简介高弹性联轴器在船舶动力装置中的使用

1、简介高弹性联轴器在斛舶动力裝翌中的使用I简介高弹性联轴器在船舶动力装置中的使用张芸(无锡伏尔康科技有限公司上海办事处上海200120)商弹性朕轴器:动力装直】随看造船技术的发展.人们对动力装直系统运行的安全性、可靠性和舒适性的要求越来越高趣来越多的船舶在动力装直中选用高弹性朕轴器来解决轴系的振动与噪声问题。文章就这方面的问进行一些讨论.供 大家参考。JU664.2|A | 1 (X) 1 -9835 (2(X)6) 01 -0934-05H运h elastk: couplhg for ship power plantZhang YunKeywords high elastic coupling

2、； power plantAbstract W ith continuous development of ship build iiig technology, there appears high and higher demands on the safety, reliability and com torl ability of shp pow er plant, and more and more ships have been e- quipped w ith high elastic coup ling lo solve the problem of vibratbn and

3、noise The article provide a cfose discussbn for reader's reference#1994-20C8 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hlip:ki.nct简介高弹性联轴器在斛舶动力裝翌中的使用#1994-20C8 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hlip:ki.nct简介高弹性联轴器在斛舶动力裝翌中的使用11

4、张2OO5- 10- 121969. 9-).女.淅江人.工程师从事船舶设备i殳计工作。随着造船技术的发展.人们对动力装置系统运 行的安全性、可靠性和舒适性的要求越来越高越来 越多的船舶在动力装置中选用高弹性联轴器来解决 轴系的振动与噪声问题。高弹性联轴器的主要弹性元件是扭转承载的橡 胶组件.橡胶组件可设计成单排或多排.各橡胶组件 又有多种标准刚度可供选择，可极大范围地满足扭 振计算所确定的刚度要求C有的高弹性联轴器中还 有轴向承载的膜片组件膜片组件采用24片0 64 1 mm厚度的弹簧钢材料，因而具有极大的轴 向承载和轴向位移补偿能力。在船舶动力系统中使用高弹性联轴器的主要目 的是传递功率和

5、扭矩，补偿径向轴向和角向对中误 差补偿旋转动量的振荡调整系统自振频率o高弹 性联轴器具有重量轻，安装方便.各向位移补偿量 大阻尼大吸振能力及调频能力强等特点,能较好 地保护主机、齿轮箱和轴系。但是目前在使用了高弹性联轴器的船舶主推 进装置中会发生一些这样或那样的事故c很多事故 的主要原因就是没有充分把握如何正确地在船舶动 力装置中用好高弹性联轴器。为此，本文在此就这方面的问题做一些讨论供 大家参考。2高弹性联轴器是根据计算扭矩及工作转速来进 行初步选定联轴器的型号。计算扭矩按下列公式计算：T = K 9 55 n式中 T计算扭矩kNm；K 工作情况系数.一般情况1. 25L 50;P额定功率k

6、W;n工作转速.r/m inc各个高弹性联轴器的制造商对上述工作情况系 数K的选用可能会有所不同.在不同的应用场合一 般也会选用不同的工作情况系数。3高弹性联轴器的主要基本性能参数如下：额定扭矩0kN ni最大扭矩i T kN m最大扭矩2Tbnat2kN m许用变动扭矩kN m许用轴向位移怎mm许用径向位移匕nun轴向反作用力Fu,kN许用转速mr/fn in动态扭转刚度Cm”kN m/rad相对阻尼屮额定扭矩（Tm ）是联轴器在发动机的稳定 工况（连续运行或间断运行）时能持续传递的最大 平均扭矩。最大扭矩|（7.1）是联轴器在系统正常的 过渡工况（例如:起动载荷、冲击栽荷、短暂地通过临 界

7、点）下，所允许传递的最大扭矩值最大扭矩发生 的时间很短。最大扭矩:是联轴器在系统非正常 的过渡工况下所允许传递的最大扭矩值。许用变动扭矩（7* ）是联轴器在受到的基 本载荷达到额定扭矩 J时联轴器所允许的由于 周期性扭矩变动而产生持续的扭矩振幅值。许用轴向位移（也）是联轴器允许主动端 与从动端之间在轴线方向相对于中间平衡位置的位 移偏移量，许用径向位移（灯）是联轴器允许主动端 到从动端对轴线垂直方向稳定不变的、缓慢变化的 或周期性变化的位移偏移量°轴向反作用力（尸丿是当联轴器的两端存 在轴向位移偏差时联轴器的主动端和从动端在轴 向产生的反作用力。许用转速（皿心）是联轴器允许的最大转

