船舶艉管轴承高温原因及对策浅析

船舶艉管轴承高温原因及对策浅析
于嘉琦
提要
本文剖析了我公司为丹麦A.P.MORLLER公司承建的11万吨成品油轮（系列船之一）在航海试验中出现的艉管后轴承高温报警的原因、分析借鉴了“TID”专家为解决此问题所采取的整改措施、阐明了简化工艺和正确解决这一问题的科学方法，同时对轴承材料的掌握和控制提出了相关的建议。

主题词轴承材料轴线调偏轴承间隙自主控制
1、前言
几年来，我公司为丹麦A.P.MORLLER公司承建的11万吨成品油轮至今已经几次出现了艉管轴承高温报警的异常情况，引起了公司质检部门、技术部门以及公司领导的强烈关注。

为了迅速扭转这一被动局面，杜绝后患，本文针对该船出现的艉管后轴承高温报警以及“TID”专家为解决此问题所采取的整改措施进行深入的典型剖析，以求找准原因、探索科学合理的符合“节约和简化”原则的解决方案，为后续船的成功建造提供可靠的技术保障。

同时，本文若能对本行业的同仁们有所启迪，本人将不胜欣慰。

2、对艉管后轴承高温报警相关问题的分析
2.1、艉管后轴承磨痕状况描述
该船艉管后轴承是由后/后、后/中、后/前三段组成的，每段长420mm，总长为1260mm。

当螺旋桨、艉轴拆除之后，艉管后轴承表面所呈现的磨合情况为，后/后段轴承的内孔表面沿纵向方向存在两段较为明显的发黑磨痕：一段是在距轴承后端约150mm的长度范围内，磨痕部位是在轴承内孔的下部位置，约有180mm宽；另一段是在该段轴承剩余的长度范围内（约270mm），所呈现的发黑磨痕是一个完整
的园环状磨痕。

而艉管后轴承的后/中和后/前两段内孔表面却没有呈现出明显的磨痕，颜色清淡。

2.2、原因分析
（1）通常，艉轴在静止或低速运转状态下，其中心线在艉管内呈现上拱状态，这是所有船型的艉轴在艉管内的安装状态所呈现出的共性。

因此，其轴颈与艉管轴承之间的接触部位将会出现在艉管前轴承靠近前端的底部和艉管后轴承靠近后端的底部，是属正常状态。

而随着主机转速的逐渐升高，艉轴中心线也逐渐由上拱状态向平直状态转化。

在这种情况下，艉轴轴颈与艉管轴承之间的接触部位也会由艉管两端逐渐向中部扩展，轴颈与轴承之间的接触面积迅速增大，这时，艉轴转速增高、与轴承的接触面积增大，而轴承表面单位面积上的承压值并不高，在正常的配合间隙和良好的润滑条件下，轴承温度不会升高。

这是艉轴与轴承之间的正常工作状态。

从该船艉管轴承的实际磨痕情况来看，轴承后端下部约150mm×180mm的发黑磨痕,正是主机在低速下运转的磨痕，此时艉轴呈现上拱状态。

轴承前端约270mm宽的环状发黑磨痕是主机在高速下旋转时的磨痕，此时艉轴趋于平直状态。

虽然磨痕不应当呈现明显的环状，但其正、直、圆整的环状磨痕和后端底部磨痕的实际情况在客观上证明了该船艉轴与艉管轴承之间的校中和安装状态是正确的，符合轴系校中的基本要求。

（2）根据机械运动原理，一对运动副(比如轴与轴承)要想保持正常的相对运动状态，必须具备适当的配合间隙和良好的润滑，二者缺一不可。

而该船艉管轴承所产生的发热、发黑甚至高温报警现象，正是对这一基本原理的又一次体现。

该船艉轴与艉管轴承之间的配合间隙在原施工图上的要求为：最小值不得小于1.27mm。

但由于Railko
公司的一再推荐、船检船东的要求，在艉管轴承加工前将其原有的最小间隙由1.27mm修改为1.06mm。

并在其后的艉管轴承成品尺寸的确定过程中，Railko公司完全按照实际间隙接近1.06mm的原则给定了艉管轴承的成品加工尺寸，致使该船艉轴与艉管轴承之间的配合间隙仅有1.10 mm。

