喷水推进器在23 500 DWT油船上的应用

黄建通

摘    要：基于浅水域航道对船舶推进系统的特殊要求，根据ZF喷水推进器的特性，以23500DWT油船为研究对象，分析了ZF喷水推进器在浅水域船舶上的应用，并对ZF喷水推进器的安装工艺进行总结，为后续类似船舶的设计和建造提供参考。

关键词：喷水推进;浅水域船舶;设备安装;造船工艺

中图分类号：U664.34                              文献标识码：A

Application of Water-jet Propeller on 23 500 DWT Oil Tanker

HUANG Jiantong

（Fujian Mawei Shipbuilding Ltd.， Fuzhou 350501 ）

Abstract： Based on the special requirements of shallow water channel for ship propulsion system， according to the characteristics of the ZF water-jet propeller， taking the 23 500 DWT oil tanker as the research object， this paper analyzes the application of the ZF water-jet propeller in shallow-water ships， summarizes the installation technology of the ZF water-jet propeller， provides a reference for the design and construction of similar ships.

Key words： Water-jet propeller; Shallow-water ship; Equipment installation; Shipbuilding Technology

1     前言

经过近几年的船舶市场低潮之后，国际油轮市场已开始呈现一定程度的复苏景象，全球范围内开始出现新的油船订单。23 500 DWT浅水域肥大型油船兼具运油船及加油船功能，运营于新加坡附近东南亚航线，这些航线普遍存在水深较浅的特点，航道狭窄、水流复杂，要求推进系统具有符合浅水域航行特征，并具备较高的灵活性、回转性和全向推进能力以适用船舶操作。如果采用普通的导管式侧推，由于本船型宽较大、导管较长将导致推进器效率低，且无法满足全向推进要求，而伸缩式全回转推进器因水域浅无法满足使用要求。ZF喷水推进器以其独特的结构和性能特点，与柴油机-轴-桨推进系统组成混合动力推进系统，运用在本船上能很好地满足该船在运营航道上的实际运营和操作需要，甚至在狭窄的航道上可以代替柴油机推进系统推进船舶前进;另外，喷水推进器与柴油机-轴-桨推进系统组成混合动力推进系统，符合申请EEDI豁免的条件，一定程度上提升了船舶的竞争力。

2    ZF喷水推进器介绍

2.1   ZF喷水推进器装置的组成

ZF喷水推进器主要组成部分有：

（1）驱动马达

为推进器提供动力。由船舶电站供电产生驱动转矩，用以驱动螺旋桨转动。

（2）外井

外井采用焊接方式固定于船体结构上，用于安装推进装置本体及驱动马达基座。外井顶部法兰有一定的平面度、粗糙度以及厚度要求，以确保强度和密性达到要求。

（3）内井

内井安装在外井的顶部法兰上。内井上装有行星齿轮、回转轴承以及喷嘴等，由转舵装置带动，可360°无限制全回转。

（4）喷嘴

喷嘴固定在内井结构底部.其出口位置接近船底，可随内井360°转动，喷嘴出口角度大约为15°。

（5）螺旋桨

采用高斜叶片设计，材料为镍铝青铜。将水以非常高的速度通过可转动喷嘴泵喷射出去。

（6）立式传动轴

位于轴管中，由圆锥滚子轴承支撑。采用配有2道水密和1道油密的密封裝置密封。

（7）转舵装置

包括转向齿轮以及转向马达。转向齿轮与行星齿轮箱啮合，用于内井（喷嘴）360°转动;另外配置舵角反馈单元，内置电位计和就地舵角指针。

（8）联轴器以及齿轮箱

用于将驱动马达转矩传递给螺旋桨，带动螺旋桨旋转。

（9）润滑系统

用于润滑推进部分的齿轮箱及转舵部分的齿轮箱等相关部件。

ZF喷水推进器的结构图，如图1所示。

2.2   ZF喷水推进器装置的工作原理

如图2所示：其工作原理是由驱动马达通过联轴器及齿轮箱带动螺旋桨在水中旋转，不断地把水从吸水口吸入，水流通过桨叶在压能的作用下流经与水平方向有一定夹角（15°）的喷嘴，最后以非常高的速度喷射出去。由于桨叶转动造成水动量增加，水流喷射时产生反作用力，从而推动船舶前进。

