船舶动力装置的螺旋桨加工与装配方法

1）螺旋桨的测量

螺旋桨不管是成品还是毛坯都要进行测量，成品测量的目的是检验成品的质量，毛坯测量则是为了检查有否加工余量，并确定加工的部位和加工量。螺旋桨测量的要素有螺旋桨的直径和螺距、桨叶的轮廓和厚度分布、叶片间夹角和后倾角等。下面介绍桨叶轮廓线的确定、螺距的测量和桨叶厚度的确定方法。

（1）桨叶轮廓线的确定

在确定桨毂中心和桨叶中心线以后就可以确定桨叶的轮廓线了。先用螺距仪划出桨叶上不同半径的截面弧线，再在每一截面的弧线上由与桨叶中心线的交点向二边截取图纸规定的截面长度，然后将两侧所得各点连成一个平滑曲线，此即为桨叶的轮廓线。

（2）螺距的测量

螺距一般采用螺距仪来测量，图2．26所示为一种简易螺距仪。测量螺距时，将螺距仪装在桨毂后端，其轴线与艉轴线重合；直尺臂1垂直于轴线并可绕轴线旋转，旋转角度可由角度指示器上读得；直尺臂上装有滑块2，可沿直尺臂滑动而置于任何半径处；滑块上装有量针3，可沿平行于轴线方向移动。在测量某一半径处的螺距时，先将滑块沿直尺臂移至该半径处，使量针与叶面接触，记下量针在垂直方向的初读数，然后将直尺臂旋转某适当角度，再使量针与叶面接触并记下量针在垂直方向的终读数。如图2．26所示，直尺臂旋转的角度为α，量针终读数与初读数的差值（即量针沿垂直方向移动的距离）为y，则该半径处的螺距H为

图2．26　简易螺距仪

1—直尺臂；2—滑块；3—量针

在测量桨叶螺距时，一般是选择5～6个半径切面，每隔18°或36°确定一个点，同一半径切面弧上相邻两点的读数差即分别相当于螺旋总螺距的1／20或1／10。这样，根据各点的读数便可求出平均螺距。

（3）桨叶厚度的测量

测量桨叶厚度最常用的方法，是先用螺距仪在叶面上绘出各半径切面弧线（亦即螺旋线），再根据图纸要求在每个切面弧线上标出标有切面高度纵坐标的各点，然后将外卡钳的一脚放在叶面标出的点上，另一脚则紧贴在叶背相应的位置上，外卡钳两脚间的距离即为该点的桨叶厚度。应该指出，这种方法的精确度主要取决于外卡钳另一脚是否在叶背上搁置正确。为了提高测量的准确度，最好在叶背上也绘出对应的切面弧线和标有切面高度纵坐标的各点，则同一弧线位置两侧高度纵坐标差即为该处桨叶厚度。

2）螺旋桨的加工

螺旋桨加工的目的是把铸造的毛坯加工成成品螺旋桨，一般包括切掉浇口、冒口，桨毂两端面和轴孔的加工，插轴孔内的键槽，刮削轴孔，加工桨叶的叶面和叶背等工作，最后还要做螺旋桨的平衡试验。下面我们介绍一下桨叶的加工和轴孔的加工。

（1）桨叶的加工

桨叶加工时，根据螺旋桨测量画出的桨叶轮廓线批凿掉多余的部分，然后进行桨叶叶面的加工和叶背的加工，其中叶背加工是以叶面作为基准面。在叶面加工后需重新测量桨叶厚度，并根据图纸要求决定从叶背削除的金属层厚度。与叶面加工—样，叶背加工也是先钻孔，钻孔深度为加工掉的金属层厚度，再根据钻孔的深度铲出各切面形状曲线，然后沿桨叶径向除去多余的金属层。

（2）桨毂内孔的加工

螺旋桨桨毂内孔与轴配合面一般都为锥形配合，不管是采用键连接还是液压过盈安装，对内孔加工要求具有较高的配合精度。为加工方便，必须设计制造一对量轴的环规和量孔的塞规。这些量规一般用强度较好的铸铁例如HT25－47等铸造，铸造后须经退火处理。内孔粗加工后进行人工时效处理，其硬度在HB170～241之间。一般先加工环规，在加工之前先应做出测量环规孔的样板，依据样板加工环规的内孔。孔的加工应当留配对刮削的余量。

