作者：中交四航局江門航通船業(yè)有限公司    祖恩輝

以潤(rùn)滑形式區(qū)分，艉軸艉管裝置有水潤(rùn)滑及油潤(rùn)滑兩種。

以潤(rùn)滑系統(tǒng)不同區(qū)分，有開式水潤(rùn)滑及閉式水潤(rùn)滑或閉式油潤(rùn)滑。

圖1 開式水潤(rùn)滑艉軸艉管裝置

圖1為開式水潤(rùn)滑艉軸艉管裝置，適用航行于水質(zhì)潔凈、不含泥沙的水域的船舶。

這種形式的艉軸艉管裝置只有首密封裝置，以防止海水涌入船內(nèi)。

圖2 閉式水潤(rùn)滑艉軸艉管裝置

圖2為閉式水潤(rùn)滑艉軸艉管裝置，由艉管、白合金軸承、首尾密封裝置、油柜及其管路等系統(tǒng)組成，以滑油為冷卻和潤(rùn)滑劑。

由于是閉式結(jié)構(gòu)，有效地將泥沙水進(jìn)了隔離，避免了泥沙對(duì)軸和軸承的磨損，延長(zhǎng)了艉軸和軸的使用壽命[1-2]。

然而，傳統(tǒng)船舶油潤(rùn)滑在實(shí)際營(yíng)運(yùn)中存在著不同程度的泄漏，我國(guó)現(xiàn)行有關(guān)船舶艉軸密封（對(duì)油潤(rùn)滑）裝置安裝（檢驗(yàn)）標(biāo)準(zhǔn)（JT/T 286—1955、JT/T 3419—1992）艉軸密封的泄漏允許量2～3滴/分鐘。

據(jù)實(shí)船統(tǒng)計(jì)，一艘總功率在440kW～880kW的雙機(jī)在航船舶，一年所消耗的艉軸滑油約為150kg～300kg[3]。

僅三峽庫(kù)區(qū)，常年運(yùn)行的船舶數(shù)量在9 000艘以上，一年排出的滑油達(dá)數(shù)千噸，對(duì)于長(zhǎng)江的污染更大而對(duì)于海洋的污染更是觸目驚心。

在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)政策明文規(guī)定，在內(nèi)河航行的船舶，不準(zhǔn)采用油潤(rùn)滑艉管系統(tǒng)，從而解決漏油對(duì)水域的污染。

2013年美國(guó)環(huán)保署（U.S Environmental Protection Agency，EPA）為防止?jié)櫥托孤?duì)海域造成污染，在最新發(fā)布的船舶通用許可（Final 2013 VGP）中指出，所有進(jìn)入美國(guó)水域（沿海3 n mile）船舶在油水界面上必須使用環(huán)保潤(rùn)滑油（EAL），當(dāng)船舶不在干塢時(shí)應(yīng)盡可能少地對(duì)艉軸管密封裝置進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

這無形中提高了船舶的運(yùn)營(yíng)成本，一旦造成大面積泄漏，將面臨天價(jià)的處罰。

而采用水潤(rùn)滑軸承則可以很好地解決令人棘手的環(huán)境問題[4]。

一、第一次海試故障描述

為荷蘭船東Seatrade建造的4 600載重噸果汁運(yùn)輸船船長(zhǎng)99.90m，寬15.40m，型深8.75m，配備2個(gè)貨艙和12個(gè)獨(dú)立液貨艙，入級(jí)法國(guó)船級(jí)社（BV）。

該船最大亮點(diǎn)是采用絕緣液貨艙保護(hù)液貨艙不受細(xì)菌污染，液貨艙配備獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)，使液貨艙保持-10℃～0℃的低溫狀態(tài)。

該船原動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)采用國(guó)內(nèi)首次采用的閉式水潤(rùn)滑（后改為油潤(rùn)滑）和艉管單軸承設(shè)計(jì)，整個(gè)軸系的負(fù)荷依靠艉軸承和齒輪箱軸承進(jìn)行負(fù)荷分配[5]。

該船試航中，在進(jìn)行船舶慣性試驗(yàn)和主機(jī)緊急停車（即：船舶全速前進(jìn)到船舶倒車直至停車）這個(gè)試驗(yàn)后，艉管水潤(rùn)滑裝置流量計(jì)顯示艉管內(nèi)循環(huán)的淡水流量出現(xiàn)異常，同時(shí)觸發(fā)重要故障報(bào)警（濾器堵塞報(bào)警），主機(jī)連鎖開始減負(fù)荷后停車，船廠馬上停主機(jī)，檢查發(fā)現(xiàn)艉管水潤(rùn)滑水柜已沒有水。