2.3   ZF喷水推进器装置的主要特点

ZF喷水推进器是一款适用于浅水域环境下，具有高机动性的全回转推进器，其主要特点如下：

（1）浅水域航行

ZF喷水推进器的一个显著特点是它可以在浅水域进行工作。由于其安装位置一般与船底平齐，不会造成船舶阻力增加，也不会产生与海里的漂浮物发生碰撞的危险;螺旋桨靠近船底，采用水平布置，吸水口与喷水口均在底部，因此即使在很小的水深环境下仍能正常地工作。

（2）结构紧凑、易于安装和维护

吸水口和喷嘴在同一底平面内，与传统的隧道式侧推器相比，需要的空间更小;法兰式安装采用螺栓固定，仅需对外井顶部法兰面进行平面度加工，施工简单;采用由上而下的吊装方式安装，与自下而上的安装方式相比更加简单，省时省力;吸水口采用独特的设计，允许较低的进水速度，从而避免了异物或碎屑的吸入。

（3）回转特性

喷嘴固定在回转部件上随回转部件转动，可实现360°转向，任何角度下均不会减小推力。

从以上的特性可知，对浅水域航行的船舶，ZF喷水推进器不仅可以作为主推进或者辅助推进装置使用，也可以代替导管式推进器，实现在港内作业和靠泊码头时操纵船舶，是导管式推进器的很好替代品。

3   ZF喷水推进器的实船应用

3.1   23 500 DWT油船简介

该船总长155 m、型宽36 m、型深15.2 m、吃水9m、舱容40 800 t、航速14 kn，船型上属于浅吃水肥大型，采用节能的混合动力推进设计，由常规柴油机-轴-桨推进系统和首尾各一套360°全回转喷水推进器组成混合动力推进系统。与常规成品油船相比，本船吃水较浅、外形较宽，适应浅水域航线和码头，能提高码头停靠能力和货运量，适用于新加坡附近东南亚一带航线和码头，是一艘高技术含量、高自动化程度、营运性及经济性良好的新型多功能、浅吃水、节能型成品油运输船。

3.2   ZF喷水推进器的应用情况

通过分析计算，并结合东南亚航线的航道特点，本船配备了一台700 kW ZF SDT6010 FP L-drive和一台300 kW ZF SDT4010 FP L-drive喷水推进器，采用变频器变速控制。两台喷水推进器分别布置在首尾船底区域，并沿船舯方向布置，既降低了船舶总体重心，又将重量峰值点靠近船舶舯部，有利于降低大型设备重量重心对船舶最大纵摇、横摇角的影响。

通过实船验证，喷水推进器与机-轴-桨常规推进系统组成混合推进系统，使船舶具有较高的灵活性、回转性和全向推进能力，能很好地满足在该航线上的实际运营和操作需要;同时，喷水推进器可以实现船舶自主的靠船和靠码头能力，省去了拖轮的辅助约束，提高了船舶的经营性和竞争力。

3.3   ZF喷水推进器的安装工艺

下面以SDT6010型号为例，介绍喷水推进器的安装工艺流程。

3.3.1外井的安装

喷水推进器对外井的制作和安装质量有很高的要求，只有确保外井制作及安装正确，才能确保后期喷水推进器在强度、推进效率、密性、振动、噪音等各方面满足使用要求。

（1）安装精度要求

① 外井顶部法兰与船体外板需平行，高度应满足图纸要求，外井的中心尽可能接近理论中心，前后左右允许定位公差为±5 mm;

② 外井与船体结构对接焊处需完全焊透，以确保强度足够;

③ 装焊后顶部法兰平面度误差不得超过1 mm，粗糙度级别为6.3μm。如不满足要求，应再精加工至要求范围内，同时确保加工后的法兰厚度不低于25 mm。

（2）安装前的检查工作

安装前需检查外井制作是否满足图纸要求，包括筒体尺寸是否准确、筒体外部的加强筋结构是否完整、顶部法兰的板厚是否满足要求。确认满足上述要求后，在外井法兰顶部平面划出十字线，并在平面上标记前、后、左、右标识，以便准确定位;船体对接结构，应根据外井的尺寸将余量切割、开坡口，并修补打磨完成。

