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尾管后軸承溫度一路飆升到80℃...個中原因分析及應對措施與你分享！
2024-05-29
本文原創作者：曹艷東
1 前言
某船在試航過程中，主機轉速在80 r/min左右時操滿舵，尾管后軸承發生了溫度高報警，并且溫度不斷上升，船上立即停車檢查，停車后溫度還在繼續上升，一度升至80 ℃左右。檢查尾管后軸承溫度傳感器探頭電流信號值正常，確認溫度傳感器沒有問題；檢查尾管滑油管路系統，確認整個管路系統通暢沒有問題；采用頂升法檢查尾管前軸承負荷，發現尾管前軸承幾乎無負荷，懷疑尾管后軸承負荷偏重；主機盤車檢查，尾管處有輕微異響，進入尾管冷卻水艙檢查，尾管后軸承處異響明顯，聲音為嗒、嗒、嗒，頻率為每秒一次，據此現象初步判定尾管后軸承應該被燒傷了。為了防止損傷進一步擴大從而損傷螺旋槳軸，決定終止試航，由拖輪拖至船廠進塢檢查。
2 塢內檢查
（1）船舶進塢后，檢查螺旋槳軸下沉量，與之前測量的下沉量數據相比較，確認螺旋槳軸下沉了約0.3 mm，初步確認尾管后軸承已經損壞；
（2）進行尾管滑油油樣分析檢查，將油樣化驗報告發給滑油供應商道達爾進行確認，廠家確認該滑油各項性能指標滿足要求；
（3）拆卸螺旋槳，抽出螺旋槳軸，檢查尾管軸承損傷情況，發現尾管后軸承下部燒傷嚴重（見圖1），尾管前軸承無損傷；
（4）將尾管后軸承壓出后，用專用儀器檢查尾管內孔同心度，發現尾管后軸承處后部上翹了0.07 mm。經過計算，尾管后軸承壓裝后，后軸承處的實際斜度變為了0.127×10-3rad。根據軸系較中計算書的要求，后軸承的加工斜度要求為0.2 ×10-3rad。
3 原因分析
（1）尾管軸承負荷因素：經查看該船之前的較中以及軸系負荷稱重數據，都滿足要求，并且MAN都給予了認可。雖然后來檢查出尾管前軸承幾乎無負荷，但那是在尾管后軸承燒傷后測量的數據，軸系狀態發生了變化，沒有參考性。另外，尾管后軸承的比壓一般都在0.4～0.6 MPa之間，與船級社規范要求的比壓0.8 MPa相比還有較大的余量。因此初步判斷，軸承的負荷分配應該沒有太大問題；
（2）尾管變形因素：尾管安裝過程中或船體變形等因素導致尾管變形，后軸承座后部比前部上翹0.07 mm，尾管后軸承壓裝后，后軸承處的實際斜度由0.2 ×10-3rad變為0.127×10-3rad，螺旋槳軸和后軸承的相對斜度變為了0.405×10-3rad- 0.127×10-3rad =0.278 ×10-3rad，雖在船級社要求的0.3×10-3rad的范圍內，但由于螺旋槳軸和后軸承的相對斜度相對于原設計值0.405×10-3rad - 0.2 ×10-3rad =0.205×10-3rad變大，可能會導致尾管后軸承后部邊緣負荷增大，螺旋槳軸與尾管后軸承之間的油膜難以形成，軸承非正常磨損，導致尾管后軸承燒壞、溫度高報警，這可能是引起后軸承溫度高的因素之一；
（3）環保油（EAL）因素：根據美國環保署VGP（2013）要求，從2013年12月19日起，進入美國水域船長大于等于79 ft的所有商船，在其油水界面均須使用環保油。對于尾管密封，若采用油潤滑系統，則尾管滑油必須采用環保油。我們了解到，船舶使用環保油后，多家船廠都出現了尾管后軸承溫度高的現象，甚至軸承燒傷的情況。經過多方資料的收集，我們發現環保油在40 ℃ 以下的粘度要比同溫度的礦物油粘度低些，這在主機低速運轉且運行時間不長的情況下，油膜難以形成，可能導致螺旋槳軸與軸承潤滑不良從而引起軸承燒傷。另外，在同等條件下，環保油的油膜厚度要比礦物油的油膜厚度小些，運轉初期的磨合能力差些，這在一些設計院以及船級社的案例分析中都有提及，這也可能是引起后軸承溫度高的因素之一；