這時(shí)開始排查故障，首先檢查管子系統(tǒng)沒有泄漏，與之相關(guān)的艙室也沒有泄漏，再往水柜內(nèi)加入淡水，15min內(nèi)基本漏光。

由于當(dāng)時(shí)船舶航行在禁錨區(qū)邊緣，與船長(zhǎng)溝通航行安全問題后，和服務(wù)商溝通后，決定往水柜不斷加水，主機(jī)動(dòng)車前往錨地，由于水柜容量限制，每次加水后只能堅(jiān)持15min，主機(jī)必須停車，共加了3次水，船舶才航行到達(dá)錨地，等待拖船。

1、進(jìn)塢后對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行檢查

船舶進(jìn)塢后檢查艉密封情況，發(fā)現(xiàn)艉密封進(jìn)塢檢查后發(fā)現(xiàn)，槳轂與防護(hù)罩漁網(wǎng)刀之間明顯出現(xiàn)下沉，漁網(wǎng)刀已刮到槳轂，設(shè)計(jì)原間隙有5mm左右，可以推測(cè)軸承已磨損約5mm，見圖3。

圖3 軸承磨損情況

由圖3可知，軸承磨損嚴(yán)重，對(duì)此現(xiàn)象的可能性分析如下：

1）軸封先壞，軸承接著燒毀。

軸承在船舶急停的過程中，軸封瞬間損壞（橡膠翻出），造成潤(rùn)滑系統(tǒng)的水分流失，系統(tǒng)內(nèi)的水全部流入海里，同時(shí)造成艉軸軸承潤(rùn)滑不足，軸承燒毀。

2）軸承由于潤(rùn)滑不夠，燒毀后軸系產(chǎn)生位移，超出了軸承的承受極限，造成軸承橡膠翻出，潤(rùn)滑系統(tǒng)內(nèi)的水分從艉軸封處流失，潤(rùn)滑水柜內(nèi)的水全部流入海里。

同時(shí)加快了軸承燒毀的速度。

3）由于船廠下水后對(duì)中不好,造成軸承磨損， 并引起軸封損壞。

4）由于齒輪箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠或者艉軸轂處船體變形，造成軸系中心線變化，造成軸承磨損，并引起軸封損壞。

在沒有明確問題產(chǎn)生的原因時(shí)，任何的推測(cè)都是有可能的。

2、對(duì)故障的處理結(jié)果

進(jìn)塢檢查后發(fā)現(xiàn)艉軸承已經(jīng)損壞，故艉軸承是必須更換新軸承。

更換艉軸承后，因?yàn)闊o法還原當(dāng)時(shí)的對(duì)中狀態(tài)，沒辦法檢查對(duì)中情況。

在與船東船檢等溝通后，決定將艉軸總成插入艉管內(nèi)，檢查艉軸與齒輪箱的開口偏移情況和軸系負(fù)荷試驗(yàn)情況，來決定和判斷齒輪箱是否需要調(diào)整，并判斷原對(duì)中情況。

在這里需要再次強(qiáng)調(diào)該船型軸系受力布置及軸系負(fù)荷試驗(yàn)的特殊性，該船型為艉管閉式水潤(rùn)滑形式，見圖4。

圖4 本船閉式單軸承水潤(rùn)滑形式

從圖4中可以看出，該軸系與傳統(tǒng)軸系最大區(qū)別就是艉管只有艉軸承，設(shè)計(jì)時(shí)取消了艏軸承，由艉軸承和齒輪箱軸承承受整個(gè)軸系的負(fù)荷，故齒輪箱與中間軸的對(duì)中和齒輪箱處的受力顯得尤為重要（因艉軸承的受力無法檢測(cè)，負(fù)荷試驗(yàn)只做齒輪箱處的受力情況分析）。

