林在映

(中國船級社福州分社，福建 福州 350008)

0 前言

水潤滑型式的船舶艉軸承由于結構簡單、成本低廉，被廣泛應用于中、小型船舶上，但由于艉軸軸承受力極其復雜，除了艉軸及槳葉的重力影響外，還有螺旋槳不平衡重量引起的慣性力以及船體變形產(chǎn)生的附加應力等等，經(jīng)常出現(xiàn)艉軸與艉軸承咬死、局部非正常磨損及由軸系振動引發(fā)的故障。本文結合某輪水潤滑的軸系失中后，在主機及齒輪箱位置不動情況下，通過軸系校中、艉管鏜孔修理的案例，對該輪軸系振動產(chǎn)生的原因及軸系對中修理展開分析，為后續(xù)船舶軸系修理提供借鑒。

1 事故回顧與原因分析

1.1 事故經(jīng)過

某船為一艘干貨船，無限航區(qū)，短軸系，艉軸采取的是水潤滑。該船從日本裝貨駛往福建航行途中，船員發(fā)現(xiàn)船體突然抖動劇烈，主機負荷異常，船長馬上采取主機降速航行。據(jù)船長介紹，當時懷疑是槳葉纏進繩索或者漁網(wǎng)之類的東西，船員采取反復的正倒車，希望能把纏進物脫離槳葉區(qū)域。但是后來發(fā)現(xiàn)只要主機轉速一加到全速，主機負荷就出現(xiàn)異常，主機煙囪冒黑煙嚴重，且軸系振動比較厲害。船上還發(fā)現(xiàn)當離合器脫排時，即使主機以額定轉速運轉，主機的各個參數(shù)均正常，但是當離合器合排后，又出現(xiàn)軸系振動厲害，主機負荷異常的情況，最后主機低速航行至國內修船廠進行勘查修理。

1.2 原因分析

該輪的主推進軸系由主機、齒輪箱、中間軸、艉軸及螺旋槳組成。進廠系泊后，維修人員首先測量了主機的曲臂差，發(fā)現(xiàn)各缸的曲臂差值均在正常范圍內，隨后拆除艉軸中間軸法蘭的聯(lián)接螺栓，依據(jù)直尺/塞尺法測取艉軸與中間軸法蘭間的偏移和開口值，具體數(shù)據(jù)如表1。［1］

根據(jù)CB/T 3420－1992軸系各法蘭校中安裝的偏差要求，短軸系推力軸后各法蘭的偏移和曲折值分別不大于0.25mm和0.25mm/m。按照上述測量所得的數(shù)據(jù)，軸系的中心線明顯超出正常值的范圍，決定船舶進塢抽軸，對軸系進行整體檢查及維修。［2］

表1 中間軸與齒輪箱法蘭間的偏移值和開口值 mm

船舶進塢后，對船體外觀進行仔細查看，未發(fā)現(xiàn)有明顯的刮擦痕跡與變形，槳葉、舵葉完好無損，無明顯變形情況。查看艉壓載艙內部結構，發(fā)現(xiàn)艙室內結構無異常變化。抽出艉軸后對艉軸進行尺寸測量，發(fā)現(xiàn)艉軸的圓度及圓柱度均超出標準范圍，從外觀檢查發(fā)現(xiàn)，在軸承工作位置的艉軸的銅套上有產(chǎn)生局部偏磨現(xiàn)象，在車間對艉軸進行外圓跳動量檢查，發(fā)現(xiàn)外圓跳動量也超出許可范圍。由此明確判斷該輪是由于軸系中心線失中、艉軸跳動量超差導致推進軸系產(chǎn)生振動。［3］而軸系中心線失中可能會產(chǎn)生以下危害:①艉管后軸承下部會產(chǎn)生局部超負荷，導致軸系在運轉時軸頸直接與軸承產(chǎn)生摩擦;②可能會使艉管前軸承與軸頸接觸減少，或者出現(xiàn)負負荷，從而造成艉管前軸承上部產(chǎn)生局部接觸，加速軸頸工作面與軸承的磨損，破壞艉軸前密封;③加劇軸系振動，嚴重的則會導致主機主軸承和齒輪箱軸承磨損，從而直接影響船舶的航行安全。

