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軸承知識(shí)

某船尾管后軸承溫度高的原因分析及應(yīng)對(duì)措施

發(fā)布時(shí)間：2023-03-22

曹艷東

摘　要：本文簡(jiǎn)述了某船在航行試驗(yàn)時(shí)，尾管后軸承發(fā)生了溫度高報(bào)警并導(dǎo)致軸承燒傷的情況，針對(duì)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并制定了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。經(jīng)過(guò)航行試驗(yàn)驗(yàn)證，尾管后軸承溫度在正常范圍內(nèi)，改進(jìn)措施效果明顯。

關(guān)鍵詞：尾管后軸承；溫度高；環(huán)保油

1　前言

某船在試航過(guò)程中，主機(jī)轉(zhuǎn)速在80 r/min左右時(shí)操滿舵，尾管后軸承發(fā)生了溫度高報(bào)警，并且溫度不斷上升，船上立即停車(chē)檢查，停車(chē)后溫度還在繼續(xù)上升，一度升至80 ℃左右。檢查尾管后軸承溫度傳感器探頭電流信號(hào)值正常，確認(rèn)溫度傳感器沒(méi)有問(wèn)題；檢查尾管滑油管路系統(tǒng)，確認(rèn)整個(gè)管路系統(tǒng)通暢沒(méi)有問(wèn)題；采用頂升法檢查尾管前軸承負(fù)荷，發(fā)現(xiàn)尾管前軸承幾乎無(wú)負(fù)荷，懷疑尾管后軸承負(fù)荷偏重；主機(jī)盤(pán)車(chē)檢查，尾管處有輕微異響，進(jìn)入尾管冷卻水艙檢查，尾管后軸承處異響明顯，聲音為嗒、嗒、嗒，頻率為每秒一次，據(jù)此現(xiàn)象初步判定尾管后軸承應(yīng)該被燒傷了。為了防止損傷進(jìn)一步擴(kuò)大從而損傷螺旋槳軸，決定終止試航，由拖輪拖至船廠進(jìn)塢檢查。

2　塢內(nèi)檢查

（1）船舶進(jìn)塢后，檢查螺旋槳軸下沉量，與之前測(cè)量的下沉量數(shù)據(jù)相比較，確認(rèn)螺旋槳軸下沉了約0.3 mm，初步確認(rèn)尾管后軸承已經(jīng)損壞；

（2）進(jìn)行尾管滑油油樣分析檢查，將油樣化驗(yàn)報(bào)告發(fā)給滑油供應(yīng)商道達(dá)爾進(jìn)行確認(rèn)，廠家確認(rèn)該滑油各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足要求；

（3）拆卸螺旋槳，抽出螺旋槳軸，檢查尾管軸承損傷情況，發(fā)現(xiàn)尾管后軸承下部燒傷嚴(yán)重（見(jiàn)圖1），尾管前軸承無(wú)損傷；

（4）將尾管后軸承壓出后，用專(zhuān)用儀器檢查尾管內(nèi)孔同心度，發(fā)現(xiàn)尾管后軸承處后部上翹了0.07 mm。經(jīng)過(guò)計(jì)算，尾管后軸承壓裝后，后軸承處的實(shí)際斜度變?yōu)榱?.127×10^-3rad。根據(jù)軸系較中計(jì)算書(shū)的要求，后軸承的加工斜度要求為0.2 ×10^-3rad。

3　原因分析

（1）尾管軸承負(fù)荷因素：經(jīng)查看該船之前的較中以及軸系負(fù)荷稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)，都滿足要求，并且MAN都給予了認(rèn)可。雖然后來(lái)檢查出尾管前軸承幾乎無(wú)負(fù)荷，但那是在尾管后軸承燒傷后測(cè)量的數(shù)據(jù)，軸系狀態(tài)發(fā)生了變化，沒(méi)有參考性。另外，尾管后軸承的比壓一般都在0.4～0.6 MPa之間，與船級(jí)社規(guī)范要求的Z大比壓0.8 MPa相比還有較大的余量。因此初步判斷，軸承的負(fù)荷分配應(yīng)該沒(méi)有太大問(wèn)題；

