某船中間軸彎曲故障診斷與修理

葉偉強，陳長青，郭德標

(1.廣州航海學院，廣東廣州 510725;2.中遠遠達航運有限公司，廣東廣州 510623)

某船中間軸彎曲故障診斷與修理

葉偉強1，陳長青2，郭德標2

(1.廣州航海學院，廣東廣州 510725;2.中遠遠達航運有限公司，廣東廣州 510623)

船舶軸系對中狀態直接影響軸承的壽命，并引發軸系振動;軸系對中對柴油機各傳動機構正常工作影響很大。結合某船中間軸彎曲引發的故障案例，對其故障原因及修理展開分析，為同類故障診斷與修理提供借鑒。

船舶軸系;軸承負荷;中間齒輪;拐檔差

船舶軸系在運轉中承受著復雜的負荷，主要有螺旋槳的轉矩及其產生的扭應力，推力及其產生的壓應力，螺旋槳和軸系部件的重量所造成的負荷及產生的彎曲應力。同時船舶軸系還受主機工況變化、螺旋槳振動產生的附加應力和附加負荷。因此如果軸系校中質量不良，則會引起軸承加速磨損，甚至引起船體振動從而引發各種設備、零件的損壞，直接影響船舶的航行安全。影響軸系校中的因素是錯綜復雜的，但其主要影響因素有:軸系中各運動件和固定件的加工精度，軸系安裝時的彎曲狀態，軸端法蘭因自重下垂，船體變形以及軸系的結構設計質量等［1］。本文結合某船中間軸彎曲引發的故障案例，對其故障原因及修理展開分析，為同類故障診斷與修理提供借鑒。

1 事故回顧與原因分析

1.1 事故回顧

某船下水運營2年，某航次停靠希臘某港口，例行檢查發現主機中間齒輪軸承異常磨損 (見圖1)，船方要求廠家派員抵港更換，當時，廠家質疑船方管理不善引發故障，但又缺乏證據。半年后，船抵中國營口港，廠家派員跟進檢查又發現該更換后的中間齒輪軸承磨損嚴重。因此，廠家懷疑軸線對中不良引發傳動齒輪脈動超限致中間齒輪軸承負荷異常而導致磨損異常，后續發生一系列的事件即對此故障現象進行了深入的分析。

圖1 某船軸系示意圖

1.2 中間齒輪軸承異常磨損原因分析

1)對中間齒輪軸承磨損的原因初步分析。由于懷疑軸線對中不良，廠家用承重法對推進軸各軸承進行測量，相關數據見表1。從表1可知，投入使用后的軸承負荷都比投入使用前的要低。經對比分析與出廠值不符，因而懷疑軸線對中不良，見圖2。因此，通過調整推進軸承的位置來調整驅動齒輪與中間齒輪的間隙。由于曲軸軸承難以調整，廠家建議調整中間軸承位置來滿足中間齒輪的間隙，調大間隙以補償軸系脈動產生的沖擊負荷，以減少磨損。

表1 各軸承負荷

2)對齒輪軸承磨損的進一步分析。根據承重測量結果推斷軸線對中不良的判斷，為了進一步證實這判斷，公司機務部門提出在曲軸不同角度來測各軸承的承重，結果出乎意料的是每個角度測得數據皆不相同，同時在某些位置測得個別軸承的承重負荷為無限大 (超出推進承軸本身自重)。這種結果，只有在推進軸彎曲的情況下才會出現此種情形，因而推斷，推進軸系 (艉軸和/或中間軸)極有可能彎曲。

3)檢測推進軸彎曲程度。根據測量結果，對軸系負荷的調整過程中始終達不到預想的效果，經分析只有在艉軸和中間軸變形撓曲的情況下才會出現調整過程中出現的現象。同時，發現艉軸前端軸承磨損嚴重，更進一步說明可能是由于推進軸彎曲所致 (軸線對中不良也不能完成排除)。經過對中間軸擺動量檢測，單邊達到0.95 mm。本船7 m軸長，擺動量0.14～0.35 mm。主機中間齒輪 (過橋齒輪)與凸輪軸齒輪的齒隙也變小，只有0.06～0.16 mm，正常情況下應該是 0.21～0.31 mm［2］。在對曲軸拐檔進行反復測量中，發現在軸系連接螺栓安裝的情況下，主機第6道拐檔差達到-0.245 mm，超過正常許用值-0.15 mm(見圖3)，而在拆掉中間軸連接螺栓的情況下，主機第6道拐檔差滿足要求，恢復到-0.08 mm。至此確認推進軸系(艉軸和/或中間軸)的變形確實存在，需要校正。

