艉軸管閉式水潤滑軸承磨損故障解決方案

以潤滑形式區(qū)分，艉軸艉管裝置有水潤滑及油潤滑兩種。以潤滑系統(tǒng)不同區(qū)分，有開式水潤滑及閉式水潤滑或閉式油潤滑。圖1開式水潤滑艉軸艉管裝置圖1為開式水潤滑艉軸艉管裝置，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閉式水潤滑艉軸艉管裝置圖2為閉式水潤滑艉軸艉管裝置，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，以滑油為冷卻和潤滑劑。由于是閉式結(jié)構(gòu)，有效地將泥沙水進了隔離，避免了泥沙對軸和軸承的磨損，延長了艉軸和軸的使用壽命[1-2]。然而，傳統(tǒng)船舶油潤滑在實際營運中存在著不同程度的泄漏，我國現(xiàn)行有關(guān)船舶艉軸密封（對油潤滑）裝置安裝（檢驗）標(biāo)準(zhǔn)（JT/T286—1955、JT/T3419—1992）艉軸密封的泄漏允許量2～3滴/分鐘。據(jù)實船統(tǒng)計，一艘總功率在440kW～880kW的雙機在航船舶，一年所消耗的艉軸滑油約為150kg～300kg[3]。僅三峽庫區(qū)，常年運行的船舶數(shù)量在9000艘以上，一年排出的滑油達(dá)數(shù)千噸，對于長江的污染更大而對于海洋的污染更是觸目驚心。在一些發(fā)達(dá)國家，如美國政策明文規(guī)定，在內(nèi)河航行的船舶，不準(zhǔn)采用油潤滑艉管系統(tǒng)，從而解決漏油對水域的污染。2013年美國環(huán)保署（U.SEnvironmentalProtectionAgency，EPA）為防止?jié)櫥托孤Ｓ蛟斐晌廴?，在最新發(fā)布的船舶通用許可（Final2013VGP）中指出，所有進入美國水域（沿海3nmile）船舶在油水界面上必須使用環(huán)保潤滑油（EAL），當(dāng)船舶不在干塢時應(yīng)盡可能少地對艉軸管密封裝置進行維護保養(yǎng)。這無形中提高了船舶的運營成本，一旦造成大面積泄漏，將面臨天價的處罰。而采用水潤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4600載重噸果汁運輸船船長99.90m，寬15.40m，型深8.75m，配備2個貨艙和12個獨立液貨艙，入級法國船級社（BV）。該船最大亮點是采用絕緣液貨艙保護液貨艙不受細(xì)菌污染，液貨艙配備獨立的冷卻系統(tǒng)，使液貨艙保持-10℃～0℃的低溫狀態(tài)。該船原動力推進系統(tǒng)采用國內(nèi)首次采用的閉式水潤滑（后改為油潤滑）和艉管單軸承設(shè)計，整個軸系的負(fù)荷依靠艉軸承和齒輪箱軸承進行負(fù)荷分配[5]。該船試航中，在進行船舶慣性試驗和主機緊急停車（即：船舶全速前進到船舶倒車直至停車）這個試驗后，艉管水潤滑裝置流量計顯示艉管內(nèi)循環(huán)的淡水流量出現(xiàn)異常，同時觸發(fā)重要故障報警（濾器堵塞報警），主機連鎖開始減負(fù)荷后停車，船廠馬上停主機，檢查發(fā)現(xiàn)艉管水潤滑水柜已沒有水。這時開始排查故障，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)時船舶航行在禁錨區(qū)邊緣，與船長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，主機動車前往錨地，由于水柜容量限制，每次加水后只能堅持15min，主機必須停車，共加了3次水，船舶才航行到達(dá)錨地，等待拖船。1、進塢后對推進系統(tǒng)進行檢查船舶進塢后檢查艉密封情況，發(fā)現(xiàn)艉密封進塢檢查后發(fā)現(xiàn)，槳轂與防護罩漁網(wǎng)刀之間明顯出現(xiàn)下沉，漁網(wǎng)刀已刮到槳轂，設(shè)計原間隙有5mm左右，可以推測軸承已磨損約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），造成潤滑系統(tǒng)的水分流失，系統(tǒng)內(nèi)的水全部流入海里，同時造成艉軸軸承潤滑不足，軸承燒毀。2）軸承由于潤滑不夠，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，潤滑系統(tǒng)內(nèi)的水分從艉軸封處流失，潤滑水柜內(nèi)的水全部流入海里。同時加快了軸承燒毀的速度。3）由于船廠下水后對中不好，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，任何的推測都是有可能的。2、對故障的處理結(jié)果進塢檢查后發(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，因為無法還原當(dāng)時的對中狀態(tài)，沒辦法檢查對中情況。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)荷試驗情況，來決定和判斷齒輪箱是否需要調(diào)整，并判斷原對中情況。在這里需要再次強調(diào)該船型軸系受力布置及軸系負(fù)荷試驗的特殊性，該船型為艉管閉式水潤滑形式，見圖4。圖4本船閉式單軸承水潤滑形式從圖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)計時取消了艏軸承，由艉軸承和齒輪箱軸承承受整個軸系的負(fù)荷，故齒輪箱與中間軸的對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，負(fù)荷試驗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，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)下進行預(yù)頂升，測得艉軸與齒輪箱對中數(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1.1mm。繼續(xù)進行軸系負(fù)荷試驗，測得齒輪箱處負(fù)荷數(shù)據(jù)為24.3kN，在理論值20%之內(nèi)。同時歐洲卡特軸系專家指出，齒輪箱基座需加強，經(jīng)過溝通后船廠增加的齒輪箱基座加強見圖6和圖7。圖6軸系負(fù)荷圖圖7齒輪箱基座受力及加強圖紙圖7可以看出，船廠對齒輪箱基座進行了加強。在經(jīng)過加強后，進行中間軸與齒輪箱的對中，經(jīng)檢測軸系負(fù)荷試驗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行第二次試航，在試航前由于對閉式水潤滑系統(tǒng)的穩(wěn)定性仍存在一定懷疑，與軸系供應(yīng)商委派的專家進行了溝通，在碼頭進行軸承預(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行海試。見圖8。圖8水潤滑裝置濾器里濾渣海試過程中，由于濾器堵塞報警，水潤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，但是頻繁報警無人機艙無法報驗，只能做完其他項目返航。三、第三次試航情況描述歷時5個月后，在船東、軸系供應(yīng)商及船廠進行三方會談后，認(rèn)為閉式水潤滑和艉管單軸承的設(shè)計形式存在較大的不確定性，考慮到成本和時間等綜合因素，最終將艉管艉軸承的材料改為傳統(tǒng)的巴士合金油潤滑。見圖9。圖9艉軸修復(fù)和新軸承安裝在對艉軸進行修復(fù)，軸承進行更換后進行了最后一次試航，最終試航順利，軸承運行溫度穩(wěn)定在35°左右。四、結(jié)論雖然最終通過更換軸承，由閉式水潤滑改為閉式油潤滑將問題解決，但是船舶的軸系設(shè)計理念在改變，綠色環(huán)保原生態(tài)，是今后設(shè)計的主