（4）操作因素：該船軸承溫度高發生在操大舵角的時候，即在軸系磨合初期打滿舵時，特別是在主機轉速禁區附近時打滿舵，可能會影響螺旋槳軸與后軸承油膜的形成，從而加快后軸承磨損，這也可能是引起后軸承溫度高的因素之一。
4 預防措施
雖然導致尾管后軸承溫度高的原因復雜，目前很難找到根本的原因，但我們可以從以下幾個方面進行預防和應對：
（1）嚴格按照軸系較中計算書進行軸系較中，完善施工工藝，確保加工精度，軸系頂升階段盡量使中間軸承、尾管前軸承的負荷向理論值靠近；
（2）測量尾管前后軸承位的同心度，根據測量結果，再確定是否對尾管后軸承的斜度進行加工補償。根據該船尾管后軸承處0.07 mm的上翹，通過加工后軸承外圓對軸承內孔的斜度進行補償，使尾管后軸承的實際斜度變為0.28 ×10-3rad，這樣螺旋槳軸和后軸承的相對斜度變為了0.405×10-3rad - 0.28×10-3rad =0.125 ×10-3rad，比之前的相對斜度0.278 ×10-3rad要小些；
（3）尾管滑油在系泊試驗和航行試驗初期的磨合階段，先用礦物油進行螺旋槳軸和軸承的磨合，正式的航行試驗階段再更換為環保油。雖然這種做法還沒有很好的理論依據，但其他一些船廠都采用了這樣的做法，并且采用這種方案后尾管后軸承溫度高的情況顯著減少；
（4）在航行試驗初期的磨合階段，盡量避免操大舵角，特別是主機轉速在通過轉速禁區時盡量不要操滿舵。
以上措施在該船的第二次航行試驗驗證中是有效的，尾管后軸承溫度在整個航行試驗期間都在正常的范圍內，航行試驗取得了圓滿成功，并且根據該船交付后運營中的反饋，軸承溫度都在正常范圍內。
5 其他應對措施
（1）尾管密封選用空氣密封。空氣密封在正常運行時不存在油水界面，理論上可以繼續使用普通礦物油而不需要使用環保油，并且一些船級社都認可了使用空氣密封可以使用普通礦物油。當然，這會增加船廠的成本，在新造船中若船東愿意分攤該部分增加的成本，可以采用空氣密封，對船東而言也可以省去購買昂貴的環保油的成本；
（2）優化軸系較中計算。針對使用環保油后頻繁出現的軸承溫度高的問題，建議提醒主機廠在軸系較中計算中不僅要滿足船級社要求，更要對軸系較中計算結果進行優化，盡量降低尾管后軸承上的負荷和相對斜度；
（3）提高螺旋槳軸和尾管后軸承的加工工藝。現在螺旋槳軸表面粗糙度一般選取為1.6，建議提高至0.8。尾管后軸承的表面粗糙度要求，也建議廠家提高；
（4）改善環保油油品特性，如：油膜形成速率、耐壓等級、運動粘度等級等；根據模擬軸承的實船負荷狀態，對軸承是否適合用環保油進行專門的試驗，雖然試驗比較困難，但模擬試驗可能是找出問題根源和解決方案的佳途徑，這需要軸承廠家和環保油廠家聯合考慮。
6 結束語
本文分析了可能造成尾管后軸承溫度高的原因，并且針對各種可能的原因采取了相應的預防措施，并在實船驗證中取得了良好效果，為后續同型船的建造積累了經驗。同時，也探討了一些其他的應對措施，希望對同類型船的建造、設計提供一定的幫助，不足之處請批評指正。
參考文獻
[1] 中國船級社.美國環保署環保油要求及實施建議[S].2014.
[2]ClassNK.Shaft Alignment.2015.
來源：《廣東造船》2016年3期
（版權歸原作者或機構所有）
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