依据环规加工塞规，塞规上车出一周0．3mm宽的起配线并打上冲点作为标记（如图2．27所示）。量规机械加工后进行人工配对刮削至接触面积不小于80%，且沾油点均布，每25mm×25mm上不少于3点，孔的上下两端沾油良好，用0．03mm塞尺插入深度不应超过10mm。量规成品应涂油保养并合放在一起，且小端朝下立放，以防变形。

图2．27　环规和塞规

1—环规；2—塞规；3—冲点标记

在艉轴锥体按环规加工后，依据艉轴锥体成品尺寸，校对刮削余量后进行螺旋桨孔的机械加工。螺旋桨孔与环规着色检查沾油面积应不小于70%，如达不到可降到不小于50%，以后与艉轴研配用人工刮削的办法达到70%的要求。对于液压装配螺旋桨内孔的纵向及环形油线应在最后一道光刀前加工，钳工应将油线上的毛刺修掉。在上船安装前必须经过螺旋桨与艉轴的锥体着色检查，应当达到接触面积在70%以上，且桨毂前后贴合较好以防漏油。

3）螺旋桨的安装

螺旋桨与艉轴的连接是采用锥面结合、键的连接及螺母紧固来达到安装目的。艉轴螺柱上螺母的旋紧方向与螺旋桨的正转方向相反，以便螺旋桨在正转时其螺母自动锁紧。至于倒车，因使用时间较短，主机功率较正转低，所以用止动片等防松完全足够。螺母外还装有导流罩，而且有水密要求，其中导流罩既可减少螺旋桨的水力损失，又可防止艉轴螺柱和螺母的锈蚀。

螺旋桨安装方法主要有一般安装法、液压螺母安装法、油压套合法和环氧树脂胶合法等。

（1）螺旋桨的一般安装方法

一般安装是指采用葫芦、扳手、大锤及撞柱等工具把经研刮好的螺旋桨安装在船舶艉轴上。其操作步骤如下：

①装配前，艉轴锥体必须擦干净，密封装置基本到位，待与螺旋桨端面连接。

②将螺旋桨锥孔清理干净。锥孔和艉轴锥体的表面上千万不能涂油，而平键两侧接合面可涂上润滑脂。必须注意的是锥形配合面上也不能沾有润滑脂，否则会影响螺旋桨与艉轴的紧密配合。

③将螺旋桨吊起，注意艉轴及螺旋桨的键和键槽方向应转向上方，这样便于对准和安装。吊螺旋桨时除起重葫芦外，再加两个横向拉动葫芦，能使螺旋桨顺利地套入艉轴锥体。

④旋上艉轴螺母。应注意艉轴螺母的旋向，其与螺旋桨正常的转向是相反的，如右旋螺旋桨，则用的是左旋螺纹的螺母。

⑤旋上螺母后即可拆除起吊钢索及其他工夹具。用枕木垫住螺旋桨的桨叶，使螺旋桨不能转动并防止碰坏，然后用专用扳手和大锤将螺母敲紧，直至达到在车间里刮配时所作的记号位置。

⑥在螺旋桨上钻孔和攻丝，安装艉轴螺母的止动块并安装防止螺母松动的装置。

⑦安装艉轴艉端的整流帽。小型船舶的艉轴螺母及整流帽是一体的，可涂满黄油同时装妥；对于大中型船舶来说，艉轴螺母装妥后，整流帽罩在艉轴尾端和螺母外面，与螺旋桨连接安装好以后一般要充满石蜡，即将加热融化的石蜡灌入整流帽之中，以防海水进入。

⑧用快干的水泥将螺母或整流帽的凹处填平封好，至此螺旋桨的安装工作结束。

为了确保螺旋桨锥孔与艉轴锥体之间的紧密配合，需要依靠两者之间过盈量以达到足够的摩擦力来传递扭矩，因此必须按技术要求研刮，并要求它们之间的键连接亦须达到规定要求，才可进入安装工序。最后用螺母在艉部将以上两者锁紧，以防止螺旋桨的脱落。如图2．28所示为螺旋桨依靠机械锁紧并加以螺母防松装置的三种安装方法。目前，小、中、大型船舶的螺旋桨上仍广泛采用此种方式。