8、速。动态扭转刚度（C如）是联轴器在一个振动 周期内弹性扭矩与扭矩角的振幅之比。相对阻尼（0 是联轴器在一个振动周期内 转换成热量的阻尼功与弹性变形功之比。上述这些参数之间均存在着一定的内存联系和 严格的制约关系它们均由橡胶的基本性能（硬度、 弹性和阻尼等）和结构特性所决定c所有技术性能参 数均通过各种试验得出如静态扭转试验动态特性 试验，冲击试验和疲劳试验等。4目前在船舶动力装置中得到广泛应用的高弹联 轴器主要有以下几种。4 1 RATDRATO型高弹性联轴器是8（）年代德国伏尔康 公司推出的性能较全面的高弹性橡胶联轴器。该高 弹性联轴器已广泛应用于船舶主推进根据二十多 年的使用经验证明该联轴

9、器应用于船舶主推进性 能非常可靠c伏尔康公司的RATO型高弹性联轴器 一般有两种型式。4 L 1 R A TO -S 型RATO-S型高弹性联轴器是一种扭转弹性橡 胶联轴器它能够补偿被联接机器的径向、轴向和角 向位移。RA TO -S型高弹性联轴器通过受剪切的橡 胶元件来传递扭矩可利用不同的扭转刚度和阻尼 系数来充分调节传动系统的扭振性能。RA TO -S型高弹性联轴器主要由弹性元你膜 片组件和联接件组成。根据联轴器的型号大小和刚 度级别可将扭转弹性元件布置成单排或多対匸弹性 元件由多个扇形块组成。图1为RATO-S型高弹性联轴器的结构图。4 L 2 RA TO R 型该联轴器是作为“全能的&

10、quot;RATO-S型高弹性 联轴器的补充特殊设计的RATO-R型高弹性联轴 器用于要求有较高的扭转弹性和不对中补偿能力351994-20C8 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hlip:ki.nct简介高弹性联轴器在斛舶动力裝聲中的使用图I RATO-S型商弹性朕轴器图2 XL型高弹性朕轴器的传动装置中。由于转动價量保A TO -R型高弹性联轴器的 内在特性包括:校高的动态栽荷承受能力和良好的 扭转动态特，性。应用领域主要是柴油机或电机驱动 的高速主推进系统巾TO系统。在低扭矩至

11、中等扭矩范SI内，搬运和安装整个 橡胶件比校方便可行的情况下可选用RATO-R型 高弹性联轴器。在尽可能最短的安装长度下.RA TO-R型高弹 性联轴器的径向、轴向和角向柔性使它能较好地补 偿由原动机的弹性支承或基础偏移等引起的对中误 差。4 2 XL 型XL型高弹性联轴器是通过一对特殊设计的整 圈式橡胶环来传递功率的主要应用于船用柴油机 主推进动力装置（主机刚性安装时）。该联轴器是国 内用系列化、标准化和通用化观点设计研制的第一 个高弹性橡胶联轴器国家标准系列产品。该产品的特点是弹性大承载能力较强但重量 大转动惯量大，对主、从动机的附加影响大。为了限制高弹性联轴器承受过大的意外瞬时载 荷XL

12、型高弹性联轴器中间安装有扭转角限制器. 把最大扭辕角限制在25°.当橡胶环发生意外断裂 时它还可以起到紧急传递功率的作用c图2为XL型高弹性联轴器的结构图。4 3 EZREZR型高弹性联轴器是伏尔康公司早期的一 个产甜是一种内衬帘子布增强材料.具有多向挠性 的高弹性橡胶联轴器C帘子布的使用保证了该联轴 器的高强度。该联轴器适用于所有需要柔性联接的 旋转机械通过选择不同的扭转刚度和阻尼系数，几 乎可使任何轴系达到理想的扭振状况。特别适用干 负载变化较大的场合。该联轴器的特点是强度高耐疲劳性好，弹性较 大.但易形成应力集中，弹性元件制造工艺复杂。现 在已很少应用在船舶主推进装置C图3为E

13、ZR型高弹性联轴器的结构图。图3 EZR型商弹性朕轴器4 4 VULKARDAN-E该联轴器是伏尔康公司用来对RATO系列高 弹性联轴器在小扭矩范围应用的补充广泛应用于 联接弹性/刚性安装的主机及齿轮箱或其它机器cVULKARDNA-E型高弹性联轴器用于调节系 统的扭振响应，具有缩向滑移”的特点。因此主要 用于罩壳安装。因罩壳安装的通风截面一般较小.散 热效果差所以VULKARDANE型联轴器的橡胶 元件采用耐热橡胶制造，允许环境温度为45 °C + 90 9.同时也可以采用硅耐热橡胶，其允许环境 温度可达45 °C+ 120 9。图4为VULKAR DAN-E型高弹性联轴