2 修理方案的確定

由于兩處軸承磨損完全可以確定是推進軸彎曲所造成。那么推進軸彎曲到底是裝船之前 (如在儲運過程中受力不均或受外力沖擊造成)彎曲還是裝船之后由于動力釋放造成的彎曲。為了查找推進軸彎曲真正原因，機務部門確定對軸線重新對中，結果發現主機曲軸軸線不正。據此可推斷，該推進軸應是裝船前即彎曲，為了與此相匹配在安裝過程對主機軸線位置進行了調整并與之相適應，至此真相大白。而推進軸裝船前彎曲原因超出本文范圍，為避免法律糾紛不予討論。

2.1 修理方案的重點

1)對彎曲的推進軸 (中間軸)進行校正。

2)對主機機座重新調整進行軸線對中。

圖2 軸系對中推算圖

圖3 汽缸拐檔差示意圖

3)對中間齒輪的間隙進行調整。這里重點說明中間軸彎曲校正的方法選擇，一般的校正方法有火攻、冷壓和車削。而火攻及冷壓會產生應力問題，且缺乏相關的技術標準，尤其火攻會改變材質的金相組織，無法滿足其強度應力要求，因此確定用車削的方法進行校正，中間軸的直徑320 mm，經計算其許用最小直徑為312 mm［3］，實際校正過程中僅是軸的直徑加工至318 mm，并對其法蘭表面進行加工校正，重新按規范進行適配。

2.2 具體修理方案［4－5］

1)船舶進塢，抽出中間軸和艉軸，吊出機艙進廠進行中間軸、艉軸的中心線校中 (按照CCS規范要求)，法蘭端面垂直度校正。

2)艉軸承檢查測量，如果磨損超過最大間隙，需要更換艉軸管。

3)進行艉軸管中心線與主機曲軸中心線的對中檢查，如果中心線偏差超過1.87 mm(主機曲軸中心線低于艉軸管中心線)，還要進行主機高度的調整。

4)二次進塢進行安裝，軸系中心線調整，各軸承負荷調整，主機曲軸拐檔差調整 (以上調整均調整到規范允許范圍以內)。

5)主機中間齒輪 (過橋齒輪)間隙重新調整到規范允許范圍內。

3 結束語

綜上所述，可以得到如下結論:推進軸 (中間軸)彎曲是引發中間齒輪軸承和艉軸前端軸承異常磨損的直接原因，同時還發現主機安裝軸線對中不良這個安全隱患。因此，建議在造船過程中，對軸系和機座安裝，修、監造人員必須按規范要求安裝和測量相關數據，不可掉以輕心。船舶營運過程中定期檢查相關軸承狀態及間隙，及時發現問題，防止出現更大的事故。此外，建議船舶檢驗部門修改相關檢驗規范，例如從曲軸不同轉角來測量各軸承的承重，及時發現問題，消除隱患。

［1］林在映.某船艉軸系失中故障診斷與修理［J］.中國修船，2013，26(2):10-13.

［2］ 《輪機工程手冊》編委會.輪機工程手冊 ［M］.北京:人民交通出版社，1992.

［3］中國船級社上海規范所.鋼制海船入級規范 ［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［4］CB/T 3420—1992，船舶軸系修理裝配技術要求 ［S］.

［5］CB/T 3417—1992，船舶尾軸、中間軸、推力軸及聯軸器修理技術要求 ［S］.

The shaft alignment directly affects the prolonging bearings and causes shafting vibration.The shaft alignment influences on diesel engine transmission working normally.The fault case causes by intermediate shaft bending of a ship.Analyze the failure cause and repair process.And serve as a reference to the same problem.

marine shafting;bearing load;intermediate gear;crank deflection

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.04.009

葉偉強 (1963-)，男，廣東惠州人，副教授，碩士，研究方向為輪機工程及輪機新技術應用。

2015-05-19