船舶主機彈性聯軸器故障案例分析

孟相全

（中海油田服務股份有限公司，天津 300459）

0 引言

某海洋石油輪是多用途工程船，船長70.56m，船舶型寬14.80m，型深7.00m。該船采用雙機雙槳可變螺距的推進方式，具備DP2 定位，海上拖帶、油田守護、海上送料值班、海上消防及救生等功能。主機廠家MAN B&W，型號9L27/38，單機功率3060kW，額定轉速800RPM。高彈性聯軸器廠家VULKAN-VKG，型號RATO-S G051W，額定扭矩50kNm，允許轉速800RPM。

1 船舶高彈性聯軸器性能要求

從結構視角，進行高彈性聯軸器設計時，重點應滿足船舶柴油機帶動螺旋槳傳遞扭力的能力，同時滿足承受扭振、縱振、耦合振動的能力，具備柴油機在工作受力狀態下補償位移的能力。從“船、機、漿”配合視角，應具備實用性，滿足目前船舶建造的規范標準要求，高彈性聯軸器的結構模塊化，良好的船舶安裝工藝性。同時應充分考慮船舶的特殊性，多用途工程船的機艙內部設備多空間狹小，高彈性聯軸器要適應方便拆卸和安裝。從船員使用視角，高彈性聯軸器應具備良好的可靠、維修性，必須采用可靠性論證、仿真模擬、設計、驗證等流程。高彈性聯軸器的性能參數包括額定轉矩、最大轉矩、許用變動轉矩。

RATO-S 高彈性聯軸器是各個方向都具有彈性的橡膠聯軸器，主要由橡膠部件、膜片組件及連接件組成，聯軸器的所有連接元件間為無間隙安裝。聯軸器的使用環境溫度為-50～+80℃，橡膠部件的分開式結構保證它有良好的散熱特性，純扭矩傳遞及金屬件與橡膠之間大的接觸面積可有效降低噪聲。所有部件需要遵從以扭振計算為基礎的值，以保證達到符合理想的動態剛度和阻尼特性。

2 高彈性聯軸器故障分析

海洋石油某輪靠泊工況下采用主機定速模式，兩臺主機各自帶動一臺軸帶。在2021年，右主機連接齒輪箱的高彈聯軸器撕裂，無法使用。

2.1 故障經過

海洋石油某輪駕駛臺通知機艙備車，啟動左右主機。兩臺主機經逐步加速至額定轉速800PRM，軸帶發電機勵磁并給側推供電后，檢查各參數正常，主機運轉平穩轉駕駛臺控制。船舶在正常靠泊作業時，突然機艙報警系統發出右主機綜合故障報警。值班輪機員聽見右主機聲音異常，按照應急預案，按下控制臺上的右主機應急停止主機按鈕，停止右主機。右主機停止后檢查高彈，發現高彈有橡膠塊脫落，高彈損壞。此時機艙內已彌漫橡膠磨損味道，高彈紅外測溫溫度117℃。

2.2 故障分析

海洋石油某輪主機選用MAN B&W 的9L27/38型柴油機，與齒輪箱連接的高彈性聯軸器采用的是無錫伏爾康公司生產的RATO 系列高彈性聯軸器，主要由橡膠組件、膜片組件及連接件組成，主要作用是傳遞功率和扭矩，補充徑向、軸向及角向位移，補償旋轉動量的震蕩，調整系統自振頻率，從而起到保護主機、齒輪箱和軸系的作用。在實際使用過程中，基本不需要特別維護，日常檢查保養主要是每月檢查螺栓緊固情況、橡膠塊外表面狀況及軸系振動等情況，一般在修船時進行拆解檢查。造成這種故障的原因，右主機在800RPM、0 螺距的工況下，發生高頻游車現象，扭振、振幅急劇增大，超出聯軸器許可值而造成聯軸節撕裂。造成主機在800RPM、0 螺距的工況下，發生高頻游車現象的具體故障原因還需進一步分析論證。停車后立即對右主機及齒輪箱系統做進一步檢查，發現右主機飛輪端高彈性聯軸器出現貫穿性裂紋，如圖1所示。

