高精度调距桨的静平衡试验方法研究

刘丽飞，鲍 亮，李 建

（武汉船用机械有限责任公司，湖北 武汉 430084）

设计与研究

高精度调距桨的静平衡试验方法研究

刘丽飞，鲍 亮，李 建

（武汉船用机械有限责任公司，湖北 武汉 430084）

根据调距桨的结构特点以及从高精度调距桨静平衡试验指标出发，详细叙述了高精度调距桨静平衡试验步骤及配平方法；通过对某船高精度5叶桨调距桨装置整桨静平衡试验的平衡指标分析、静平衡试验工艺装备的制造和安装要求、不平衡力矩的检测方法、配平计算方法以及配重块设计方法的介绍，详细阐述一种高精度调距桨整桨静平衡试验方法。该方法准确、可靠，保证了高精度调距桨的制造精度，并有效提高了高精度调距桨的配平效率，适用于中小型高精度调距桨装置的静平衡试验，为国内制造大型高精度调距桨装置积累了经验。

调距桨；静平衡试验；挂重

1 螺旋桨静平衡试验合格指标

某船高精度调距桨装置采用5叶桨结构形式，桨叶精度等级为S级，为国际标准ISO 484/1（《造船—船用螺旋桨—制造公差》）中的最高级，参数见表1。

表1 某船主推调距桨装置参数

经计算，该船整桨静平衡试验叶梢挂重最大允许值应为 0.423kg，但为满足船舶低振动指标，该船整桨平衡的验收指标控制在叶梢挂重最大允许值＜0.18kg，且整桨应能达到随遇平衡，即每片桨叶须在12点钟、9点钟、3点钟的位置达到稳定状态，允许偏转角度为±15°。

综上可知，该船螺旋桨静平衡试验指标相当苛刻，静平衡的精度等级较ISO 484/1规范的最高级S级提高＞1倍。

2 试验方法

该船桨叶叶面采用数控加工，单片桨叶加工成型后与桨毂组件装配，不允许对桨叶进行修磨。整桨平衡不满足要求时，只能采用增加配重块的方法进行配平。配重块通常安装在5个曲柄销盘的内孔中，每套调距桨装置最多允许增加2个配重块。为满足调距桨装置最终的静平衡要求，须通过试验得到最初的静不平衡量的大小和方向，以便确定配重块的大小和安装孔位置。

2.1 确定调距桨装置径向不平衡力矩

采用一种均匀转动的方法确定调距桨装置的径向不平衡力矩［3］。试验装置见图1。

在桨毂组件的两端分别安装同心且同等直径的支承轴，放置在一定长度的导轨（轴）上，在桨毂组件的外圆上缠绕尼龙绳，绳子的两端分别挂一重物Q和砝码篮，在砝码篮中增减砝码，使螺旋桨在某一方向稳定，记录砝码篮的质量 F1，在同一方向将重物Q和砝码篮交换位置，在砝码篮中增减砝码，再次使螺旋桨在这一方向稳定，记录砝码篮的质量F2；再将螺旋桨在导轨上转动，旋转90°，采用上述方法使得螺旋桨分别在两侧挂重物时稳定状态下得到F3和F4。

图1 调距桨装置静平衡试验装置

图2 平衡位置1的调距桨静平衡

由图2可知，平衡位置1相对于螺旋桨轴线的力矩平衡为

经过四五年探索，检查预约中心涉及的检查项目涉及10个科室35个检查项目，包括胃镜、肠镜、支气管镜、CT、核磁共振、超声、PET/CT、ECT、动态心电图、动态血压等。

消除Q得

由图3可知，平衡位置2相对于螺旋桨轴线的力矩平衡为

消除Q得

调距桨相对于螺旋桨轴的平衡力矩M为

根据Z1和 Z2的计算数值，可得出调距桨的重心位置。

通过上述试验方法，可测得调距桨偏心质量引起不平衡力矩的大小及重心至圆心（即回转中心）的方向。

图3 平衡位置2的调距桨静平衡

2.2 确定配重块大小和安装孔位置

通过计算或作图法确定需增加的配重块的大小和安装孔位置。某调距桨通过作图法测得的重心的半径方向及由偏心质量引起的不平衡力矩M的大小见图4a；在M的反向作与其大小相等的M'，见图4b，M'为需要增加的力矩，与M相平衡；再将矢量M'分成沿其两侧桨叶安装方向的2个矢量，见图4c；在相邻两片桨叶的安装方向作出矢量M1和M2，见图4d；由此，即得出1#桨叶孔和2#桨叶孔中所需增加的力矩的大小。

图4 不平衡力矩分配

通过配重块安装位置的半径r'，可得出配重块质量P。

3 试验过程控制要求

3.1 确保平衡工装精度满足要求

实际操作中，应保证平衡工装精度能够满足高精度调距桨静平衡试验要求［4］。通常用水平仪检测2根导轨在水平方向的直线度，根据实际经验需控制在0.10mm/1000mm 以内，并且2根导轨的支架要固定牢靠，保证螺旋桨在导轨上滚动的过程中，导轨直线度不发生变化。

