(上海船廠船舶有限公司，上海 202156)

淺談提高可調槳修理的檢測精度及檢測裝置設計研究

丁韋青

(上海船廠船舶有限公司，上海 202156)

文章針對可調槳槳葉在受到重大損傷經焊補修復后對槳葉螺距和可調槳靜平衡的檢測進行了探索和研究，設計適合可調槳修理專用的檢測裝置，成功地消除可調槳所存在的螺距和靜不平衡量偏差超差的缺陷，有效地提高了可調槳修理的檢測精度，取得了顯著的效果。

可調槳；槳葉螺距；靜平衡；檢測裝置

可調槳是一種具有特殊結構的螺旋槳，它是由可轉動的槳葉、槳轂、槳葉的轉動機構、液壓動力系統(tǒng)等組成?？烧{槳是通過轉動機構來轉動槳葉，改變槳葉與槳轂的相對位置來改變螺距比[1]，通過調整螺距比來控制可調槳的轉速和扭矩及推力之間的變化，在不改變主機轉速的情況下可以改變航速和航向，以滿足各種船舶工況變化的需要。

由此可見，槳葉是可調槳組件中一個最重要的零部件，但它在使用過程中往往會產生各種各樣的缺陷，特別是槳葉在受到重大損傷如大面積的缺損、磨損和彎曲等經焊補、熱矯正修復后，卻無法精確地檢測可調槳的槳葉螺距和靜平衡。而槳葉螺距和靜不平衡量的超差直接影響可調槳的使用性能，甚至危害到軸系運動部件和主機運動部件的使用壽命。

1 現(xiàn)狀分析

多年以來在修理可調槳槳葉時，僅憑經驗對單片槳葉的缺損、磨損和彎曲作簡單的焊補修復和熱矯正，卻無法系統(tǒng)地對可調槳的槳葉螺距和靜平衡進行精確地檢測。在現(xiàn)有的修理技術中，槳葉螺距的檢測僅用簡易的螺距測量裝置對單片槳葉進行槳葉螺距的測量，再將4片槳葉的測量數據進行比較，發(fā)現(xiàn)數據偏差大的再進行熱矯正。而這樣測量出的數據誤差大，不精確，就會影響槳葉螺距的修理精度，槳葉螺距的校正、修復也無法滿足船規(guī)的要求。可調槳靜平衡的檢測，一般修船廠僅對每片槳葉進行稱重而已，可調槳組裝件不做靜平衡檢測，只要每片槳葉的質量相同即可，結果造成整片槳葉在焊補修復后各截面上的質量分布不均衡，槳葉組裝后造成可調槳的質量分布也不均衡，可調槳組裝件的靜不平衡量的誤差無法滿足船規(guī)的要求。

特別是槳葉在受到重大損傷后，需考慮到軸系振動等一系列問題，很有必要對可調槳進行槳葉螺距和靜平衡的檢測。如我公司修船事業(yè)部所承接修理的1艘船舶，船東是國內某航運公司，在日本海域海損，可調槳的槳葉被撞壞，造成了槳葉大面積的彎曲、缺損和磨損等缺陷。經日本某船廠緊急修復后，在回國航行途中，可調槳軸系產生了劇烈的振動，船方要求我公司解決該船舶可調槳軸系所存在的振動問題。通過現(xiàn)場勘驗和可調槳裝置及艉軸系拆卸后的測量檢查結果，分析得出可調槳軸系產生振動的主要原因有：①可調槳槳葉焊補修復后槳葉螺距不符合設計要求；②可調槳靜不平衡量的誤差超過船規(guī)的規(guī)定值，等等。軸系振動問題的原因確定以后，著手進行修理，但按工廠現(xiàn)有的技術和設備無法對可調槳槳葉螺距和靜不平衡量等技術參數進行精確的檢測和分析。需要確定正確的檢測方法和設計修理專用的檢測裝置來解決可調槳在修理中的檢測問題，目的是為了提高螺距和靜平衡的檢測精度。

同時，鑒于船方無備件更換槳葉，若到專業(yè)制造廠去制造，周期長，費用高，又影響該船舶的營運。在這種情況下，必須予以消除缺陷，并盡可能地修復，使該船舶的可調槳恢復其使用性能。因此，要優(yōu)質完成可調槳的修理首先要解決槳葉螺距和靜平衡的檢測問題。

