趙貝爾，范志勤，沈澤民，倪志峰

(上海遠(yuǎn)洋運(yùn)輸有限公司，上海 200090)

0 概述

5 100 TEU集裝箱船是某船廠的首制船和主打產(chǎn)品，該系列船是國內(nèi)船廠和設(shè)計(jì)單位自主研發(fā)、設(shè)計(jì)、建造的新一代大型集裝箱船。主輔機(jī)設(shè)備國產(chǎn)化率相當(dāng)高，部分產(chǎn)品是首次在大型集裝箱船上使用，因此也產(chǎn)生了不少問題，其中以中間軸承損壞，影響船舶安全和正常營運(yùn)最為突出。

在試航和實(shí)際營運(yùn)中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)主機(jī)傳動軸系中間軸承高溫報(bào)警、下瓦燒熔、甩油環(huán)與擋油板發(fā)生擦碰等故障。因?qū)掖卧诙嗨掖习l(fā)生類似事故，船廠分析認(rèn)為原因有以下幾種:①接觸面清潔不佳;②軸瓦間隙不對稱或偏小，軸瓦和軸頸貼合不佳;③上瓦的間隙不對稱造成的滑油斷流等。針對以上原因，船廠采取了如下幾項(xiàng)措施:①清潔接觸面，對干摩擦導(dǎo)致燒熔的軸瓦進(jìn)行拂刮;②用壓鉛法測量上軸瓦與軸徑的間隙，在軸承蓋結(jié)合面處加銅墊片的方法加大間隙;③調(diào)整軸封處的間隙，使下軸瓦的間隙符合要求，保障潤滑效果等。

雖然經(jīng)過多次研究、改進(jìn)，但始終未能找出具體原因，沒能從根本上解決問題。本著對自己產(chǎn)品負(fù)責(zé)的態(tài)度和消除給船東帶來影響的目的，船廠決定更換本船的中間軸承，希望能在保修期內(nèi)徹底解決這項(xiàng)缺陷。因?yàn)榇笮图b箱船更換中間軸承在國內(nèi)屬于首次，無現(xiàn)成的施工標(biāo)準(zhǔn)，船東、船廠及設(shè)計(jì)部門參照軸系建造工藝，制定了一套更換方案。

1 方案確定

該集裝箱船的軸系總長為42.3 m，3根中間軸之間及艉軸通過法蘭盤連接，3個中間軸承托起整根中間軸。

1.1 兩套軸承的比較

綜合考慮和協(xié)商后，決定選擇日本KEMEL公司生產(chǎn)的KMS750型中間軸承，其與C725型中間軸承的區(qū)別有:①新軸承采用整塊固定式厚壁下瓦，舊軸承是3塊可傾式下瓦;②新軸承下瓦長度640 mm，舊軸承是540 mm;③新軸承中心線到軸承底腳面的距離700 mm，調(diào)整墊片厚度要求在45～60 mm范圍內(nèi);舊軸承中心線距離為710 mm，調(diào)整墊片厚度為25～45 mm;④新軸承擋油板是前后活動式，舊軸承為固定式;⑤新軸承的軸封是橡膠密封圈，舊軸承為迷宮式等。

1.2 軸系校中計(jì)算要求

軸系校中計(jì)算書要求有:船舶吃水狀態(tài)，主機(jī)的完整性，臨時支架的強(qiáng)度，軸系法蘭間的間隙、曲折和偏移值，千斤頂?shù)捻斉e位置，軸承負(fù)荷范圍等。因本次是更換中間軸承，主機(jī)和軸系狀態(tài)已經(jīng)基本確定，所以主要考慮吃水、頂舉位置和軸承負(fù)荷等因素。

2 施工程序與方法

2.1 更換冷卻水管

為滿足KMS750型中間軸承的冷卻要求，冷卻水進(jìn)回水總管尺寸由DN65增加到DN80，每道軸承的冷卻水支管尺寸由DN32增加到DN40，相關(guān)管路及閥件要做相應(yīng)更換。

2.2 更換軸承基座

進(jìn)廠前按圖將新基座面板、固定墊片及加強(qiáng)肘板，臨時支架加工好;船舶按照要求將調(diào)整吃水。進(jìn)廠后，測量各中間軸承與內(nèi)底板之間的高度，做好記錄，在測量位置做好標(biāo)記。主機(jī)處于冷態(tài)后，測量主機(jī)各缸拐檔差，用頂舉法測量各道中間軸承、艉軸前軸承負(fù)荷作為改裝后參考。

