1概述

1.1 设计任务

完成一型适航于无限航区，用于运输闪点不大于60℃的成品油的双壳油船“推进系统布置与设计”设计。

已知条件：

本船应为单螺旋桨，中速柴油机通过倒顺离合减速齿轮箱间接传动，主要尺度为：

总长 ： 约134.50 m

水线长 ： 约129.00 m

垂线间长 ： 约125.80 m

型宽 ： 约21.0 m

型深 ： 约10.50 m

设计吃水 ： 约7.50 m

结构吃水 ： 约7.80 m

载重吨 ： 约12500 DWT

本船按现行中国船级社（CCS）规范设计、建造与检验，入级符号为：

★CSA Oil Tanker， Double Hull, F.P.lt;=60℃，ESP；Ice Class B；

Ballast Water Management Plan

★CSM MCC

本设计主要内容包括：

（1）推进系统设计说明书；

（2）轴系强度计算书，包括联轴器、螺旋桨的联接计算、联接螺栓计算等；

（3）轴系布置图；

（4）尾轴管装置图；

（5）尾轴图和可拆联轴器图；

（6）主机组安装图和环氧树脂垫片计算书；

（7）螺旋桨无键联接计算书。

1.2 设计条件

首先要确定船舶主、辅柴油机的功率，使用下列基准环境条件：

绝对大气压：0.1MPa

环境温度：45℃

相对湿度：60%

1.3设计依据

应满足以下规范规则、公约，及其最新修改通报的要求：

-CCS《钢质海船入级规则》

-CCS《材料与焊接规范》

-船舶实用设计手册（轮机分册）

-民用船舶动力装置（修订版）

-法国船级社（BV rules）

2 轮机综述

2.1 主推进系统

2.1.1 主机

型式：直列、四冲程、增压中冷、中速船用柴油机

缸数：8

缸径/行程：400mm

额定功率：4000kW（燃用180cst/50℃重油）

额定转速：750r/min

燃油消耗率：193g/kW.h

滑油消耗率：1.4g/kW.h

起动方式：压缩空气

旋向：逆时针（从输出端向前看）

具有CCS船用柴油机证书，柴油机排气满足MEPC.177(58)决议NOx排放Tier Ⅱ要求，并提供CCS签发的EIAPP证书^[1]。

2.1.2 减速齿轮箱

本船轴系设减速离合齿轮箱1台，而高弹性联轴器将根据轴系扭振计算设置。

减速比： 2.9155 : 1

所承最大推力：700kN

旋向：顺时针（从输出端向前看）

随机供应齿轮箱滑油备用泵组1台。

2.1.3 轴系和螺旋桨

轴系包括1根中间轴和1根螺旋桨轴，由35CrMoA优质合金钢制造。轴系材质的物理性能和化学成分满足规范要求。

中间轴两端为整体连接法兰，中间轴上设有轴系接地装置；螺旋桨轴前端采用可拆联轴器与中间轴相连，后端采用油压无键连接的方式与螺旋桨连接。

尾轴承采用重力式油润滑系统，艉轴前、后轴承为铸钢锡基白合金轴承，轴承长度满足规范要求。艉轴前、后密封装置为Simplex皮碗型密封装置^[1]。

3轴系设计

3.1一般要求

3.1.1

如果螺旋桨轴、尾管轴、中间轴和推力轴的联轴器是非整体式的，在倒车的情况下，应确保联轴器与轴之间没有相对运动现象，而且保证过度的应力集中不会在轴上产生。

3.1.2

轴系的材料和螺旋桨的材料必须满足中国船级社《材料与焊接规范》中的第一篇第五章第三节中的规定。如果使用的是合金钢锻钢件，需要向CCS提交有关材料的力学性能、化学成分和热处理流程并得到其肯定，材料一般应符合下列规定^[2]：

1. 用作主推进轴时，其抗拉强度一般应不超过800N/mm²；
2. 用作其他机械锻钢件时，其抗拉强度一般应不超过1100N/mm²。当使用热轧圆钢直接用于进行机加工中间轴、尾管轴、螺旋桨轴等时，轴的直径应不超过250mm。