（2）尾管變形因素：尾管安裝過(guò)程中或船體變形等因素導(dǎo)致尾管變形，后軸承座后部比前部上翹0.07 mm，尾管后軸承壓裝后，后軸承處的實(shí)際斜度由0.2 ×10^-3rad變?yōu)?.127×10^-3rad，螺旋槳軸和后軸承的相對(duì)斜度變?yōu)榱?.405×10^-3rad- 0.127×10^-3rad =0.278 ×10^-3rad，雖在船級(jí)社要求的0.3×10^-3rad的范圍內(nèi)，但由于螺旋槳軸和后軸承的相對(duì)斜度相對(duì)于原設(shè)計(jì)值0.405×10^-3rad - 0.2 ×10^-3rad =0.205×10^-3rad變大，可能會(huì)導(dǎo)致尾管后軸承后部邊緣負(fù)荷增大，螺旋槳軸與尾管后軸承之間的油膜難以形成，軸承非正常磨損，Z終導(dǎo)致尾管后軸承燒壞、溫度高報(bào)警，這可能是引起后軸承溫度高的因素之一；

（3）環(huán)保油（EAL）因素：根據(jù)美國(guó)環(huán)保署VGP（2013）要求，從2013年12月19日起，進(jìn)入美國(guó)水域船長(zhǎng)大于等于79 ft的所有商船，在其油水界面均須使用環(huán)保油。對(duì)于尾管密封，若采用油潤(rùn)滑系統(tǒng)，則尾管滑油必須采用環(huán)保油。我們了解到，船舶使用環(huán)保油后，多家船廠都出現(xiàn)了尾管后軸承溫度高的現(xiàn)象，甚至軸承燒傷的情況。經(jīng)過(guò)多方資料的收集，我們發(fā)現(xiàn)環(huán)保油在40 ℃ 以下的粘度要比同溫度的礦物油粘度低些，這在主機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)且運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)的情況下，油膜難以形成，可能導(dǎo)致螺旋槳軸與軸承潤(rùn)滑不良從而引起軸承燒傷。另外，在同等條件下，環(huán)保油的油膜厚度要比礦物油的油膜厚度小些，運(yùn)轉(zhuǎn)初期的磨合能力差些，這在一些設(shè)計(jì)院以及船級(jí)社的案例分析中都有提及，這也可能是引起后軸承溫度高的因素之一；

（4）操作因素：該船軸承溫度高發(fā)生在操大舵角的時(shí)候，即在軸系磨合初期打滿舵時(shí)，特別是在主機(jī)轉(zhuǎn)速禁區(qū)附近時(shí)打滿舵，可能會(huì)影響螺旋槳軸與后軸承油膜的形成，從而加快后軸承磨損，這也可能是引起后軸承溫度高的因素之一。

4　預(yù)防措施

雖然導(dǎo)致尾管后軸承溫度高的原因復(fù)雜，目前很難找到Z根本的原因，但我們可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防和應(yīng)對(duì)：

（1）嚴(yán)格按照軸系較中計(jì)算書(shū)進(jìn)行軸系較中，完善施工工藝，確保?工精度，軸系頂升階段盡量使中間軸承、尾管前軸承的負(fù)荷向理論值靠近；

（2）測(cè)量尾管前后軸承位的同心度，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，再確定是否對(duì)尾管后軸承的斜度進(jìn)行加工補(bǔ)償。根據(jù)該船尾管后軸承處0.07 mm的上翹，通過(guò)加工后軸承外圓對(duì)軸承內(nèi)孔的斜度進(jìn)行補(bǔ)償，使尾管后軸承的實(shí)際斜度變?yōu)?.28 ×10^-3rad，這樣螺旋槳軸和后軸承的相對(duì)斜度變?yōu)榱?.405×10^-3rad - 0.28×10^-3rad =0.125 ×10^-3rad，比之前的相對(duì)斜度0.278 ×10^-3rad要小些；