14、器的结构图。图4 VULKARDAN-E型商弹性朕轴器几种高弹性联轴器的使用和性能特点对比见表io船舶推进装置中轴系的扭转振动性能并不是 完全靠高弹性联轴器来进行调谐的。其轴系中的柴 油机设计也应当充分把握其基本的扭转振动特性。 一台好的柴油机.对其扭振方面最基本的要求就是 柴油机扭转振动特性能使得动力装置中其他设备或 部件配置时满足CCS或各国船级社规范对扭转振 动特性的基本要求O要使得轴系在其配置其他设备和部件时其扭振 特性能达到理想状态柴油机设计时也应当充分把 握其基本的扭转振动特性问题。柴油机设计中的当 量系统处理应尽可能达到以下几个原则：不平衡原则，各个汽缸及其曲柄合成的转动 惯量及

15、刚度不等原则；最低次主简谐相抵消原则，相对振幅合成为 零原则：最低次主简谐相回避原则，避开常用工作转 速：次主简谐相回避原则避开常用工作转速：最小振幅或节点最佳选择原则。轴系中高弹性联轴器的正确选用与否,也会直 接彫响柴油机的正常使用。曾经有一货轮的柴油机 曲轴最后的推力轴承快速磨损.后对该轮的轴系重 新进行扭振计算重新对高弹性联轴器进行选型则 此类事故就彻底解决了。6轴系中高弹性联轴器的存在将大大降低齿轮箱 所承受的变动扭矩值。齿轮箱所承受的变动扭矩公 式已经很好地反映了这一点。式中T.齿轮箱承受的变动扭矩.kNm；T. 柴油机发出的变动扭矩值.kNm;/|高弹性联轴器柴油机侧的转动惯量.

16、kg m /： 高弹性联轴器齿轮箱侧的转动惯量. kg ml"与弹性联轴器刚度成正比的系数。从上面的公式可知，在其他参数保持不变的情 况下,当轴系中所选的高弹性联轴器的刚度越大，则 齿轮箱所受的变动扭矩越大。同样在其他参数保持 不变的情况下，当轴系中所选的高弹性联轴器的齿 轮絕侧的辕动惯量/2越大.则齿轮箱上所受的变动 扭矩越大。也就是说从齿轮箱所承受的变动扭矩来 考虎,高弹性联轴器齿轮箱侧的质量越小越好。器性RATOXLEZRVULKARDAN-ERA TO -SRA TO -R扭矩范围 （kN m）12 5- 800T 幽=L 6* 180Td= Q 71 100Tav = 0

17、4 500= Q 14 20弹性元件楝胶件（扇型）膜片 组件橡胶件（圆环型）膜 片组件難圏式橡胶环内衬帘干布加强材 料的棣胶普通橡胶/硅咐热橡 胶弹性性能同时具有较好的扭 转和轴向弹性有较高的扭转弹性 和不对中补偿性能弹性大阻尼特性较 好具有多向挠性强度 非常商有较好的扭转待性位移补偿轴向及径向位移补偿性能非常好般好好降噪性能好极好一般好好环境温度允许在-50 970 9环境下使用-10 960 930 985 9-45 990 9/-45 'C120 9应用场合在全扭矩范围内柴 油机或电机驱动的 中高速主推进系统. 主机刚性/弹性安装在低扭矩至中等扭 矩范围内柴油机或 电机驱动的中商

18、速 主推进系统主机刚 性/»性安装在低扭矩范围内.柴 油机或电机驱动的 中商速主推进系统. 主机刚性安装在RATO产品以前 广泛应用于船舶主 推进现较多用于发 动机台架可适用于发动机的 覃壳安装及自由安 装.自由安装时主 机可刚性/弹性安装安装与维护自由拆装结构.易损 件（橡胶件）可径向 自由拆装.勿需移动 相邻设备1.非自由拆装结构. 轴向尺寸紧凑2自由拆装结构.易 损件（椽胶件）可 径向自由拆装勿 需移动相邻设备有自由拆装和非自 由拆装两种结构形 式有自由拆装和非自 由拆装两种结构形 式应用干发动机自由 安装时朕柚器可自 由拆装对相邻 设备的影响由于转动惯董低重量轻能最有效地保 护系统中的其它设备由于重量人、转动惯 量大.对主、从动机 的附加影响大能有效保护系统中 的其它设备能有效保护系统中 的其它设备安全可靠商一般商商7现今.在有中高转速发动机（一般转速在 500 r/n in以上）的船舶动力装置中，选用高弹性联 轴器已成为一种设计模式c尤其是橡胶高弹性联轴 器以其重量轻可变刚度范围大.补偿位移能力强. 免维护隔离结构噪声等特点越来越受到设计人员 的青睐c选用合适的高弹性联轴器将使船舶动力装 置的设计水平达到一个新的高度，同时使轴系的可 靠性船舶的舒适性大大提高。但是我们必须要清楚地认识到，不是所有的扭 转振动问