2 檢測方法的來源和檢測裝置設計

2.1檢測方法的來源

本人曾參與公司“SS153”“SS154”等4艘2萬噸級新船8只螺旋槳的制造加工工作，期間熟練地掌握了新制螺旋槳螺距和靜平衡的檢測方法，以及在修船中修理定螺距螺旋槳所積累的修理方法，并嘗試著將這些方法運用到該船舶的可調槳修理中。由此可見，可調槳槳葉螺距和靜平衡的檢測方法來源于螺旋槳的制造技術，以及長期在修船中所積累的實踐經驗。

2.2檢測裝置設計時應解決的問題

在設計時，借鑒了多種簡易的定螺距螺旋槳的螺距測量裝置，設計了一種專門用于可調槳修理的檢測裝置，目的是提高可調槳槳葉螺距和靜平衡的檢測精度。同時，在設計時需要解決的問題是：①解決槳葉螺距測量裝置的精度問題；②解決槳葉螺距在測量時因槳葉轉動而影響測量數據的精確度問題；③解決可調槳做靜平衡檢測的難度問題；④解決該檢測裝置的適用性問題，與其結構相似的可調槳也要適用。

2.3檢測裝置的設計

可調槳檢測裝置是根據船用可調槳的結構特點而專門設計，用于修理可調槳槳葉在重大的海損事故中受損如槳葉大面積的彎曲、磨損和缺損等缺陷的一種裝置，該檢測裝置是由槳葉螺距測量裝置和槳葉鎖緊裝置[2-3]2部分組成。

槳葉螺距測量裝置是由測量臂架和空心固定軸等部件組成，空心固定軸插入測量臂架的銅軸承孔中，測量臂架可以圍繞空心固定軸作圓周轉動進行槳葉螺距的測量、檢查和校正工作。

槳葉鎖緊裝置是由轉動軸、定心墊塊和八角螺母、墊塊、圓墊板及工藝十字導架(有的可直接利用可調槳中的十字導架等零部件)等部件組成。該裝置是用來鎖緊槳葉，防止槳葉轉動，影響槳葉螺距測量裝置在槳葉螺距測量及校正時的正確性。該裝置也適合做靜平衡來檢測和校正槳葉在焊補后可調槳所產生的靜不平衡量誤差。

有的可調槳因槳轂內的轉動機構等部件不需要進行拆檢修理，僅焊補修理受損的槳葉或受損的備用槳葉時，按槳轂的直徑制作1只正方體結構的工藝槳轂(工藝槳轂的制作在這里不作介紹，此方法僅適用于槳葉的轉動機構為轉盤式的可調槳)，再將焊補后的槳葉安裝在工藝槳轂上，直接使用槳葉螺距測量裝置進行槳葉螺距檢測和校正，以及利用槳葉鎖緊裝置中的轉動軸等對可調槳槳葉進行做靜平衡檢測，來校正槳葉上的靜不平衡量誤差。

3 檢測裝置的使用方法

3.1檢測裝置的安裝(見圖1)

1—測量臂架；2—導向滑塊；3—測量桿；4—螺栓；5—空心固定軸；6—八角螺母；7—定心墊片；8—滑塊；9—工藝十字導架；10—螺栓；11—墊塊；12—轉動軸；13—圓墊板；14—基準平板；15a—前槳轂；15b—后槳轂；16—壓蓋；17—槳葉；18—墊塊；19—軸承；20—鎖緊螺栓；21—角度刻度盤；22—鎖緊螺栓。圖1 可調槳檢測裝置安裝示意圖

1) 先把槳葉鎖緊裝置中的圓墊板上的臺階裝入可調螺距槳的前槳轂的軸向司必克孔中，放置在基準平板上，再將4片槳葉按編號吊起安放于前槳轂的周向軸孔里；用2組螺栓將2只墊塊分別安裝于工藝十字導架兩側對應的位置上，4只滑塊分別套設于工藝十字導架的4個軸伸上。滑塊與軸伸滑動連接。通過4只滑塊，可以將槳葉與工藝十字導架連成整體。吊起4只滑塊、工藝十字導架、2組螺栓、2只墊塊等工藝十字導架組件，微調工藝十字導架組件，緩慢地依次轉動槳葉，把4只滑塊轉入槳葉根部的滑塊槽內，最后將后槳轂與前槳轂用連接螺栓接攏，敲緊連接螺栓。

