某船推進(jìn)軸系故障分析與修理

趙存生，朱石堅(jiān)，刁愛民，黃次浩

(海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033)

技術(shù)交流

某船推進(jìn)軸系故障分析與修理

趙存生，朱石堅(jiān)，刁愛民，黃次浩

(海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033)

文章介紹了某新型船舶軸系的特點(diǎn)，對(duì)其被纏繞漁網(wǎng)后的故障原因進(jìn)行分析, 制定修理技術(shù)方案, 修后試驗(yàn)證明了修理方案的合理可行性, 最后提出了相關(guān)建議。

船舶;軸系;故障;修理

某船推進(jìn)軸系采用新型的布置方式，設(shè)計(jì)有經(jīng)航電機(jī)和主推進(jìn)電機(jī)，2臺(tái)推進(jìn)電機(jī)采用同軸聯(lián)合傳動(dòng)方式，并且采用了軸承負(fù)荷法與直線法相結(jié)合的對(duì)中方法、塑料澆注固定艉軸軸承、艉軸玻璃鋼整體包覆等新技術(shù)。該船出海期間艉軸及螺旋槳被漁網(wǎng)纜繩纏繞，造成推進(jìn)軸系無法正常工作。該軸系結(jié)構(gòu)復(fù)雜、修理技術(shù)難度較大，文章介紹了軸系故障的勘驗(yàn)及修理情況[1]。

1 軸系設(shè)備主要組成及特點(diǎn)

推進(jìn)軸系由螺旋槳、艉軸、2#中間軸、推力軸、彈性聯(lián)軸節(jié)、經(jīng)航電機(jī)、1#中間軸、氣胎離合器和主推進(jìn)電機(jī)組成。為了降低結(jié)構(gòu)噪聲，主推進(jìn)電機(jī)和經(jīng)航電機(jī)都安裝在隔振器上。艉軸由前、中、后3個(gè)鐵梨木軸承支撐，后端裝有螺旋槳，前端裝有半聯(lián)軸節(jié)，螺旋槳、半聯(lián)軸節(jié)與艉軸均為液壓有鍵連接，在其穿過耐壓艇體處裝有艉軸密封裝置。如圖1所示，經(jīng)航電機(jī)輸出法蘭通過彈性聯(lián)軸節(jié)和半聯(lián)軸節(jié)相連接，半聯(lián)軸節(jié)和推力軸相連接。經(jīng)航電機(jī)的電樞軸是空心軸，內(nèi)套1#中間軸，主推進(jìn)電機(jī)通過輪胎離合器和1#中間軸和半聯(lián)軸節(jié)相連接。2臺(tái)推進(jìn)電機(jī)采用同軸并車傳動(dòng)方式，避免了在1#中間軸和經(jīng)航電機(jī)之間再設(shè)置1個(gè)彈性聯(lián)軸節(jié)而導(dǎo)致軸系結(jié)構(gòu)復(fù)雜、布置困難，滿足了主推進(jìn)電機(jī)和經(jīng)航電機(jī)都采用彈性支撐的要求，是主推進(jìn)電機(jī)、經(jīng)航電機(jī)和艉軸連接的最佳傳動(dòng)連接模式。

圖1 推力軸同經(jīng)航電機(jī)、主推進(jìn)電機(jī)的連接示意圖

2 軸系故障情況

該船出海期間推進(jìn)軸系艉軸被漁網(wǎng)纜繩纏繞，導(dǎo)致主推電機(jī)電樞自動(dòng)開關(guān)過流跳閘，主推艉軸無法正常工作。拖帶回碼頭后，纏繞的漁網(wǎng)被清除，經(jīng)過拆解勘驗(yàn)發(fā)現(xiàn)螺旋槳、艉軸及艉軸承、法蘭連接和倒車推力塊產(chǎn)生不同程度損傷，具體故障情況如下。

2.1螺旋槳及導(dǎo)流罩

螺旋槳在內(nèi)場(chǎng)密性試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生泄漏，經(jīng)探測(cè)發(fā)現(xiàn)槳轂有貫穿性裂紋；螺旋槳導(dǎo)流罩鰭片變形，表面拋光后發(fā)現(xiàn)裂紋。

2.2推進(jìn)軸系法蘭連接

艉軸半聯(lián)軸節(jié)與2#中間軸法蘭未靠緊，存在2 mm間隙(如圖2所示)，2#中間軸與推力軸法蘭未靠緊，存在1.2 mm間隙。

圖2 艉軸與2#中間軸法蘭連接圖

2.3主推電機(jī)、經(jīng)航電機(jī)與軸系對(duì)中

經(jīng)航電機(jī)與推力軸中心垂直偏移達(dá)到使用極限允許值，主推電機(jī)軸與氣胎離合器空氣分配器軸對(duì)中數(shù)據(jù)符合要求[2]。

2.4艉軸、2#中間軸跳動(dòng)量

主推艉軸、2#中間軸跳動(dòng)量總體情況良好，個(gè)別測(cè)量點(diǎn)超差。

2.5艉軸及艉軸承

1)艉軸螺旋槳密封檔處環(huán)氧樹脂包覆層損壞；艉軸銅套表面拋光后發(fā)現(xiàn)有局部腐蝕斑塊、艉軸銅套非工作段被漁網(wǎng)磨損較嚴(yán)重。

