H2531船艉軸單軸承高溫分析

徐鎮鎮，楊瑞杰，張建龍

(江南造船(集團)有限責任公司，上海 201913)

2017年8月21日,在10#碼頭1#泊位進行21 000 m3LPG系列首制船H2531主機動車系泊試驗時，主機以30～40 r/min啟動運行約2 min后，集控臺收到艉軸承溫度高的報警信號。調試員發現高溫報警信號后立即停車，對艉管滑油系統、冷卻水系統、艉軸溫度傳感器及艏艉吃水等容易造成艉軸溫度傳感器報警的地方再次核查，經檢查確認均處于正常狀態后，再次啟動主機，運轉約1 min，發現艉軸承溫度急劇升高，再次停車，做進一步檢查。

1 軸系簡介

21 000 m3LPG船是單軸系民用船舶，其軸系布置圖見圖1，動力系統采用尾機型單機直接推進。軸系主要包括：主機1臺 ，中間軸1根，艉軸1根及定距無鍵螺旋槳1只,中間軸上裝有1只浮動式多油楔的中間軸承。艉軸承僅有艉軸后軸承，且軸承為白合金滑動軸承，與艉軸管采用0.03～0.05 mm 的過盈配合。艉軸承的滑油系統為泵循環潤滑，滑油在冷卻水艙中自然冷卻，艉軸管前后分別裝有密封裝置，后密封為氣體密封。

1-定距無鍵螺旋槳；2-艉軸承；3-艉軸；4-密封裝置；5-中間軸；6-中間軸承；7-主機圖1 軸系布置示意圖

2 軸系檢查

造成船舶艉軸承高溫報警的具體原因尚不明確，但是通過分析發現造成艉軸承高溫報警的疑點有很多種，為了找到最終原因，只能用排除法對可能引起艉軸承高溫報警的疑點逐項摸底排查。引起艉軸承高溫報警的疑點大致分為2類，一類疑點需船舶靠泊在碼頭上排查；另一類疑點需要船舶入塢檢查。為了盡可能用較小的代價把事故原因找到并把問題處理好，經過多方討論，決定先在碼頭對引起艉軸承高溫的幾個疑點進行排查，若排查結束后引起艉軸承高溫報警的原因還未完全確認，只能將船舶重新入塢進行軸系拆檢。

2.1 靠泊碼頭檢查

1)軸系負荷檢查。按照工藝要求調整好船態后，復測軸系負荷。復測結果顯示主機后三道軸承負荷、中間軸承負荷，以及主機各缸甩檔均在工藝允許范圍以內。特別是中間軸承受力為87.8 kN，完全符合中間軸承82.20 kN±16.44 kN的受力要求。

2)艉管滑油系統通暢性檢查。利用艉管滑油循環泵對整個系統進行通暢性檢查，艉管滑油循環泵在運轉時壓力表指針讀數正常；停泵拆檢艉管滑油循環泵濾器，發現濾芯表面無異物附著，表明艉管滑油系統運轉正常。

3)艉管滑油取樣檢查。艉管滑油取樣檢查分為目測檢查和理化實驗。油樣沉淀6 h后，目測油樣正常、無乳化和金屬沉淀物出現；在目測油樣的同時，另一份油樣送理化實驗室，用來進一步檢查艉管滑油水分和顆粒度，油樣檢測結果表明，艉管滑油水分和顆粒度均在標準范圍內，可排除由于艉管滑油水分超標或油太臟引發艉軸承高溫的可能性。

4)溫度傳感器檢查。再次對艉軸承溫度傳感器進行絕緣測試，溫度傳感器工作正常。

5)艉軸相對軸系中心線偏移量檢查。艏密封拆除后，用內徑千分尺測量艉軸距艏密封內孔之間的相對距離，如表1所示。

表1 艉軸距艉管艏密封內孔距離記錄表 mm

對測量數據分析發現，艉軸在艏密封內孔處產生了較大的偏移量，在該處艉軸中心相對于內孔中心向上偏移了1.520 mm，向右偏移了0.245 mm，翻閱軸系計算書發現艉軸在艏密封內孔處艉軸中心應比內孔中心低0.050 mm。艉軸的正確對中是軸系校中的基礎，如果艉軸相對軸系中心偏移量較大可能會造成艉軸承磨損，為了進一步鎖定艉軸承高溫報警原因以及確認艉軸承的完好狀態，決定加大軸系拆檢力度。

2.2 入船塢檢查

2017年8月31日，H2531船在拖輪帶動下緩慢地進入船塢，待船入塢落墩后，施工人員晝夜施工進行軸系拆檢工作。

1)艉軸承檢查。如圖2所示，艉軸退出后，發現艉軸承局部發生嚴重磨損。磨損區域主要位于艉軸承底部4點鐘到8點鐘方向之間，磨損區域長度從軸承艉部往前約280 mm，艉軸承其他部位狀態良好。

圖2 艉軸承磨損圖

對艉軸承殘留物檢查發現，殘留物不能被強力磁鐵吸附且殘留物內沒有其他雜質，表明該物質為巴氏合金燒融物。與此同時，對艉軸管腔里面再次檢查發現腔室里面沒有其他異物，排除艉軸承由于艉軸管腔室有異物引起軸承高溫的可能。