2)接著將1只八角螺母旋在轉動軸的一端外螺紋上，把一錐形臺階的定心墊塊裝入后槳轂的軸向軸承孔中，垂直吊起轉動軸，插入后槳轂的軸向軸承孔中，轉動軸穿過工藝十字導架組件的中間通孔，并穿過圓墊板的中間通孔，使轉動軸上的八角螺母與定心墊塊接觸。再將組裝件垂直吊起，在轉動軸的另一端安裝定心墊塊、八角螺母，用扳手敲緊，將槳葉鎖緊在零度位置(即槳葉處在零螺距狀態(tài))，并裝上槳葉的壓蓋。用槳葉鎖緊裝置鎖緊可調槳的槳葉，就能防止槳葉轉動，確保槳葉在零螺距狀態(tài)下槳葉螺距高度差測量時的準確性。

3)將空心固定軸套設安裝在轉動軸的上端，用螺栓把空心固定軸緊固在轉動軸上的八角螺母的上平面?？招墓潭ㄝS上設有角度刻度盤，測量臂架上安裝有指示角度指示針，可以顯示測量臂架轉到所需要測量位置的角度。將測量臂架套設在空心固定軸上，測量臂架可以環(huán)繞空心固定軸作轉動，并通過鎖緊螺栓把測量臂架鎖定在需要的位置上，槳葉螺距測量裝置就可以在與基準平板平行的水平面上測量出可調槳槳葉在零螺距時的螺距高度差。

3.2槳葉螺距的檢測

1)槳葉在測量螺距前，根據槳葉受損的輕重程度，先做好記號，確定以哪片槳葉作為測量基準。當測量基準確定后，按圖紙先找出基準槳葉的中心線位置，再找出其它3片槳葉的中心線位置。同時，用槳葉螺距測量裝置檢查可調槳相鄰2片槳葉的中心線之間的夾角是否都是90°。

2)當槳葉的中心線位置找準后，將測量臂架上的測量桿中心點放置在基準槳葉的中心線位置上，同時調整角度刻度盤處于零度位置，使角度刻度盤上的零度位置與基準槳葉的中心線位置重合，并用鎖緊螺栓鎖住角度刻度盤和測量臂架，再用測量桿在基準槳葉上劃出槳葉的中心線。同時，劃出其它3片槳葉的中心線。

3)根據可調槳的直徑計算出0.3R、0.4R、0.5R、0.6R、0.7R、0.8R、0.9R、0.95R等各圓弧的半徑尺寸(R為可調槳的半徑)，以計算出的尺寸為半徑在槳葉上用槳葉螺距測量裝置上的測量桿依次劃出0.3R～ 0.95R的圓弧線。在劃各圓弧線時，都要移動測量臂架上條形長槽中的導向滑塊，將導向滑塊上的刻線對準各圓弧的半徑尺寸位置，并用鎖緊螺栓把導向滑塊鎖住，松開測量臂架的鎖緊螺栓，再旋轉測量臂架，用測量桿在槳葉上依次劃出0.3R～0.95R的圓弧線。

4)以槳葉的中心線為零度，以每5°為間隔向槳葉的導邊、隨邊依次展開劃出槳葉的角度線。在劃角度線時，將測量桿的中心點放置在槳葉的中心線上，同時調整角度刻度盤處于零度位置，用鎖緊螺栓把角度刻度盤鎖住，再將測量臂架旋轉5°，并用鎖緊螺栓把測量臂架鎖住，再用測量桿從0.3R起由內向外劃出5°的角度線。然后，松開測量臂架上的鎖緊螺栓，再將測量臂架旋轉5°后，鎖住測量臂架，再用測量桿從0.3R起由內向外劃出下一個5°的角度線；重復上述步驟，直至在槳葉上劃滿測量所需的角度線。槳葉上的角度線與圓弧線的交點就是它們的螺距點。

