简介高弹性联轴器在船舶动力装置中的使用_图文

1、船舶轮机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关键词高弹性联轴器;动力装置摘要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。文章就这方面的问题进行一些讨论,供大家参考。中图分类号U66412文献标识码A文章编号100129855(20060120034205H igh elastic coupli ng for sh ip power plan tZhang YunKeywords:h igh elastic coup ling;pow

2、 er p lan tAbstract:W ith con tinuou s developm en t of sh i p bu ilding techno logy,there app ears h igh and h igher dem ands on the safety,reliab ility and com fo rt ab ility of sh i p pow er p lan t,and m o re and m o re sh i p s have been e2 qu i pp ed w ith h igh elastic coup ling to so lve the

3、 p rob lem of vib rati on and no ise.T he article p rovide a clo se discu ssi on fo r readers reference.1前言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。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. 651mm厚度

4、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。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。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高弹性联轴器的选型原则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

5、算扭矩按下列公式计算:第1期SH IP&BOA T NO.1收稿日期2005-10-12作者简介张芸(196919-,女,浙江人,工程师,从事船舶设备设计工作。T=K 9.55 P n式中T计算扭矩,kNm;K工作情况系数,一般情况1.251.50;P额定功率,k W;n工作转速,r m in。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高弹性联轴器的性能参数高弹性联轴器的主要基本性能参数如下:额定扭矩T kN kNm最大扭矩1T km ax1kNm最大扭矩2T km ax2kNm许用变动扭矩T kw kNm许用轴

6、向位移k a mm许用径向位移k r mm轴向反作用力F ax kN许用转速n km ax r m in动态扭转刚度C T dy n kNm rad相对阻尼额定扭矩(T kN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1(T km ax1是联轴器在系统正常的过渡工况(例如:起动载荷、冲击载荷、短暂地通过临界点下,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2(T km ax2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(T kw是联轴器在受到的基本载荷达到额定扭矩T kN时,联轴器所允许的由于周期性扭矩变动而产生持续

7、的扭矩振幅值。许用轴向位移(k a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(k r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(F ax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(n km ax是联轴器允许的最大转速。动态扭转刚度(C T dy n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(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

8、、弹性和阻尼等和结构特性所决定。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高弹性联轴器在船舶动力装置中应用的主要型式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。4.1RAT O型RA TO型高弹性联轴器是80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,该联轴器应用于船舶主推进性能非常可靠。伏尔康公司的RA TO型高弹性联轴器一般有两种型式。4.1.1RA TO2S型RA TO2S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

9、位移。RA TO2S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 TO2S型高弹性联轴器主要由弹性元件、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排。弹性元件由多个扇形块组成。图1为RA TO2S型高弹性联轴器的结构图。4.1.2RA TO2R型该联轴器是作为“全能的”RA TO2S型高弹性联轴器的补充,特殊设计的RA TO2R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 图1RA TO 2S 型高弹性联轴器的传动装置中。由于转动惯量低,RA TO 2R 型高弹性联轴器的内

10、在特性包括:较高的动态载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 PTO 系统。在低扭矩至中等扭矩范围内,搬运和安装整个橡胶件比较方便可行的情况下,可选用RA TO 2R 型高弹性联轴器。 在尽可能最短的安装长度下,RA TO 2R 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。4.2XL 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

11、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 型高弹性联轴器中间安装有扭转角限制器,把最大扭转角限制在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。图2为XL 型高弹性联轴器的结构图。4.3EZR 型图2XL 型高弹性联轴器EZR 型高弹性联轴器是伏尔康公司早期的一个产品,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。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

12、于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。图3为EZR 型高弹性联轴器的结构图。图3EZR 型高弹性联轴器第1期SH IP &BOA T NO.14.4VUL KARDAN -E 型该联轴器是伏尔康公司用来对RA TO 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。VU L KA RDNA 2E 型高弹性联轴器用于调节系统的扭振响应,具有“轴向滑移”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VU L KA

13、RDAN 2E 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+90,同时也可以采用硅耐热橡胶,其允许环境温度可达-45+120。图4为VU L KA R 2DAN 2E 型高弹性联轴器的结构图。 图4VUL KA RDAN 2E 型高弹性联轴器几种高弹性联轴器的使用和性能特点对比见表1。5船舶用高弹性联轴器与发动机的匹配船舶推进装置中,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

14、性的基本要求。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,也会直接影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船舶用高弹性

15、联轴器与齿轮箱的匹配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。T w =T tI 2I 1+I 2k式中T w 齿轮箱承受的变动扭矩,kN m ;T t 柴油机发出的变动扭矩值,kN m ;I 1高弹性联轴器柴油机侧的转动惯量,kg m 2;I 2高弹性联轴器齿轮箱侧的转动惯量,kg m 2;k 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箱侧的转动惯量I 2越大,

16、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虑,高弹性联轴器齿轮箱侧的质量越小越好。表1几种高弹性联轴器的使用和性能特点对比联轴器性能RA TORA TO2S RA TO2RXL EZR VUL KA RDAN2E扭矩范围(kNmT kN=12.5800T kN=1.6180T kN=0.71100T kN=0.4500T kN=0.1620弹性元件橡胶件(扇型,膜片组件橡胶件(圆环型,膜片组件整圈式橡胶环内衬帘子布加强材料的橡胶普通橡胶 硅耐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,强度非常高有较好的扭转

17、特性位移补偿轴向及径向位移补偿性能非常好一般好好降噪性能好极好一般好好环境温度允许在-5070环境下使用-1060-3085-4590 -45120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高速主推进系统,主机刚性 弹性安装在低扭矩范围内,柴油机或电机驱动的中高速主推进系统,主机刚性安装在RA TO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罩壳安装及自由安装,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

18、凑2.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于发动机自由安装时,联轴器可自由拆装对相邻设备的影响由于转动惯量低,重量轻,能最有效地保护系统中的其它设备由于重量大、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高一般高高7结束语现今,在有中高转速发动机(一般转速在500r m 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。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。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