圖1 高彈聯軸器故障現場

2.3 故障處理

高彈性聯軸器對中調試，應盡可能把對中調至最好狀態，特別是剛性安裝的船舶柴油機，在冷態下安裝高彈性聯軸器時，對中安裝公差值由設備廠家（高彈性聯軸器生產廠家）確定。安裝高彈性聯軸器需要同時滿足徑向、軸向、角度三方面的要求，如圖2 所示，測量調整如圖3 所示。

圖2 高彈性聯軸器對中要求

圖3 安裝高彈聯軸器滿足的三方面要求

安裝高彈聯軸器的橡膠部件之前，須進行徑向、軸向和角度方向對中檢查，按照式（1）、式（2）、式（3）進行計算，計算結果需滿足高彈性聯軸器安裝許用公差值：

徑向、軸向、角向、位移低于規定許用公差，要求如表1 所示。

表1 高彈性聯軸器安裝許用公差

2.4 采取措施

根據主機在800RPM、CPP 在0 螺距的工況下發生的高頻游車現象，聯系調速器WOODWARD 廠家的高級工程師，協調到船調試時間。同時聯系CPP 廠家工程師，委派自動化工程師對CPP 控制箱及其系統和調速控制系統檢查。WOODWARD 服務工程師到船。裝備部人員、調速器廠家高級工程師與船上人員溝通，詳細地了解故障經過及當時主機等主要設備運轉狀況，制定調試方案，以及調試時的互相配合和注意事項。主機調速系統調試順利完成。

試車結束后召集輪機部人員召開安全會議，圍繞該船高彈存在的不穩定因素，再次重申安全操作，加大機艙巡回檢查力度，強調備車時從主機啟動至操控轉駕駛臺后用車的這個時間段，主機旁必須留專人值守。強調備車時的應急處理措施。強調主機高彈聯軸器和調速系統的維護和檢查，把PMS 的維護保養落到實處。依據采油公司裝備部的意見，針對主機高彈故障問題，召開了“右主機高彈故障研討會”，參會人員主要有主機生產廠家（MAN B&W）、聯軸器生產廠家（VULKAN-VKG）、調速器廠家（WOODWARD 公司）、可調槳CPP 廠家（肖特爾公司）等專家以及海油系統內專家。針對此次右主機高彈故障，深入分析造成故障的原因，總結以后使用保養的注意事項。高彈性聯軸器的故障不是單一故障，是一個系統性故障。經綜合考慮分析，造船設備選擇“改以往單一供貨方式而向成套供貨方式發展”船舶推進裝置，除了主機外，還需其他相關的傳動設備，包括聯軸節、齒輪箱、離合器、軸系、艉軸密封裝置、螺旋槳、自動控制設備等，由一個供應商完成設計、制造、配套并交貨，易于做到動力裝置配套合理，尤其方便安裝、調試及售后服務工作，對船廠和船舶所有人均有好處，這也是目前被船廠和船舶所有人采用的供貨模式。

3 高彈性聯軸器管理及優點

高彈性聯軸器可以補償主動軸與從動軸的中心位移（因振動、沖擊引起的位置微量彈性變化）、緩沖和吸振從而實現減振降低噪聲。高彈性聯軸器具備十大優點：允許一定的平行和角向不對中；傳遞功率；易裝拆；可以用作扭振減振器和吸收扭力沖擊；可減少由于不對中而造成的軸承橫向附加負荷；允許軸向有少許移動，軸不對中時亦無推力從一側機械傳遞到另一側機械；彈性聯軸節與軸的剛性連接，不會對軸產生損壞或摩擦腐蝕；彈性元件能經受內部運轉產生的熱量和溫度，不會影響周圍環境；在啟動時，有助于機械越過振區內產生不對中時的運行狀態；超負荷時彈性聯軸節先受損，可保護主機械不受損[1-4]。

4 結語

該故障表明，高彈聯軸器故障檢查，實際上是包括柴油機、調速器、變距槳等系統聯合的調試檢查，該故障使一線管理人員和機務管理人員形成了系統化的管理思維，對船舶建造中設備的采購，提出“單一供貨方式向集成供貨方式”轉變，有一定的參考價值。