2)艉軸承法蘭磨損嚴(yán)重、艉軸承壓板及艉軸承固定六角螺栓頭部均缺失；艉軸尾軸承內(nèi)殘留漁網(wǎng)熔渣(如圖3所示)，熔渣嵌滿尾軸承冷卻水槽，深度約400 mm。

3)艉軸銅套拋光后尾軸承、中軸承接近允許間隙，首軸承超過允許間隙、低于極限間隙。

圖3 鐵梨木艉軸承外觀圖

2.6主推力軸承

正車方向推力塊技術(shù)狀態(tài)良好，倒車方向推力塊有較深壓痕(如圖4、圖5所示)。

圖4 正車方向推力塊

圖5 倒車方向推力塊

3 故障分析與修理

螺旋槳絞上漁網(wǎng)后，開始螺旋槳存在慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致螺旋槳槳轂受損。同時(shí)大量漁網(wǎng)緊緊纏繞在螺旋槳槳轂和艉軸承法蘭之間，一方面使得艉軸受損，另一方面向螺旋槳施加了向后的拉力將艉軸拉出，使法蘭連接間產(chǎn)生間隙。

3.1螺旋槳及導(dǎo)流罩

1)用螺旋槳備件更換，去除油封，外表面拋光；目視檢查螺旋槳表面有無缺陷，按要求進(jìn)行著色探傷；測(cè)量螺距；按技術(shù)要求進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)，不平衡量≤1.25 kg。

2)檢查鍵與新螺旋槳鍵槽的配合情況。鍵與鍵槽兩側(cè)面接觸均勻，接觸面積每側(cè)均少于65%，鍵的頂部與槽之間的間隙符合要求。

3)螺旋槳與艉軸的安裝拂配。拂配螺旋槳槳轂內(nèi)孔，采用著色法檢查與艉軸錐部配合情況：槳轂與艉軸錐部的接觸面積大于75%；將螺旋槳試裝到艉軸上，檢查艉軸軸肩應(yīng)在螺旋槳槳轂孔內(nèi)，軸肩與螺旋槳端面距離符合要求。

4)螺旋槳與艉軸試裝完畢后在內(nèi)場(chǎng)進(jìn)行密性試驗(yàn)；試驗(yàn)壓力3.75 MPa，試驗(yàn)時(shí)間10 min。

3.2艉軸

1)艉軸拆卸上臺(tái)架調(diào)校，檢查跳動(dòng)量，在保證跳動(dòng)量要求基礎(chǔ)上為消除銅套表面腐蝕和損傷，盡可能控制銅套光車量。

2)重新用玻璃鋼包覆艉軸。

3.3艉軸軸承

1)艉軸首、中、尾軸承鐵梨木板條換新。

2)測(cè)量艉軸軸承間隙并記錄，新軸承安裝間隙滿足要求。

3)光車修理艉軸承鐵梨木銅套法蘭外表面。

3.4推力軸及推力軸承

1)檢查推力軸軸頸、支撐軸瓦及推力塊狀況，測(cè)量間隙，鑒定修理。

2)推力塊按技術(shù)要求進(jìn)行手工修拂，推力軸軸頸現(xiàn)場(chǎng)修磨，更換倒車面推力塊。

3.5艉軸與2#中間軸、2#中間軸與推力軸裝配

艉軸半聯(lián)軸節(jié)與2#中間軸法蘭、2#中間軸與推力軸法蘭之間用8個(gè)錐形螺栓連接定位，軸系法蘭連接時(shí)通常是不留間隙的。該船建造時(shí)法蘭之間也應(yīng)該緊密結(jié)合不留間隙，存在間隙的可能原因是該船建造時(shí)8個(gè)錐形螺栓與錐形孔配合較松，螺旋槳絞上漁網(wǎng)后導(dǎo)致大量漁網(wǎng)緊緊纏繞在螺旋槳槳轂和艉軸承法蘭之間，向螺旋槳施加了向后的拉力將艉軸拉出，使法蘭間產(chǎn)生間隙。通過修理恢復(fù)艉軸半聯(lián)軸節(jié)與2#中間軸法蘭、2#中間軸與推力軸法蘭的正確連接。為了恢復(fù)正確連接，進(jìn)行了以下檢驗(yàn)。

1)每對(duì)法蘭連接的錐形銷重新仔細(xì)檢查其與錐形孔的貼合情況，要求貼合面積不小于總接觸面積的75%。

2)重點(diǎn)檢查兩軸對(duì)接的跳動(dòng)量，將2#中間軸與艉軸連接后上臺(tái)架檢查其跳動(dòng)量，應(yīng)滿足技術(shù)要求。