3.2 保证F1/F2/F3/F4测量准确性

1） 将十字形样板贴在支撑轴端面，其中一个方向对准任意桨叶法兰中心线。

2） 将挂绳缠绕在桨毂组件外圆（或其他不与桨叶干涉的外圆）上，将预先准备的一个质量恒定的重物挂在一端，在另一端挂重物篮，向重物篮中投入螺栓、螺母及垫片等砝码，用角尺测量其中一条十字线竖直，最终达到平衡，平衡状态应至少保持20s，然后用电子台秤测量重物篮质量F1。将质量恒定的重物的位置与重物篮调换，同样用角尺测量该条十字线竖直，最终达到平衡，用电子台秤测量重物篮质量F2。

3） 将调距桨转动90°，使得另一条十字线竖直，用同样方法测量另一个方向F3、F4。

为消除平衡工装精度和操作中测量精度引起的误差，通常按上述过程测量2次，第2次的十字方向与第1次的十字方向错开45°，即同时测量“米”字形，得出2组平衡数据。这2组数据得出的结果（即调距桨装置不平衡力矩的大小及重心的半径方向）在理论上应一致，由于测量误差可能导致些微差异，通过对这2组数据进行比较，可以检测试验数据测量的准确性。

3.3 配重块施工图纸设计

根据桨叶孔中需配重的配重块大小，设计配重块施工图纸。

1） 配重块装入后，应不影响桨叶的安装，与桨叶法兰底部平面应留有适当的间隙；

2） 配重块应与安装孔过盈安装，过盈量一般为 0.01mm，配合部位外圆的过盈段长度控制在 10～15mm，以方便拆卸；

3） 配重块上应设置拆卸用拔起螺纹孔，并留有润滑油通孔，保证桨毂内润滑腔通畅。

4 实船验证

用上述试验方法进行某船主推调距桨装置5叶桨静平衡试验，一次配平即满足该船近乎苛刻的静平衡指标要求，配平后测量每片叶梢挂质量均＜0.18kg，螺旋桨达到随遇平衡的状态，较之以往修磨桨叶的方法，数据准确，配平效率大幅提高。

5 结 语

1） 随着船舶行业的迅猛发展，对低振动、高效率的高精度调距桨静平衡要求也越来越高，从静平衡试验中提出的不平衡力矩的测量和计算方法准确、可靠，为高精度调距桨的制造提供了技术保障；

2） 明确提出了对静平衡试验工装的具体要求，采用图元计算法，操作过程简单易行，测量精度高，配平准确可靠，避免了以往静平衡试验过程中由于测量不准确导致的多次拆装和修磨桨叶的繁琐工作，提高了装配和试验效率，能够有效地满足高精度调距桨静平衡试验要求。

［1］ 姜治芳. 可调螺距螺旋桨桨叶静平衡问题研究［J］. 舰船科学技术，2004 （4）： 11-14.

［2］ 盛振邦，刘应中. 船舶原理［M］. 上海：上海交通大学出版社，2003.

［3］ 颜少平. 可调螺距螺旋桨桨叶静不平衡试验方法研究［J］. 机电设备，2009 （4）： 26-28.

［4］ 谢伟. 五叶调距桨的桨叶优化组合及整桨静平衡方法研究［J］. 舰船科学技术，2004， 26 （5）： 7-10.

Study on Static Balancing Test Method of High-precision Controllable Pitch Propeller

LIU Li-fei， BAO Liang， LI Jian

（Wuhan Marine Machinery Plant Co.， Ltd.， Wuhan 430084， China）

This paper elaborates in detail the procedures and balancing method of the static balancing test of the controllable pitch propeller （CPP） based on the structure characteristics of CPP and the static balancing test index of the highly accurate CPP. Through the introduction of the balancing index analysis， the manufacturing and installation requirements of the static balancing test equipment， the inspection method of unbalanced moment， the balancing calculation method and the hanging weight design method of a five-paddle CPP onboard a ship， the paper proposes a static balancing test method for the highly accurate CPP. The accurate and reliable method guarantees the manufacturing accuracy of CPP， and thus effectively improves the balancing efficiency. It is suitable for the static balancing test of middle and small size high accuracy CPP devices， and accumulates experience for the domestic manufacture of large CPP with high accuracy.

CPP； static balancing test； hanging weight

U664.33

B

2095-4069 （2016） 04-0009-04

10.14056/j.cnki.naoe.2016.04.003

0 引 言

2015-08-21

刘丽飞，女，高级工程师，1979年生。2001年毕业于华东船舶工业学院，目前从事调距桨制造技术工作。

调距桨装置是由桨毂组件和一组单片的桨叶（通常为4叶或5叶）安装后组成，装配好的调距桨装置应能符合静平衡指标要求，通常须经静平衡试验进行验证［1-2］。