圖5 首尾密封的安裝形式

從圖5中看出，軸封的密封形式由傳統(tǒng)的骨架密封，改為該船這種依靠特殊材料端面密封形式。

在軸線出現(xiàn)較大偏移時(shí)，軸封處橡膠超過其承受極限，從軸封凹槽處翻出，破壞了其密封性。

艉管內(nèi)的冷卻水從密封翻出處流出產(chǎn)生故障。

在卡特工程師的指導(dǎo)下進(jìn)行預(yù)頂升，測(cè)得艉軸與齒輪箱對(duì)中數(shù)據(jù)：

GAP=0.60，SAG=1.50（理論值GAP=0.68，SAG=2.68），從數(shù)據(jù)中看出，外圓SAG與理論值相比相差1.1 mm。

繼續(xù)進(jìn)行軸系負(fù)荷試驗(yàn)，測(cè)得齒輪箱處負(fù)荷數(shù)據(jù)為24.3 kN，在理論值20%之內(nèi)。

同時(shí)歐洲卡特軸系專家指出，齒輪箱基座需加強(qiáng)，經(jīng)過溝通后船廠增加的齒輪箱基座加強(qiáng)見圖6和圖7。

圖6 軸系負(fù)荷圖

圖7 齒輪箱基座受力及加強(qiáng)圖紙

圖7可以看出，船廠對(duì)齒輪箱基座進(jìn)行了加強(qiáng)。

在經(jīng)過加強(qiáng)后，進(jìn)行中間軸與齒輪箱的對(duì)中，經(jīng)檢測(cè)軸系負(fù)荷試驗(yàn)齒輪箱的受力在要求的范圍內(nèi)，調(diào)整齒輪箱的位置重新澆注環(huán)氧。

二、第二次試航情況描述

船舶進(jìn)行第二次試航，在試航前由于對(duì)閉式水潤(rùn)滑系統(tǒng)的穩(wěn)定性仍存在一定懷疑，與軸系供應(yīng)商委派的專家進(jìn)行了溝通，在碼頭進(jìn)行軸承預(yù)磨工作，在怠速情況下，使軸與軸承充分接觸，達(dá)到最佳的接觸效果再進(jìn)行海試。見圖8。

圖8 水潤(rùn)滑裝置濾器里濾渣

海試過程中，由于濾器堵塞報(bào)警，水潤(rùn)滑單元的濾器仍然需要頻繁地清洗，情況較之第一次試航要好一些，但是頻繁報(bào)警無人機(jī)艙無法報(bào)驗(yàn)，只能做完其他項(xiàng)目返航。

三、第三次試航情況描述

歷時(shí)5個(gè)月后，在船東、軸系供應(yīng)商及船廠進(jìn)行三方會(huì)談后，認(rèn)為閉式水潤(rùn)滑和艉管單軸承的設(shè)計(jì)形式存在較大的不確定性，考慮到成本和時(shí)間等綜合因素，最終將艉管艉軸承的材料改為傳統(tǒng)的巴士合金油潤(rùn)滑。見圖9。

圖9 艉軸修復(fù)和新軸承安裝

在對(duì)艉軸進(jìn)行修復(fù)，軸承進(jìn)行更換后進(jìn)行了最后一次試航，最終試航順利，軸承運(yùn)行溫度穩(wěn)定在35°左右。

四、結(jié)論

雖然最終通過更換軸承，由閉式水潤(rùn)滑改為閉式油潤(rùn)滑將問題解決，但是船舶的軸系設(shè)計(jì)理念在改變，綠色環(huán)保原生態(tài)，是今后設(shè)計(jì)的主題。

在探索新設(shè)計(jì)，新理念的時(shí)候，難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

將原傳統(tǒng)的艉管閉式油潤(rùn)滑改為閉式可降解生物油潤(rùn)滑或者水潤(rùn)滑，在艉軸管發(fā)生泄漏的時(shí)候，可以避免不可降解的滑油造成水質(zhì)污染。

但是生物油或者水在軸系運(yùn)行中，難以達(dá)到滑油的潤(rùn)滑效果，油膜難以形成。

在軸系潤(rùn)滑設(shè)計(jì)中，必須考慮諸多潤(rùn)滑系統(tǒng)、潤(rùn)滑方式方面的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國(guó)船級(jí)社. 鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范[S]. 2009

[2] MSC. PATRAN & MSC, NASTRAN 使用指南[K].2002

[3] 謝夢(mèng)斌, 朱漢華, 張夢(mèng). 供水特性對(duì)水潤(rùn)滑橡膠軸承襯套的影響[J]. 船舶工程, 2021, 43(1): 61-66.

[4] 徐琛, 范依澄, 牟璇. 橫搖下彈性安裝動(dòng)力裝置聯(lián)軸器補(bǔ)償特性[J]. 機(jī)電設(shè)備, 2023, 40(1): 68-75.

[5] 龍慎文, 王優(yōu)強(qiáng), 周亞博, 等. 水潤(rùn)滑螺旋階梯腔艉軸承的振動(dòng)特性[J]. 船舶工程, 2019, 41(3):59-63.

來源：船機(jī)幫

（版權(quán)歸原作者或機(jī)構(gòu)所有）