图2．28　螺旋桨靠机械锁紧的方法

1—并紧螺帽；2—尼螺帽；3—后锥体；4—螺旋桨；5—键；6—横销；7—导流帽；8—艉螺帽止动块；9—螺栓；10—螺塞；11—锁紧螺栓；12—弹簧垫圈；13—艉螺帽；14—艉螺纹

（2）液压螺母安装法(www.xing528.com)

图2．29所示为液压螺母安装螺旋桨的示意图。此种方法是用千斤顶安装螺旋桨发展而来的，即将液压千斤顶直接设计在艉轴螺母内，其压力最高可达40MPa以上。操作时，可先将螺母用专用扳手上紧，然后压油进入螺母内腔凹槽与加压环之间，产生高压以后便使加压环对螺旋桨产生一个轴向推力（对艉轴即是拉力），使螺旋桨与艉轴能紧密配合。将螺旋桨压到预定位置后即可卸去油压，再用专用扳手（或用锤敲打）将液压螺母旋紧，并装上止动片。

图2．29　用液压螺母安装螺旋桨

1—压板；2—整流帽；3—液压螺母；4—加压环；5—艉轴；6—平键；7—螺旋桨

图2．30　用液压螺母拆卸螺旋桨

—旋入螺旋桨的螺柱；2—木垫；3—艉轴；4—液压螺母；5—压力环；6—压板

用液压螺母拆卸螺旋桨，只要将液压螺母反方向装上去，并接上油管向螺母内腔压油，在压板、螺栓等工具的配合下即可拉出螺旋桨（如图2．30所示）。

（3）油压套合法

油压套合法是近些年发展起来的工艺，是采用油压将螺旋桨冷套在无键锥体艉轴上的一种安装和拆卸方法。因其具有耗费人力少、操作时间短、配合的牢固性比较好等优点，故在现代大型船舶的螺旋桨安装中被广泛采用。

油压安装螺旋桨的原理图如图2．31所示，螺旋桨的安装过程如下：

图2．31　油压安装螺旋桨原理图

1，2，3—油泵；4—油压表；5—桨毂；6—通油间隙；7—油压法兰；8—环状活塞；9—特殊螺母；10—保护套；11—艉轴

①首先在清理干净的艉轴锥体上桨的锥孔内表面涂上一层润滑油，并将螺旋桨自由地套在艉轴上。

②套上一个垫圈及施压油缸，再旋上特殊的艉轴螺母并旋紧。施压油缸是一只薄形环状油缸，缸内配有一环形活塞。这个垫圈是根据大小不同的螺旋桨而专门配制的，它的外圆与施压油缸相同以弥补螺母外圆的不足，其厚度需保证螺旋桨每次要安装到艉轴锥体上时达到同样的推移距离。

③用油泵1将油压入施压油缸，这时缸内的环形活塞顶出，即压力油将施压油缸向前推压作用到螺旋桨桨毂上，致使螺旋桨紧压在艉轴锥体上。同时用油泵2和油泵3泵油，将压力油泵入桨毂孔和艉轴锥体配合的接合面中，因螺旋桨锥孔表面车有螺旋形油槽，此油槽无出口，由此产生的内压力将螺旋桨桨毂体胀开，这样施压油缸被压力油推压向前，逐渐将螺旋桨推向锥体大端。若环形活塞行程已尽（因薄形油缸一般仅20mm左右行程），通过调整特殊螺母9的位置，并重复以上工作，可使螺旋桨一段一段地推向大端，一直推到所计算的终点位置为止。

④卸掉油泵2，3的油压，压力油从桨毂上的排气孔及两个油泵上的排气口流出。在卸压过程中，施压油缸中的油压还须保持一段时间（15min左右），待螺旋桨与轴之间的油膜完全消失而两者抱紧后再卸掉施压油缸中的油压。