虽然数据不小于1.06mm，但因其实际间隙过小，使艉轴在轴承中的运转呈现一种不正常状态，加剧了摩擦热的产生、破坏了二者之间的良好润滑、延误甚至阻滞了所产生高温的及时疏散，致使轴承温度迅速上升而使轴承的酚醛树脂材料变色发黑，出现了环状发黑磨痕，直至高温报警。

这就是艉管轴承发生高温报警的直接原因。

反观该船艉管后轴承的后/中段轴承间隙为1.213mm、后/前段轴承的配合间隙为1.24mm，接近于原设计要求的1.27mm。

因此没有出现明显的磨痕。

这一事实再一次证明了艉管后轴承高温报警完全是因为间隙过小造成的。

2.3、“TID”专家采取的措施
针对上述状况，“TID”专家首先决定更换艉管后轴承的全部三段轴承，并对新轴承的加工作了重大改变。

与原轴承相比，新轴承的重大改变主要有如下两点：
（1）放大了轴承间隙，在原尺寸基础上放大了0.225mm，这样，新轴承的最小间隙就变为 1.06+0.225=1.285mm。

从这一数值来看，完全恢复了原来的设计要求，甚至比原设计要求的最小间隙值1.27mm 还大（实际间隙放大到1.40mm）；
（2）对艉管后轴承（三段合一）的内径中心进行了偏心加工，前端下调了0.66mm，后端下调了1.48mm，而原轴承无偏。

2.4、分析与借鉴
（1）针对“TID”专家所采取的两条措施，我认为，第一条是正确的，也是唯一应该采取的合理有效措施。

这是因为艉管后轴承产生高温报警时，艉管前轴承温度正常、中间轴承温度正常、轴系各轴承（包括主机主轴承）负荷正常、主机拐挡差正常。

因此，间隙放大之后，艉管轴承高温报警的问题就会迎刃而解。

同时又不会因换新轴承而改变其它部位的正常状态。

（2）“TID”专家在工作中所采取的内径调偏加工措施令人费解，我认为是失当的。

这是因为：
a）该船回厂拆除轴桨之后，“TID”专家与我公司职工分别对艉管轴承内孔进行了照光检查。

我公司使用激光仪检测的结果表明，艉管后轴承前端位置高出0.229mm、艉管前轴承后端高出0.149mm，两轴承中心线呈现略微上拱状态。

这一测量结果与我公司在船只复光时连续三次测量所获得的数据是基本吻合的（复光时三次所测结果均为上拱状态，其平均值为：艉管后轴承前端位置高出0.228mm；艉管前轴承后端位置高出0.007mm）。

经计算，艉轴在这种状态下，其轴颈与轴承表面之间的夹角小于3.0×10-4(rad)的最大许可值。

因此，这一数据充分证明了我公司在照光、镗孔、轴承加工等各环节上对艉管轴承内孔中心线偏差方向的控制是正确的，是完全符合相关的计算与艉轴正常工作的需要。

而“TID”专家用其自带的光学仪进行检测并作出了进行调偏的决定。

我认为“TID”专家的这一决定理由不充分、依据不足，在技术是上欠妥的；
b）艉管轴承内径调偏之后，首先出现的严重问题是，艉轴中心在艉管后端位置（艉密封装置安装部位）下降了 1.48mm，再加上轴承间隙的1/2（新轴承的间隙为 1.40 mm），艉轴在此位置共下降了
2.18mm。

而艉密封装置仍然安装于原位没动（也不可能动）。

这样就造成了艉轴中心与艉密封装置中心2.18mm的严重偏心（艉密封装置样本中的允许值仅有0.5mm，以往在交验此项目时往往花费较大周折）。

虽然由于橡胶密封圈的弹性特性，眼下并不会马上出问题，但是，这种异常状态，给艉密封装置造成了严重的质量隐患，在不久的将来，艉密封装置的橡胶密封圈唇口部位会因为单面受力过大而早日出现老化、裂纹现象并迅速丧失其良好的密封性能。