3)安裝時(shí)按要求控制好擰緊力矩。

3.6主推艉軸密封裝置

1)艉軸密封裝置現(xiàn)場(chǎng)局部拆卸、檢修。

2)檢查滑動(dòng)密封組件的磨損情況、壓緊彈簧的銹蝕情況，鑒定修理。

3)檢查尾部閉鎖器。

4)更換不合格零件及橡膠密封件，更換大麻纖維填料，泵壓檢查密性。

5)2#中間軸前、后法蘭消除間隙后，艉軸將前移3.3 mm以上，為了保證密封裝置壓緊彈簧的預(yù)緊力滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)按圖紙復(fù)查密封裝置的安裝尺寸，艉軸密封裝置殼體與艉軸相對(duì)位置應(yīng)滿足標(biāo)識(shí)尺寸要求。

3.7推進(jìn)軸系對(duì)中

推進(jìn)軸系各檔軸承采用軸承負(fù)荷法校中，主推進(jìn)電機(jī)、經(jīng)航電機(jī)、輪胎離合器與1#中間軸之間用指針法對(duì)中[3-4]，軸承負(fù)荷校中程序要求如下。

1)主機(jī)、中間軸、艉軸、推力軸、螺旋槳等均已定位，軸系安裝連接完畢；中間軸承、推力軸承座安放在預(yù)定位置上，各對(duì)法蘭的連接螺栓全部固緊。在軸承蓋與軸頸之間放置1.5～2倍軸承間隙值的軟墊；固定軸承蓋，將軸均勻壓緊，以保證軸承負(fù)荷減小時(shí)，測(cè)力計(jì)上也能反映出讀數(shù)來。

2)如圖6所示，在安裝測(cè)力計(jì)的螺孔處原底座墊塊不抽出。使測(cè)力計(jì)頂桿剛接觸墊塊，調(diào)整百分表上刻度為“0”位。測(cè)力過程應(yīng)有人統(tǒng)一指揮，每個(gè)軸承有一人負(fù)責(zé)調(diào)整、記錄。

圖6 測(cè)力計(jì)安裝圖

3)各軸承應(yīng)統(tǒng)一旋緊頂壓螺栓，使負(fù)荷都轉(zhuǎn)移到測(cè)力計(jì)上。而在研配螺栓處墊片與軸承座間出現(xiàn)0.05 mm間隙。此時(shí)，記下各測(cè)力計(jì)上的讀數(shù)，查對(duì)測(cè)力計(jì)變形曲線得負(fù)荷值。然后，各軸承一起均勻緩慢地移去測(cè)力計(jì)上的負(fù)荷，并檢查百分表指針回零情況。若重復(fù)測(cè)量2次結(jié)果基本相符，則可通過計(jì)算判斷軸系的對(duì)中質(zhì)量。軸承負(fù)荷超出允許范圍，可在該軸承處改變墊塊厚度，調(diào)整軸承負(fù)荷。軸系對(duì)中合格后，將軸承定位，取出軸承內(nèi)軟墊，軸系安裝全部完成。

4 修后試驗(yàn)

軸系修理完成后，進(jìn)行了系泊、航行試驗(yàn)，檢查軸系的所有機(jī)械、系統(tǒng)和檢測(cè)儀表的工作情況，重點(diǎn)關(guān)注的艉軸密封裝置的泄漏情況，艉軸密封裝置的殼體溫度及泄漏情況，推力軸承、中間軸承和經(jīng)航電機(jī)軸承中的滑油溫度，軸系振動(dòng)情況等均正常，證明了修理方案的可行性。

5 結(jié)束語

為做好某新型軸系纏繞漁網(wǎng)后的故障修理工作，在原因分析基礎(chǔ)上探索實(shí)施了塑料澆注固定艉軸軸承、艉軸玻璃鋼整體包覆和軸承負(fù)荷法與直線法相結(jié)合對(duì)中方法等新技術(shù)，圓滿完成了修理任務(wù)。

為避免螺旋槳被漁網(wǎng)纏繞，建議論證加裝漁網(wǎng)自動(dòng)切割裝置的可行性。另外如果被漁網(wǎng)纏繞，同時(shí)盡量不采用主推而采用輔推倒車的方式，避免軸系過大的受力。

[1] 黃文川. 某型船軸系重大故障的修復(fù) [J]. 中國(guó)修船, 2009(2): 25-26.

[2] 朱宗順,焦明岐. 駐塢船舶軸系對(duì)中滿足浮態(tài)要求的方法 [J]. 中國(guó)修船, 2008(2): 30-32，37.

[3] 姚智剛,李彥強(qiáng),黃佳典. 共振弦檢測(cè)技術(shù)在艦船軸系狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用探討 [J]. 中國(guó)修船, 2008(1): 42-44.

[4] 周偉鴻. 高速艇超長(zhǎng)軸系拉線法校中工藝問題 [J]. 中國(guó)修船, 2002(5): 19-20.

The features of a new type of marine shafting were introduced in the paper.Repair technology plan was made based on analyzing the cause after entangled-nets.The test proved the feasibility of the repair plan.Finally some related suggestions were put forward.

ship;shafting;fault;repair

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.01.003

趙存生(1979-)，男，山東新泰人，講師，博士，研究方向?yàn)檩啓C(jī)工程。

2014-09-15