艉轴承高温故障分析与处理

艉轴承高温故障分析与处理

贾建雄;陶力义

【期刊名称】《中国船检》

【年(卷),期】2017(000)009

【总页数】4页(P70-73)

【作者】贾建雄;陶力义

【作者单位】CCS浙江分社;CCS浙江分社

【正文语种】中文

轴系是船舶推进系统的重要组成部分，轴承是轴系的核心部件。尾轴承故障，将影响整个船舶的运行，同时也增加了船舶的安全隐患。因此，在船舶设计、建造和营运的各个阶段应给予轴系足够重视。本文结合某轮建造期间油润滑尾轴承高温故障，详细分析了产生故障的原因，介绍了修理过程及结果。对处理新造船尾轴故障、降低初始安装风险有一定的借鉴意义。

某集装箱船在主机系泊试验期间，艉管轴承监控装置出现高温报警，且当主机负荷逐步上升后温度升高，最高达100℃以上。异常情况发生后，进一步寻找原因，

发现随着主机转速提高，艉轴承滑油温度也升高；反之，主机转减小，则艉轴承温度降低。但无论如何，整个运行期间，滑油温度总体还是高于规范要求。中国船级社钢质海船入级规范第3篇第11章第1节规定，油润滑的艉轴承不应超过70℃。此外还注意到，在主机和轴系运行期间，船舶尾部振动异常。

该船为尾机型钢质集装箱海船，采用单机、单桨、单轴系推进系统，推进装置由一台可换向船用低速柴油机通过一根中间轴、一根艉轴驱动固定螺距螺旋桨组成（图

1)。

尾轴承采用白合金径向滑动轴承。前后轴承密封装置及尾管形成密闭的腔室，内部充满润滑油。后轴承后端安装有温度传感器（图2）。

尾轴运转时，尾轴与尾轴承产生相对运动并形成楔形空间，其中的润滑油在楔形空间中被规则的力挤压，产生一定的反作用力，并由于滑油自身的粘度，于是在尾轴与尾轴承之间形成一层油膜，填充在尾轴与轴承之间狭窄的楔形空间内。油膜的存在大大减少了尾轴与尾轴承之间的接触力，从而减少了两者表面之间的摩擦和磨损（图3）。

而随着尾轴的长久运转，尾轴与尾轴承之间会产生大量的热能并传递到滑油当中，而尾管“浸泡”于冷却水舱中，因此滑油的热量会迅速被冷却水带走，冷却水始终处于流动状态，因而滑油的热量不会集聚，因此冷却的滑油再继续将尾轴承进行充分的冷却，所以，正常情况下，尾轴承温度基本保持相对稳定。尾轴承温度要受3个方面因素的影响：尾轴承与尾轴的间隙、尾轴承与尾轴的相对倾角、尾轴承受力情况。

1、间隙。尾轴与轴承的间隙是轴系配合部件中至关重要的因素，间隙是否合适，直接决定了油膜能否恰当、充分地建立。《中国造船质量标准》等规范规定了各类轴承在不同轴径时的间隙值。轴承间隙过小，则油膜无法充分建立，进而尾轴与轴承之间产生“干磨”，导致轴承高温。轴承间隙过大，尾轴在运动时产生甩荡，滑油受到不规则的力的作用，且楔形空间过大，滑油自身的重力大于附着力，进而也导致油膜无法良好建立。没有油膜则润滑效果就变差、尾轴与轴承相互之间受力异常，且没有油膜将热量有效地传递到油池中去，继而产生高温，严重时会导致轴承异常磨损、熔融、甚至表面剥落。

2、相对倾角。随着船舶大型化的发展，螺旋桨的重量和轴系的长度在逐步增加，致使尾管后轴承处转角过大，尾轴与尾管轴承的接触面积减小，进而导致轴承局部

受力过大。为了使前后轴承受力均匀、磨损均匀且延长其寿命，斜镗孔及倾斜轴承等新型设计应运而生。

斜镗孔即尾轴承斜镗孔，是指通过斜镗尾管轴承，使其内孔中心线与轴承本体中心线倾斜一定角度。倾斜轴承，即将尾轴承倾斜放入尾管内，尾轴中心线与轴承中心线无相对倾角，通常是将尾管用环氧树脂倾斜固定在尾柱内，再将尾轴承安装到尾管内。本船采用斜镗孔，根据上述设计数据及批准的轴系校中计算书可知，尾轴与后轴承的相对倾角约为3.5×10rad，达到中国船级社规范规定的3.5×10rad，因