（3）尾管滑油在系泊試驗(yàn)和航行試驗(yàn)初期的磨合階段，先用礦物油進(jìn)行螺旋槳軸和軸承的磨合，正式的航行試驗(yàn)階段再更換為環(huán)保油。雖然這種做法還沒(méi)有很好的理論依據(jù)，但其他一些船廠都采用了這樣的做法，并且采用這種方案后尾管后軸承溫度高的情況顯著減少；

（4）在航行試驗(yàn)初期的磨合階段，盡量避免操大舵角，特別是主機(jī)轉(zhuǎn)速在通過(guò)轉(zhuǎn)速禁區(qū)時(shí)盡量不要操滿舵。

以上措施在該船的第二次航行試驗(yàn)驗(yàn)證中是有效的，尾管后軸承溫度在整個(gè)航行試驗(yàn)期間都在正常的范圍內(nèi)，航行試驗(yàn)取得了圓滿成功，并且根據(jù)該船交付后運(yùn)營(yíng)中的反饋，軸承溫度都在正常范圍內(nèi)。

5　其他應(yīng)對(duì)措施

（1）尾管密封選用空氣密封。空氣密封在正常運(yùn)行時(shí)不存在油水界面，理論上可以繼續(xù)使用普通礦物油而不需要使用環(huán)保油，并且一些船級(jí)社都認(rèn)可了使用空氣密封可以使用普通礦物油。當(dāng)然，這會(huì)增加船廠的成本，在新造船中若船東愿意分?jǐn)傇摬糠衷黾拥某杀�，可以采用空氣密封，�?duì)船東而言也可以省去購(gòu)買(mǎi)昂貴的環(huán)保油的成本；

（2）優(yōu)化軸系較中計(jì)算。針對(duì)使用環(huán)保油后頻繁出現(xiàn)的軸承溫度高的問(wèn)題，建議提醒主機(jī)廠在軸系較中計(jì)算中不僅要滿足船級(jí)社要求，更要對(duì)軸系較中計(jì)算結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，盡量降低尾管后軸承上的負(fù)荷和相對(duì)斜度；

（3）提高螺旋槳軸和尾管后軸承的加工工藝。現(xiàn)在螺旋槳軸表面粗糙度一般選取為1.6，建議提高至0.8。尾管后軸承的表面粗糙度要求，也建議廠家提高；

（4）改善環(huán)保油油品特性，如：油膜形成速率、耐壓等級(jí)、運(yùn)動(dòng)粘度等級(jí)等；根據(jù)模擬軸承的實(shí)船負(fù)荷狀態(tài)，對(duì)軸承是否適合用環(huán)保油進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)，雖然試驗(yàn)比較困難，但模擬試驗(yàn)可能是找出問(wèn)題根源和解決方案的Z佳途徑，這需要軸承廠家和環(huán)保油廠家聯(lián)合考慮。

6　結(jié)束語(yǔ)

本文分析了可能造成尾管后軸承溫度高的原因，并且針對(duì)各種可能的原因采取了相應(yīng)的預(yù)防措施，并在實(shí)船驗(yàn)證中取得了良好效果，為后續(xù)同型船的建造積累了經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，也探討了一些其他的應(yīng)對(duì)措施，希望對(duì)同類(lèi)型船的建造、設(shè)計(jì)提供一定的幫助，不足之處請(qǐng)批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)船級(jí)社.美國(guó)環(huán)保署環(huán)保油要求及實(shí)施建議[S].2014.

[2] ClassNK.Shaft Alignment.2015.

來(lái)源：《廣東造船》2016年3期