某型船推力軸承高溫報警故障排查及解決措施

張鵬鷹 李繼章

摘 要：該文針對某新型大型船在試航過程中出現的推力軸承高溫報警故障，通過對推力軸承冷卻系統檢查、推力軸承內部熱電偶、油位、推力片檢查、推力瓦間距的測量、推力軸承內置冷卻器拆檢、推力軸承溫升數據分析、熱平衡換熱計算等一系列的排查和分析，確定了高溫報警故障的原因，并通過外加冷卻器的方法最終徹底解決了推力軸承高溫報警問題。

關鍵詞：推力軸承 推力軸 推力軸盤 推力瓦 冷卻模塊

中圖分類號：U664 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（b）-0001-02

某新型大型船為新研制的船型，采用的推力軸承亦為新研設備，首次實船應用，是該型船軸系的關鍵設備，承載著船舶前進和倒退全部軸系動力的傳輸。在船舶航行中，推力軸承溫度過高會造成連鎖自動停車、船舶失去動力，嚴重時會引起燒瓦抱軸等嚴重的事故。該型船首航過程中，在進行船舶進五工況試驗時出現了推力軸承高溫故障報警。通過對推力軸承冷卻系統檢查、推力軸承內部熱電偶、油位、推力片檢查和推力瓦間距等的測量、推力軸承內置冷卻器拆檢、推力軸承溫升數據分析、熱平衡換熱計算等一系列的排查和分析計算，確定出是因推力軸承內置冷卻器冷卻面積不夠而導致的高溫報警故障，并通過外加冷卻器、管路及閥件等手段最終徹底的解決了此故障。

1 故障現象

該型船使用的推力軸承型號為TZ300-00，溫度預報警設定值為75℃，分別在機艙機柜、集控室、駕控臺進行顯示及報警，設定的緊急停車溫度值為85℃，達到緊急停車設定值時集控臺自動進行緊急連鎖停車。在該型船試航過程中進五工況試驗約35 min時，出現了2#推力軸承75℃高溫報警，報警后集控室人員進行了停車處理，記錄了故障溫度。及時對推力軸承及其潤滑、冷卻系統進行了檢查，符合圖樣原理要求且管路無堵塞情況。為進一步查找故障原因，在推力軸承溫度降至30℃后，在保障裝備安全并有專人對裝備數據進行監測的情況下，進行故障重現。對進一至進五、倒一至倒三各工況進行了試驗，發現在進一至進四、倒一、倒二工況無故障產生，推力軸承溫度保持在66℃范圍內，在進五、倒三工況時溫度上升幅度很快，1#推力軸承也存在同樣問題。

2 故障分析及故障排查

推力軸承是船舶軸系動力傳輸的關鍵設備，出現問題處理不當會給航行帶來連鎖自動停車、船舶失去動力，燒瓦抱軸等一系列的嚴重事故。高溫報警問題出現后，我們第一時間內展開了故障排查和故障分析工作。首先需確定熱量的來源。推力軸承結構如圖1所示，在工作時推力軸是運動的，前后推力瓦靜止的，通過支承塊組件調整與推力軸盤的間隙，在間隙內形成油膜。主機輸出的扭轉力矩，通過推力軸傳輸給螺旋槳。螺旋槳的推力又通過推力軸承傳輸到船體，以實現船舶前進和倒車。推力軸承受力復雜。旋轉推力軸與螺旋槳的推力又通過靜止的前后推力瓦摩擦產生大量熱量。推力軸承底部的滑油油液經推力軸的旋轉帶動，噴灑在推力軸承上方分油盤內，經分油盤分至推力軸和推力瓦上方各部位，對旋轉推力軸、靜止的推力瓦冷卻和潤滑，工作后帶有熱量的滑油靠重力回流至推力軸承底部。外接的冷卻海水在底部設置的滑油冷卻器內腔流通，通過換熱帶走滑油油液中的熱量，將滑油冷卻至工作溫度。通過分析推力軸承的熱量來源和冷卻原理以及出現的故障現象，分析故障原因如下。

第一，檢查外部冷卻管路的暢通性。故障產生時雖已進行過檢查，但考慮到試驗過程安全性，沒有進行管路拆卸徹底檢查，假如管路內部不暢通未及時帶走產生的熱量也是會造成故障的一個原因。