5)劃線結束后，用槳葉螺距測量裝置測量出4片槳葉上各螺距點的螺距高度差。螺距高度差測量時，只要轉動測量臂架，將測量桿的中心點放置在各螺距點上即可；讀數時，用鎖緊螺栓鎖住測量桿，確保讀數的準確性；測量后將其它3片槳葉各螺距點的螺距高度差與基準槳葉測量出的螺距高度差相比較。再采用火工校正法和手工磨削法對這3片槳葉的螺距高度差進行校正，使這3片槳葉的螺距高度差與基準槳葉測量出的螺距高度差相接近。

3.3靜平衡的檢測

1)可調槳槳葉螺距校正后，將槳葉螺距測量裝置拆除，留下槳葉鎖緊裝置。用槳葉鎖緊裝置做靜平衡來檢測可調槳的前后槳轂及受損槳葉在焊補修理后的靜不平衡量是否符合船規(guī)規(guī)定。

2)將可調槳的前后槳轂、槳葉和槳葉鎖緊裝置等組裝件水平吊起，在轉動軸兩端各套設安裝一對滾動軸承，將滾動軸承對準試驗臺架上的V型鐵的“V”字形槽內，把組裝件水平擱置在臺架上。

3)在槳葉葉梢掛重，并轉動組裝件，測量出各槳葉的靜不平衡量。同時，按修理工藝中所確定的位置用風磨機進行手工磨削，對靜不平衡量偏差超差的槳葉進行磨削修正，使槳葉的靜不平衡量控制在設計圖紙的要求范圍內或船規(guī)所規(guī)定值內。

4 檢測效果

上述所涉及到的船舶，其可調槳在檢測時，走了不少彎路，最終還是采用上述的檢測方法對該船舶的可調槳進行槳葉螺距和靜平衡的檢測。檢測結果發(fā)現(xiàn)3片槳葉的螺距高度差與測量的基準槳葉相比較變化很大，最大的高度差值達到 63 mm；可調槳組裝件又經過做靜平衡檢測，結果發(fā)現(xiàn)其中的1片槳葉上的靜不平衡量達7.5 kg，遠遠超過船規(guī)的規(guī)定值。由此，確定了槳葉螺距和靜不平衡量的偏差嚴重超差是造成該船舶可調槳軸系振動問題的主要原因。

在修理可調槳槳葉螺距時，根據測量所得的數據與所確定的基準槳葉相比較，再采用熱矯正法和手工磨削法來校正其它3片槳葉螺距的高度差，經校正后槳葉螺距的高度差接近所確定的基準槳葉。槳葉螺距校正結束后，再對可調槳組裝件進行做靜平衡檢測，并采用手工磨削法來消除槳葉上的靜不平衡量誤差，將靜不平衡量控制在0.3 kg以內，符合船規(guī)所要求的規(guī)定值內。為此，通過對該船舶可調槳螺距和靜平衡的檢測和校正，改善了可調槳所存在的缺陷，使可調槳恢復了使用性能，徹底解決了該船舶可調槳軸系振動的問題。同時，也為船方節(jié)省了大筆更換零部件的費用。

5 結束語

經過多年的摸索和研究成功地總結出一套關于船用可調槳的修理方法，并把這些修理方法運用到近10艘船舶的可調槳修理上，取得了顯著的效果。尤其在可調槳槳葉螺距和靜平衡的檢測、校正和修理等方面的技術得到了進一步的發(fā)展，可調槳檢測裝置的使用，成功地消除了槳葉在焊補修復后所產生的槳葉螺距和靜不平衡量的誤差，提高了槳葉螺距和靜平衡的檢測精度。

[1] 陳紹綱.輪機工程手冊[M].北京：人民交通出版社，1992.

[2] 丁韋青.船用可調螺距槳的修理裝置：中國，201020569198.2[P].2011-05-18.

[3] 丁韋青.船用可調螺距槳的修理裝置及其修理方法：中國，201010513359.0[P].2013-08-14.

In this paper,exploration and research on detecting the damaged adjustable propeller are made after its weld-mending,especially for its pitch and static balance.A special detector was designed which removes the super deviation defect on adjustable propeller's pitch and static balance successfully and raises the detecting precision of the repaired propeller.

adjustable propeller;blade pitch;static balance;detector

丁韋青(1966-)，男，上海人，工程師，大學?？?，主要從事船舶修理工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.01.014

2013-10-08