（3）外井与船体结构的焊接要求

如图3所示：外井下端口与船底外板需采用对接形式，外板不可出边;焊接要求为对接处内侧先焊，外侧余量割除后刨开焊透;外板与外井对接内侧面需保证焊后处理光顺，如果不光顺可能会造成局部海水涡流，影响推进器效率。

3.3.2 推进器本体的安装

推进器本体安装步骤如下：

（1） 推进器安装前，需再次检查外井顶部法兰平面度、粗糙度级别以及厚度。平面度误差要求不大于1 mm，粗糙度级别为6.3μm，厚度不得小于25 mm;

（2）将推进器和外井的密封表面清洁干净，去除油漆、油脂、焊渣和毛刺，并进行干燥处理，以确保密性达到要求;

（3）安裝密封垫片。密封垫片材质为丁腈橡胶，厚度为5 mm，具有防海水和防油的功能;同时在橡胶垫片的每个螺栓孔处，需要再放置一个直径为28 mm、厚度为4 mm的钢垫片，其目的是防止橡胶垫片受推进器过渡挤压而损坏;

（4）以上准备工作完成后，即可将推进器本体放置到外井上。可以采用两个导向销作为安装引导，快速、准确地将推进器放置到位，并再次检查4个方向的标记，确保前、后、左、右无误差;

（5）移除导向销，并根据螺栓上紧顺序安装螺栓。螺栓上紧分两步：第一步用170 Nm的扭力对所有螺栓进行锁紧;第二步用340 Nm的扭力对所有螺栓再次锁紧。螺栓安装节点及上紧顺序，见图4、图5;

（6）喷水推进器本体安装到位后，需要在法兰上适当的位置安装4个锥度销，其目的是为了将推进器本体法兰定位。

3.3.3 驱动马达的对中与安装

驱动马达和推进器本体采用高弹性联轴器连接，安装之前需要先核实联轴器的对中公差要求：推进器端轴毂与马达端轴毂法兰之间的轴向距离为140 mm，轴向公差不大于±1 mm，径向中心偏移公差不大于±0.2 mm，角度公差不大于±0.05°。联轴器组装图，如图6所示。

（1）推进器本体的输入轴及马达的输出轴，需要提前做好去除油脂、杂物等清洁工作，并在轴上涂上润滑油、装上滑键，为安装联轴器做好准备;

（2） 采用热套方式安装联轴器两端的轴毂。需要先将联轴器上的橡胶块、法兰盘、紧固件等部件移除，再分别对两端的轴毂进行均匀加热，加热到比环境温度高150 ℃～200 ℃，以便轴毂内孔获得足够的扩张量;再分别把两端的轴毂装入推进器本体的输入轴及马达的输出轴上，并等待自然冷却至环境温度方可进行下一步工作;

（3） 吊装马达至推进器本体上的马达基座上，并对马达进行精确定位;测量并检查对中情况，确保对中偏差符合要求。如不符合要求，则需要调整马达的位置直到符合要求为止;

（4） 根据螺栓上紧顺序安装马达的底脚螺栓。螺栓上紧分两步：第一步用425 Nm的扭力对所有螺栓进行锁紧;第二步用850 Nm的扭力对所有螺栓再次锁紧;

（5） 马达安装到位后，需要在法兰上适当的位置安装4个锥度销;

（6）安装联轴器的橡胶块、法兰盘等部件，并锁紧所有的紧固件，达到预定的扭力。

上述步骤完成后，需要重新检查对中情况，确保对中偏差符合要求。对中质量的好坏将直接影响设备的使用寿命，因此对中时需要将偏差严格控制在要求范围之内，对中偏差值越小对设备越有利，运行越顺畅，使用寿命也会更长。

4    结语

通过本文对ZF喷水推进器结构、原理、特性等方面的分析可知，选择ZF喷水推进器作为23500 DWT浅水域肥大型油船的混合动力推进器使用，能够大大提高其在浅水域航道上的操纵性及安全可靠性，提高市场竞争力，为船东赢得广阔的市场空间。另外，本文通过总结ZF喷水推进器的安装工艺，为将来同类的船舶的设计建造提供参考。