第二，檢查溫度傳感熱電偶工作是否正常。假如熱電偶傳感過程有故障，其傳輸到機柜、集控臺和駕控臺溫度就不會是準確的，或者是熱電偶在66℃以上區間產生錯誤信號。

第三，檢查推力軸承內部滑油量是否超標或不足。油液過多會導致油液循環不暢，影響滑油冷卻器的熱交換效果，油液不足也會導致溫度超標，無法及時帶走熱量。

第四，推力軸盤與推力瓦間隙是否滿足前后軸瓦總間隙0.50～0.70 mm的要求。調整的間隙過小會產生油膜建立不順暢，摩擦加劇導致熱量增加溫度上升。

第五，檢查滑油冷卻器熱交換效果是否良好。冷卻盤管表面或內部存在污垢的情況下會造成換熱效果不好，另外內部假如有堵塞存在同樣會影響換熱效果，造成軸承溫度上升。

在分析出以上幾種可能產生故障的原因后，對以上幾方面進行了詳細謹慎的排查。

第一步，對外圍的管路和溫度傳感熱電偶進行了排查。通過拆檢管路及閥件，發現沒有阻塞和不暢問題存在，管路符合設計原理、管路安裝及墊片選擇滿足工藝要求，排除了冷卻管路的影響。對溫度傳感熱電偶進行檢查。將軸承上的熱電偶拆卸下來，分別對1#、2#推力軸承的前后軸瓦熱電偶通過油液加溫的方法模擬進行了溫度測量，溫度誤差控制在±1℃范圍內，滿足工作要求，排除了傳感熱電偶的故障原因。

第二步，對推力軸承內部的油位和推力軸盤與推力瓦間隙進行檢查。通過油尺檢查軸承內部滑油油位未超標和不足，油量控制在160L左右油位范圍內，排除了因油量過多或過少導致的滑油換熱效果因素。通過塞尺對推力軸盤與推力瓦的間隙進行了實際測量，其間隙滿足前后軸瓦總間隙控制在0.50～0.70 mm的要求，油膜建立正常，未發現因溫度高造成磨損的痕跡。

第三步，將推力軸承內部滑油排空后，對內置的滑油冷卻器進行了拆檢。通過檢查，發現盤管完好，內外壁光潔無污垢，疏通檢查沒有堵塞存在。這就又排除了因冷卻盤管堵塞和換熱表面存在污垢，從而導致的換熱效果差的故障因素。

通過以上分析和排查，以上幾種因素導致的推力軸承溫度過高因素全部排除。最后將故障的焦點落到推力軸承設計是否合理上。因此，對推力軸承的內部結構和生產計算書進行了仔細核查和計算，在核查其計算滑油冷卻器盤管熱交換面積時發現，推力軸承的換熱公式為：

A=Q/K（Tr-△t）

式中：A為換熱面積，Q為總換熱量，K為導熱系數（銅導熱系數為401W/mK），Tr為熱介質的平均溫度，△t為冷卻介質的平均溫度。

經仔細核對冷卻盤管計算書數據發現其采用的△t溫度為18℃，而試航過程中海水的平均溫度為22℃，通過使用兩個溫度值計算發現換熱面積A的值相差近35%，由此確定為滑油冷卻器冷卻盤管冷卻面積不夠，從而導致在進五和倒三工況高轉速、力矩作用力大的情況下熱量不能及時由冷卻海水帶走，導致滑油溫度上升出現推力軸承在進五和倒三工況高溫故障。

3 故障解決措施

故障原因找到后，對冷卻盤管冷卻面積如何達到滿足要求的冷卻面積只有兩中解決辦法：一是重新制作冷卻面積達標的滑油冷卻器盤管；二是外加一套外置冷卻器實現將滑油冷卻下來的效果。第一條方案因軸承底部空間設計時未留有加大冷卻盤管的足夠間隙，且拆裝固定盤管需將軸承拆解，對此方案給予了否定。決定采取外加冷卻器的方案。由推力軸承廠配套提供一套外置冷卻模塊，冷卻模塊包括一用一備兩臺滑油泵、一臺冷卻面積符合要求的滑油冷卻器，以及集成在模塊內部的過濾器、閥件、管路組成（圖2中虛線框內即為冷卻模塊部件）。推力軸承內置冷卻器對流回底部的油液進行預冷卻。經預冷卻后的滑油，由油泵自推力軸承底部預留的接口抽出至模塊內滑油冷卻器冷卻。滑油經冷卻后自推力軸承頂部噴入軸承內部的分油器內，經分油器將冷卻后的滑油分至推力軸承各潤滑部位。實現了加大滑油冷卻器冷卻面積的同時，將滑油的內循環變成強制外循環，提高冷卻效果。冷卻模塊安裝、相應滑油和海水管路更改敷設完畢后，通過各種工況下的航行試驗，推力軸承溫度在各種工況下控制在了65℃以下范圍內，裝備工作狀況良好。

4 結語

通過對推力軸承高溫報警故障的分析和處理可以看出，對某一故障要準確的確定故障點，必須對其結構和工作原理有清晰的了解，從原理入手，先易后難、先外圍后系統的去逐步分析排查產生此故障的問題點，排查不到問題時，產品生產計算書也是要重點分析的對象，不能盲目忽略產品生產時計算錯誤的因素。

參考文獻

[1]胡漢平.熱傳導理論[M].中國科學技術大學出版社，2010.

[2]沈維道，童鈞耕.工程熱力學[M].4版.北京：高等教育出版社，2007.