锻钢件的熔炼分析化学成分应符合下表的规定。

如果选用锻钢轴，其抗拉强度的选择范围如下：

1. 碳钢和锰钢为400 ～ 760N/mm²，但对于轴的扭振应力超过轴瞬时许用扭振应力90% 时，轴的抗拉强度至少取 500N/mm²；
2. 合金钢不得超过 800N/mm²。 如材料抗拉强度超过CCS《钢制海船入级规范》11.1.2.2（1）和（2）的限制值，则轴径计算应符合CCS《钢制海船入级规范》11.2.2.1的规定， 扭振许用应力计算应符合CCS《钢制海船入级规范》第12章12.2.3.3 的规定。 同时也可选用球墨铸铁来铸造轴系联轴器。
3. 在主推进轴系和主推进轴系传动装置中，如果安装有滚动轴承，则其温度不得高于 80℃，如果安装有滑动轴承，则其温度不得高于70℃。
4. 对主推进轴系及主推进轴系传动装置的选择时，必须考虑到其要有一定的强度，可以承受较大的的倒车功率。如果主推进轴系上安装有减速齿轮或螺旋桨为调距桨时，在倒车运转的条件下，超负荷的状况不得在主机上产生。
5. 轴系的轴、轴承、联轴器、螺旋桨、侧推装置、Z 型推装置、轴系连接螺栓等持证要求和产品检验，应符合CCS《钢制海船入级规范》第1篇第3章的有关规定。

3.1.3

轴系是传递动力的重要部分，但是由于其工作时环境变化相当大其条件非常恶劣，在设计轴系时，不但要考虑布置要求，还要有满足以下条件：

1. 轴系的制造与安装应尽可能方便，并且轴系日常的保养维护也应尽可能方便简单，所以在设计时需要在满足工作需求条件的基础上力求简化；
2. 有足够高的刚度和强度，有较大的使用寿命而且工作可靠；
3. 轴的传动损失应尽可能小、需要选择合理的轴承种类，确定轴承的数目及其润滑方法；
4. 当轴在规定的转速范围内正常工作时，保证耦合共振和扭转的状况不会发生；
5. 要能很好的适应船体变形，在正常航行状态下，当船体变形时，由于其造成轴承超负荷的状况应努力避免；
6. 考虑到造船的经济性，轴的长度和重量应尽可能减小；
7. 由于尾轴如果接触到海水，就受到海水腐蚀，所以必须尾轴具有良好的密封性，需要选择密封性好的尾管装置^[3]。

3.2轴的材料和基本尺寸的确定

3.2.1轴线的长度与位置

轴系一般情况下应该保持在一根直线上，轴系在船舶上安装的位置及其长度由主机或齿轮箱的输出法兰中心和螺旋桨的桨毂中心两个端点决定。

主机在船上安装和布置的原则如下：

1. 轴线布置必须符合一定原则即尽量使其平行于船体的龙骨线。为了提供足够的推力螺旋桨在水中要有足够的深度，所以轴线不能完全是水平的，其朝向船尾方向要设计一定的倾角，轴线与基线之间必定存在一个夹角α，一般情况下其夹角的范围在0°～5°之间。双轴线的情况下除α角外，为了保证轴系有较高的推力，不会出现因α、β角太大而过多损失推力的情况，轴线和船舶纵中垂面的偏角β，一般保持在 0°～3°之间。
2. 主机位置应采用对称布置原则：把重量平衡及便于布置与操作考虑进去，对于单主机，一般在船舶纵中剖面上布置，即把主机布置在机舱首尾中心线上；双主机一般于船舶纵中剖面两侧对称布置，即双主机要对称于机舱中心线两侧布置。
3. 主机尽可能接近尾舱壁布置，从而使轴系长度尽可能减小，同时要把有没有传动设备、隔舱密封部件的拆卸和安装、 更换位置考虑进去，并且要同时考虑机舱开口的位置。
4. 主机左、右、前、底部与上部应该满足拆装与维修的要求。螺旋桨应可靠安全有效的工作，为了达到这个目的，考虑船体的设计条件，对螺旋桨的定位和布置进行布置。同时传动轴的实际长度应该把螺旋桨桨毂端面中心后的用来安装螺旋桨的轴段和螺纹的长度考虑到。

3.2.2传动轴的组成

由于本船为尾机舱型船舶，依据《民用船舶动力装置原理与设计》，所以其传动轴组成为一根中间轴和一根螺旋桨轴。