2)軸系復照光檢查。如圖3所示，軸系復照光進一步復查艉軸承斜率和軸系校中等數據。復照光報告顯示，艉軸承斜率完全滿足設計規范要求，而主機飛輪端中心點高出艉軸管中心線4.0 mm，但是該船軸系校中工藝模型要求主機飛輪端的中心比理論軸線中心線低2.2 mm(見圖4)。綜合復照光報告數據和軸系校中工藝模型可得出：H2531船主機飛輪端中心實際高度比理論軸線中心線高6.2 mm。通過軸系復照光再次佐證了導致該船艉軸承高溫報警的原因來自于軸系校中。

圖3 軸系復照光

圖4 軸系校中工藝模型

3 艉軸承磨損的原因分析及修復

3.1 艉軸承磨損原因

對比測量的數據與軸系校中模型及計算書中各點的要求，可發現H2531船的主機和中間實際軸位置遠比理論軸線高很多，從而帶動了艉軸前端上翹，導致艉軸與艉軸承接觸點往后移動，造成艉軸與艉軸承的接觸面積縮小，進而使艉軸承單位面積承壓過大以及軸系在運轉過程中艉軸后端無法與艉軸承建立正常的潤滑關系，艉軸承在軸系運轉過程中瞬間發生艉軸承高溫報警和軸承磨損的事故[1]。

3.2 艉軸承磨損原因分析

主機和中間軸位置高出理論數據較多是造成事故發生的原因，而致使主機位置高出理論數據如此多的原因在于未進行合理有效的軸系校中。軸系校中主要分為軸系對中和軸系負荷調整兩環節，任一環節出現問題都會導致艉軸溫度傳感器感溫報警及艉軸承磨損。

查閱軸系施工記錄及詢問H2531船軸系校中施工人員，發現施工人員在軸系對中交驗結束后，在調整軸系負荷時，通過調整中間軸承和主機位置高低，使主機后三道軸瓦和中間軸承的負荷數據在工藝要求范圍內。如圖1所示，H2531船艉軸僅有艉軸后軸承，無艉軸前軸承，在僅有艉軸后軸承的船舶軸系負荷調整時，不能按照艉軸裝有雙軸承的軸系方法進行。艉軸單軸承軸系負荷調整只能通過調整主機自由端和飛輪端的高低，使主機后三道軸瓦及中間軸承負荷滿足工藝要求，而不能通過同時調整中間軸承和主機高低位置，使軸系負荷數據滿足工藝范圍。

H2531船軸系負荷調整時施工人員調整了中間軸承的高低位置致使艉軸、中間軸和主機的位置一起跟著變動，進而導致艉軸與艉軸承之間的間隙和接觸面積以及艉軸、中間軸和主機的實際位置相對理論軸系發生變動；最終錯誤的軸系負荷調整致使艉軸承在軸系運轉時損壞。

3.3 軸系修復

完成艉軸承換裝以及螺旋槳重新安裝等工作之后，H2531船于2017年9月13日出塢，重新按照工藝要求進行軸系校中，主機環氧澆注等工作，具體情況如下。

船態調整好后,先實施軸系校中工作的第一個環節軸系對中，用油頂在艉軸法蘭的正上方施加2 000 kg向下的載荷，測量艉軸相對于參考鐵棒的縱向及水平距離,把測量結果和下水前的測量結果進行對比[2],如果結果沒有偏差,表明艉軸在下水的過程中沒有位移,如果有偏差,表明螺旋槳軸出現了位移,調整艉軸使它恢復到下水前的對中狀態,艉軸對中示意圖如圖5所示。

圖5 艉軸對中示意圖

軸系對中示意圖如圖6所示，通過間隙和位移(gap & sag)方法調整中間軸和主機,使中間軸相對于艉軸，主機相對于中間軸進行校中，也就是使兩對沒連接的法蘭面的縱向gap & sag 值滿足軸系校中計算書的要求[3]。

軸系連接螺栓安裝結束后，開始負荷調整測量。軸系負荷調整前，先把中間軸承的上軸瓦蓋拿開(如果有上軸瓦也拿開)，然后不斷調整中間軸承的頂高螺絲和側向調整螺絲，使艉軸相對于參考鐵棒還原到下水前的對中狀態[3]。中間軸承的高低位置和左右間隙確定后，鎖緊頂高螺絲和側向調整螺絲，開始調整測量主機后三道軸瓦和中間軸承的負荷數據，根據測量數據實際情況抬升和降低主機的自由端與飛輪端，使軸系負荷最終數據滿足工藝要求。

圖6 軸系對中示意圖

4 修后試驗及使用情況

2017年9月25日至30日，H2531船進行了為期5天4夜的航行試驗。在航行試驗過程中，船舶軸系在輕載和滿載狀態下經過了正車、倒車、全速、半速，甚至超速等各工況運行試驗，艉軸承溫度始終維持在30～35 ℃之間。在航行試驗過程中，軸系各項指標均符合設計規范要求，該船已經投入運營兩年多，軸系一直處于良好的運行狀態，未再出現過其他故障，其姊妹船也陸續順利交付運營。