采用这种油压法套合的螺旋桨孔锥度一般为1／30～1／10。

油压拆卸螺旋桨的原理图如图2．32所示，螺旋桨的拆卸过程如下：

图2．32　油压拆卸螺旋桨原理图

1—艉轴；2—桨毂；3—手动往复泵；4—油箱；5—压力表；6—至桨毂高压油管；7—螺旋布油槽；8—压力油缸；9—至油泵高压油管；10—压力油缸的压力表；11—调节阀；12—测量桨毂移动量的千分表

①先将螺旋桨螺母松开，松开距离为原来安装时分段推移的总距离并加上10～20mm，同时在中间填妥木块或橡皮，以防止螺旋桨松脱时与螺母撞击受损。

②用油管连通油泵3与桨毂2。

③油泵将压力油压入锥孔接合处，此时螺旋桨毂孔即被胀大，油很快就均匀分布到孔与轴之间接触面的油槽内，这时因锥度使油压力产生轴向分力，推动螺旋桨向小端移动。如一次尚未达到完全脱开，则需再次将螺母松开，重复上述工作，直至完全脱开为止。

（4）环氧树脂胶合法

环氧树脂胶合法是一种采用环氧树脂等配方作为粘接剂，把螺旋桨和艉轴紧紧粘接成一体的装配方法。由于其具有对配合表面加工精度要求不高，可省去钳工大量的研制工作，且方法简单，使用可靠，所以目前在中小船舶中得到应用。但使用该法时螺旋桨拆卸较困难，需将环氧树脂层加热直至炭化。

图2．33　轴孔无键胶接示意图

图2．33所示为无键环氧树脂胶接安装螺旋桨示意图。螺旋桨锥孔两端各有一段（10～50mm）轮毂与艉轴体是紧密配合的，需钳工刮拂配为0．05mm塞尺塞不进；其中间大部分留有空隙，一般为0．10～0．15mm，作为容纳环氧粘接剂涂层的空隙。胶粘前，胶粘表面在进行严格的去锈、去油、去水处理后应立即将现场已配好的环氧树脂粘接剂均匀地涂在艉轴和螺旋桨的配合表面上，然后将螺旋桨套进艉轴，并上紧艉轴螺母，使螺旋桨达到预定位置。清除残存在外的粘接剂后，安装基本结束。但由于粘接剂在常温下需24h才能完全固化，因此，为了缩短固化周期，一般可用氧乙炔火焰或喷灯对其间接缓和地加热，则4h左右即可固化。必须在粘接剂固化后船舶才可下水，否则后果严重。

环氧树脂粘接剂的基本成分为环氧树脂，再加上一定比例的固化剂、增塑剂、稀释剂一起配制调和而成。因大部分是化学物质并具有一定的毒性，故在胶接操作中要注意安全，需佩带必要的劳动保护用品。

为了防止海水渗入艉轴锥体与螺旋桨锥孔的接合面，在安装螺旋桨时，必须在螺旋桨毂接受端面与防蚀套筒后端法兰面之间装上密封件（如图2．34所示）。一般采用橡胶圈或纸板垫片，并要求橡胶圈、纸板垫片（石棉橡胶板料）能耐酸、耐油和耐海水腐蚀。

图2．34　艉轴与螺旋桨配合面水密装置的型式

1—螺旋桨；2—橡胶圈；3—保护套；4—艉轴；5—压紧法兰式防油套筒本体

目前许多船舶常采用O型密封圈来密封，它可以整圆制成，也可用圆形橡胶条以斜搭口方式胶合而成。O型密封圈的内径应有过盈量，一般过盈量取密封处艉轴或者保护套直径的2%～4%（小直径取大值，大直径取小值），即胶圈内径按下式计算：D1＝（0．96～0．98）D，式中D为艉轴或保护套的直径。而胶圈粗细，即本身的直径按下式计算：d＝a／0．85～a／0．80，式中a为密封处槽的宽度。即胶圈安装的压缩量为0．15d～0．20d（如图2．35所示）。

图2．35　O型密封圈的安装型式

螺旋桨螺母外面往往罩导流罩，安装导流罩时，其内注满润滑脂；螺旋桨螺母和导流罩都有止动螺钉防松，上好止动螺钉后上面用水泥封盖。