此采用了斜镗孔。

3、轴承受力分析。规范对轴承长径比有明确规定，如白合金轴承为2～2.5，赛龙、橡胶等高分子轴承为4。这主要是为了使轴承各点上的局部应力符合材料的要求。尾轴在运转过程中，尾轴承与轴接触的任意一点上，均受到轴的重力、轴转动引起的切应力以及轴震荡时不规则的力等，受力情况复杂，因此油膜的存在至关重要。抽轴前，通过轴系顶升对轴系各轴承进行负荷测量，核查其负荷分配是否符合《轴系校中计算书》的要求；测量主机曲臂差；进干坞抽轴后，通过激光定位、测量，对轴系、尾轴承情况进行分析；对尾轴承内表面进行无损检测。

发现问题后，在船舶平浮状态，分别在热态和冷态，再次根据《轴系校中计算书》对轴承进行了负荷测量。应用顶举法，分别在螺旋桨50%、75%、100%浸没三

种情况下进行，结果显示各轴承负荷均在计算书允许范围内。测量主机热态、冷态臂距差，结果均符合主机规格书要求，以螺旋桨100%浸没下的轴承反力为例（表1）。

根据轴系布置图，在干坞内重新进行轴舵系照光、拉线，在艉柱的艉轴管两端，拉出测量用的中心线。

在如图3的A、B两段位置，测量艉轴承的径向半径，A和B段尾轴承内有6个

点位半径小于185.37mm（尾轴直接为Φ370mm，间隙是0.70～0.75，因此尾

轴管半径约应为185.375mm），且分布不规则；同理，C段尾轴承内有4个位置的半径小于187.875mm（尾轴直接为Φ375mm，间隙是0.7～0.75，因此尾轴

管半径约应为185.875mm），分布也不规则，大部分区域测量数据R左=R右，

R上-R下=2Y（Y为挠度），为合格。由上述数据可知，上述A、B、C三段轴承内局部区域尺寸不满足原批准图纸要求。

抽轴后，再次对尾轴颈进行了无损检测、尺寸检查，结果显示尾轴颈未受损，尾轴颈尺寸均在图纸要求的+0/-0.036mm公差范围内。

尽管尾管镗孔精加工后，验船师曾仔细测量了内孔尺寸，但还是再次复核尾轴管镗孔原始数据（表2），可以得出镗孔结果良好，圆度、圆柱度合格，内部均匀、光洁，满足批准图纸要求。尾轴抽出后，对尾轴承与轴接触位置进行表面清洁，清洁后进行表面磁粉无损检测，结果无缺陷。

（1）由上可知尾轴与尾轴承多处间隙太小，局部区域圆度和圆柱度超差，是导致尾轴转动时干磨、油膜不能良好建立的直接原因，进而导致了尾轴承高温。故障发生时船舶处于码头系泊试验阶段，所以未造成轴承的严重破坏。

（2）尾管精加工尺寸正确，因此故障的根本原因就是尾轴承内径加工尺寸不准确。（3）尾轴承采用斜镗孔，斜镗孔是在车床上进行的，斜率、轴线与内孔中心线交点的定位要求极高。因此，此二者未正确处理也是造成故障的可能原因。

按照前后两处艉轴承的尺寸加工2根假轴（图4）。用蓝釉法将假轴与艉轴承进行配合，反复进行多次，查找接触点，再对接触的硬点进行充分拂刮；待接触面积达到75%以上后全面测量内径尺寸；测量值符合4.2的要求后安装尾轴，并仔细测

量尾轴间隙和下沉量；在漂浮状态下，测量各轴承负荷。

全部合格后，再次进行了主机系泊试验，延长了运行时间。结果整个试验期间，尾轴承温度稳定，最高值为37℃。之后进行航行试验，结果尾轴承温度相对稳定，

且最高为39℃。试验表明，上述解决方案正确。