1)拆除中間軸承附近阻礙吊裝的管子、欄桿等附件，機(jī)艙反頂相關(guān)位置燒制吊裝用耳環(huán)，拆除軸承底腳螺栓等。用千斤頂將中間軸抬高0.5 mm左右，在No.1，No.2中間軸后部增加兩處臨時支撐。為保持現(xiàn)有軸系的位置，暫時保留No.2中間軸承，先整體移出No.1、No.3中間軸承;兩道新軸承定位完成后再換新定位No.2中間軸承。

2)根據(jù)新軸承的中心線高度、固定和調(diào)整墊片高度、新面板厚度及考慮切割余量和變形，計(jì)算原基座應(yīng)割除的高度并在基座上劃平線定位。按照畫線割除原基座面板，根據(jù)圖紙?jiān)谠獍迳祥_6個U型槽，便于新軸承底腳螺栓穿過。

3)修正、打磨、處理好焊接坡口后，吊入新的基座面板和新軸承底座，完成初步定位，點(diǎn)焊基座面板。移開新軸承底座，焊接新面板和加強(qiáng)肘板。燒焊時注意在對稱位置同時進(jìn)行，減少面板變形，對焊接好的新面板進(jìn)行水平校正。使用重磅樣板對新面板上固定墊片進(jìn)行拂磨加工，注意墊片向外傾斜。

2.3 新軸承安裝與調(diào)整

面板全部更換完畢，驗(yàn)收合格后，開始安裝新中間軸承。新軸承下瓦固定在軸承底座上，吊裝時需要小心謹(jǐn)慎，避免軸承下瓦碰傷;注意對軸頸處清潔，涂滑油防止擦傷。

軸承總成復(fù)位后，上緊軸承底座支頭螺絲并用該支頭螺絲調(diào)整軸承座底腳與面板的平行度;調(diào)整軸頸與下軸瓦的間隙及中間軸中心線與軸承中心線的平行度。拆除兩處臨時支撐，讓軸承下瓦托住中間軸。測量中間軸承的負(fù)荷，用支頭螺絲調(diào)節(jié)各軸承的高度，完成負(fù)荷分配，使每道軸承的負(fù)荷在允許的范圍內(nèi)，最好接近中間值。

2.4 拂磨調(diào)整墊片

測量軸承調(diào)整墊片的厚度，將調(diào)整墊片進(jìn)行車間加工，并保留0.2 mm的拂磨余量。現(xiàn)場拂磨調(diào)整墊片的上下表面，使其與軸承底腳及固定墊片的接觸面達(dá)到70%以上接觸，可按每25 mm×25 mm的范圍內(nèi)不少于3個接觸點(diǎn)判斷，注意藍(lán)油的厚度在8～10 μm左右，并用0.05 mm塞尺檢查。

將拂磨后的調(diào)整墊片安裝到位，上緊軸承底腳固定螺栓，在底腳左右對角位置鉸制定位銷孔，安裝定位銷。松開支頭螺絲，測量3道中間軸承的負(fù)荷，防止拂磨墊片過程造成的軸承負(fù)荷變化，檢查各道軸承間隙。

2.5 軸承附件安裝

安裝甩油環(huán)及橡膠軸封，為保證甩油環(huán)與其安裝槽的前后間距及軸封與軸封端蓋內(nèi)側(cè)的間距符合要求，需要盤車至少1圈，保證圓周上各點(diǎn)間距都一致。

安裝軸承上軸承蓋時注意擋油板的位置，避免其與甩油環(huán)碰擦損傷，擋油板與甩油環(huán)的間隙控制在1～1.5 mm范圍內(nèi)。上緊上蓋螺栓，中間軸承更換完成，各拆除附件復(fù)原。

3 過程控制與主要項(xiàng)目驗(yàn)收

在整個中間軸承更換過程中，不僅要對進(jìn)度做到心中有數(shù)，還要對重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制。比如:拆前的軸承負(fù)荷檢查，基座完工檢查，中間軸承與軸的間隙檢查，墊片拂磨后的藍(lán)油檢查，安裝完成后的軸承負(fù)荷檢查，油箱加油前的清潔檢查等;另外還要注意冷卻水管更換安裝，溫度表盤和探頭的安裝等。

3.1 軸承間隙驗(yàn)收

為實(shí)現(xiàn)軸承下瓦和軸頸貼合情況達(dá)到最佳，必須保證軸承中心線與軸中心線基本一致。通過測量下軸瓦前后的左、下、右6個點(diǎn)的間隙，既可以甄別貼合間隙情況，還可以判斷軸承和軸的中心線的平行度。根據(jù)KEMEL公司的經(jīng)驗(yàn)，左右間隙應(yīng)控制在0.10～0.30 mm，下部間隙通常為 0 mm，中心線偏差平行度不超過0.03 mm。表1為軸承間隙本船實(shí)測數(shù)據(jù)。