同时，艉密封装置的不锈钢密封衬套表面也会过早地被磨损而导致出现艉管润滑油外溢（或海水进入艉管）的严重后果；
c）更为严重的是，艉管轴承内径调偏之后，打破了原轴线的协调统一和整体平衡，并由此引发和派生了一系列对轴系甚至主机主轴承装配状态的重大调整和改变（已被实践证明），头痛医头、脚痛医脚，按倒葫芦起了瓢，缺乏统一缜密和符合逻辑的思考与安排，将一个好端端的轴系校中状态整得乱七八糟（详情这里就不一一细讲了）。

这一举措从技术角度讲，把小问题扩大化、把简单问题复杂化、工艺繁杂；从质量方面讲，降低了轴系校中和主机的装配质量；从经济角度讲，劳民伤财、拖延了交船期，给公司造成了经济损失。

3、对今后相关工作的想法与建议
3.1、规范外来专家的工作
外来专家来我公司指导工作，对于我们直接、迅速地接触和学习国际上的先进技术提供了许多方便条件。

但是，由于许多可想而知的原因，外来专家在工作中不可能完全站在我公司的立场上，也就是说，他们在考虑问题和采取措施时不可能本着我公司“省钱和简化”的原则办事。

因此，建议对外来专家的工作进行适当的约束和考核，以促
使其站到我公司的立场上来。

3.2、自主掌握控制酚醛树脂轴承的设计与加工
近年来，我公司为丹麦“A.P.MOLLER”公司承建的PC1100系列船的艉管酚醛树脂轴承，已经出现了几次高温报警的异常情况（其它所有船只的白合金轴承从未出现此类情况），给公司造成了一定的经济损失。

现在细想起来，船东之所以对这种材料如此看好，几经周折而痴心不改，就本人目前对这种材料的认知程度，我认为船东从长期使用和运营的角度考虑，主要是看好了其较好的耐磨性和减震性；而材料的另一面特性，工艺性差、散热性差、对自身工作条件要求苛刻等不利因素则完全由我公司来承担。

这是对公司造船非常不利的一个因素。

这意味着在同等的加工、安装、校中和控制条件下，白合金轴承不会出任何问题，而对于酚醛树脂轴承来说，就很可能出问题。

酚醛树脂轴承材料是“Railko”公司的新产品，至今为止仍然处于研制、试用和不断发展完善过程中。

与以前船只相比，该船的酚醛树脂轴承材料又有了新的发展变化，就是一个很好的证明。

而我们的不足则是从设计到工艺到相关各部门对这种材料都没有一个清晰和全面的了解，因此对其加工尺寸的确定、过盈量的设定、间隙的设定、调偏值的设定以及调偏加工的必要性等所有重要工作都完全依靠“Railko”公司。

也就是说，我公司在酚醛树脂轴承的设计、加工等各方面完全处于失控状态。

这是极端不正常的。

为了迅速扭转这一被动局面，我认为应当从如下两方面入手：
（1）酚醛树脂材料至今仍处于不断更新的研制阶段，各方面性能和参数仍处于不稳定和不易控制状态，因此，建议从设计选型开始，尽最大努力说服船东不采用酚醛树脂轴承；
（2）考虑到船东接受我们要求的可能性不很大，因此，我们的设计和工艺人员眼下的当务之急是应积极主动地去学习和掌握酚醛树脂轴承材料的相关特性并迅速介入并逐渐达到自主控制对酚醛树脂轴承的机加工尺寸的确定工作。

在这方面不能再继续以前的完全依靠Railko公司的不合理状态。

4、结束语
当今造船业竞争日趋激烈，要确保我公司始终站在中国造船业的最前列，公司各部门特别是我们技术部门责任重大。

“细节决定成败”，酚醛树脂轴承材料在A.P.MORLLER 11万系列船上的应用，暴露了我们在这一“细节”（对新材料的了解、掌握和控制）上的薄弱环节。

因此，我们应当积极行动起来，及时迅速地扭转这一被动局面，这将对我公司降低造船成本、缩短造船周期起到积极的推动作用。

同时，也会使我公司的设计和工艺水平迅速登上一个新台阶。