表1 軸承間隙測量值 mm

3.2 軸承負(fù)荷測量

軸承負(fù)荷必須滿足軸系校中計(jì)算書的要求，這是本次更換中間軸承的關(guān)鍵，因此采用千斤頂頂舉法對軸承負(fù)荷進(jìn)行檢查。

軸承負(fù)荷測量前，將船舶吃水調(diào)整到要求的吃水，停止所有振動作業(yè)，脫開主機(jī)盤車機(jī)。按照軸系校中計(jì)算書所示的位置，先固定千斤頂座架，再安裝千斤頂，松開中間軸承上軸瓦和軸承底腳上的支頭螺絲。在千斤頂所對應(yīng)的軸頸上，放置一個千分表，千分表的支架要牢固。掀動油泵從而頂升中間軸，要求油壓每升高2 MPa，記錄對應(yīng)的千分表讀數(shù)，直到壓力上升不大但軸頸抬高較快時為止。慢慢地放液壓油，每降2 MPa，記錄對應(yīng)的千分表讀數(shù)，直至油壓完全釋放，并繪制頂升、降壓與位移曲線圖，如圖1所示。

圖1 頂升過程升降壓力與位移的曲線

計(jì)算軸承負(fù)荷，計(jì)算公式如下:

式中:F，軸承實(shí)際負(fù)荷，kN;k，頂舉系數(shù)，和千斤頂支撐位置有關(guān);A，千斤頂?shù)幕钊娣e，cm2;Pu和Pd，分別是升降曲線反向延長線與橫軸交點(diǎn)，為位移為0時軸承承受的壓力，MPa。

分別測量 No.1、No.2、No.3、艉管前軸承的負(fù)荷，并繪制壓力位移曲線，根據(jù)曲線圖計(jì)算所得的軸承負(fù)荷如表2所示，均滿足要求。

表2 軸承負(fù)荷 kN

另外還可以用同樣方法測量主機(jī)飛輪端的主軸承負(fù)荷，根據(jù)本船主機(jī)說明書要求，該負(fù)荷應(yīng)在0～1 120 kN之間，測量計(jì)算值為5 kN。

4 系泊試驗(yàn)和海上試車

4.1 碼頭系泊試驗(yàn)

碼頭系泊試驗(yàn)時，為保證試驗(yàn)的安全，需要將船舶系鋼纜并用拖輪頂推。主機(jī)轉(zhuǎn)速也控制在36 r/min內(nèi)，進(jìn)行正倒車交替試驗(yàn)，查看中間軸承甩油環(huán)工作情況，中間軸竄動對甩油環(huán)的影響及軸承溫度變化等。顯然該轉(zhuǎn)速下的溫度變化不能完整反映中間軸承工作時的實(shí)際溫升變化。

4.2 海上試車

為檢查軸系高速運(yùn)轉(zhuǎn)時中間軸承的情況，驗(yàn)證更換后軸系的可靠性，船東與船廠溝通后決定進(jìn)行海上試驗(yàn)。程序是主機(jī)從38 r/min開始，在62 r/min、75 r/min分別運(yùn)行15 min，在80 r/min、85 r/min、90 r/min分別運(yùn)行45 min，然后主機(jī)減速到80 r/min后，將主機(jī)迅速減速到SLOW DOWN，觀察主機(jī)負(fù)荷突變時的中間軸承工況。隨后停車，再進(jìn)行倒車試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)10 min，并記錄需要運(yùn)行參數(shù)。本船更換中間軸承后，測得的數(shù)據(jù)良好，如表3所示。

5 結(jié)語

本次中間軸承更換任務(wù)的成功完成，關(guān)鍵在于:技術(shù)、人員等準(zhǔn)備充分，施工程序、工藝標(biāo)準(zhǔn)切實(shí)可行，重要環(huán)節(jié)控制有效，工程進(jìn)度有序及驗(yàn)收過程把關(guān)嚴(yán)格。通過對中間軸承更換案例的總結(jié)，不僅可以為修船廠提供一套合格的修船工藝，還能夠?yàn)楸O(jiān)修人員提供可行的檢查依據(jù)。

表3 海上試車試驗(yàn)數(shù)據(jù)

［1］陸俊蚰.船舶建造質(zhì)量檢驗(yàn) ［M］.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社，1996.

［2］于洪亮，黃連忠.船舶動力裝置 ［M］.大連:大連海事大學(xué)出版社，2006.

［3］周繼良，鄒鴻鈞.船舶軸系校中原理及其應(yīng)用 ［M］.北京:人民交通出版社，1985.

［4］魏海軍，金國平.輪機(jī)維護(hù)與修理 ［M］.大連:大連海事大學(xué)出版社，2000.

［5］江志斌，孔慶衛(wèi).船舶軸系的合理校中與艉軸承套斜鏜孔 ［J］.遼寧造船，2008(2).