2 修理方案制定與實施

2.1 修理方案制定

通過勘查，發(fā)現(xiàn)艉軸承前端上部及后端下部均產(chǎn)生局部磨損。該輪屬于短軸系，根據(jù)《鋼制海船入級規(guī)范》和CB/T 3417－1992《船舶艉軸、中間軸、推力軸及聯(lián)軸器修理技術要求》，最終確定本次對軸系進行艉軸光車修理與艉軸軸線激光找中與鏜孔，同時需注意艉軸光車修理與艉軸軸線激光找中及鏜孔工藝的合理性;修理前應對艉軸及槳葉進行無損探傷，確認無缺陷存在。針對本次軸系修理主機及齒輪箱的位置不動，船廠在整個修理過程中應確保修理過程的準確性，并應實時檢查、確認。該輪2004年建造，軸系較中采取的是合理較中的方法。

2.2 艉軸光車修理

艉軸工作軸頸不均勻磨損后出現(xiàn)的圓度、圓柱度超差和工作軸頸上的劃痕、微裂、腐蝕斑點等可以用光車的辦法來消除，工作軸頸的圓度和圓柱度的允許偏差值，應符合CB/T 3417－1992《船舶艉軸、中間軸、推力軸及聯(lián)軸器修理技術要求》規(guī)定的要求。［4］

在光車艉軸時允許在工作軸頸部分殘留磨痕，磨痕深度一般要求在0.20～0.40mm，面積不大于0.25 d2(d為軸徑)。由于該輪艉軸銅套磨損不是很嚴重，為延長銅套使用壽命，根據(jù)艉軸尺寸測量的結果，在進行艉軸光車修理時車削掉銅套0.20mm的厚度，這樣既能滿足艉軸工作軸頸的圓度和圓柱度要求，又能使光車修理后銅套厚度≥0.02 d+5mm(d為軸徑)。對于艉軸非工作軸頸的處理，可以采取適當?shù)能囅鳎刽狠S外圓跳動量也滿足要求。

2.3 軸系照光、鏜孔修理

軸系校中和檢驗時，應避免在強陽光直接照曬，盡量在夜間或陰雨天進行。通常情況下新造船軸系校中采取合理校中法，通過軸系找正使實際測量的偏移、開口值在計算允許的范圍內，校中時以艉軸前法蘭為基準，自尾向首逐段的調節(jié)中間軸、推力軸、主機或減速齒輪箱的位置，使每對連接法蘭上的偏移和開口值符合計算書規(guī)定。［5］而本次修理主機與齒輪箱位置不動，故本次校中將采取以減速齒輪箱軸承的位置為基準，向后調節(jié)中間軸與艉軸的位置。但是當艉管鏜孔后艉軸及中間軸的位置就已經(jīng)定位，因此對于軸線激光找中與鏜孔工藝文件的確認以及施工過程的控制就顯得尤為重要，在實際操作每一過程中都需要將誤差控制在最小。下面簡要描述激光找中鏜孔修理的注意要點。

1)根據(jù)軸系較中計算書的要求，在中間軸設置臨時支撐，將激光經(jīng)緯儀固定在中間軸輸出端法蘭的端面，并調整好經(jīng)緯儀的位置，旋轉一周以確定出軸系中心線 (假定該軸系中心線與原先在船舶建造時軸舵系中心線是重合的)，保證激光經(jīng)緯儀的激光直線與主機和齒輪箱軸線相重合，以舵桿上舵承孔和下舵承孔中心為基點拉線，校核軸系中心線與舵桿中心線的距離，其偏移量應在允許值范圍內，如圖1所示。以調整好的激光經(jīng)緯儀中心為基準，逐個調整艉軸管前后端面處得光靶中心，使光靶十字線與光點重合，偏差應不大于0.5mm。以光靶十字線為中心，在艉管端面劃出切削圓和檢驗圓。

圖1 軸系照光示意圖

2)需要注意用激光經(jīng)緯儀確定的軸系中心線是以艉軸管內孔中心線 (也即艉軸承的外徑中心線)為準，而艉軸承與艉軸的配合是有間隙的(設為δ)，要使得艉軸裝進去后保證艉軸中心線與軸系理論中心線重合，艉軸管鏜削時需要使艉軸管內孔中心線向上提高δ/2，如圖2所示。

圖2 艉軸靜態(tài)位置圖

δ值應根據(jù)軸承廠家提供產(chǎn)品屬性來確定，保證準確無誤，否則后期會導致齒輪箱與艉軸的中心線校中值超差。在換新艉軸承過程中，特別是在制定艉軸承內徑公差時，應充分考慮其基本運行間隙、熱膨脹、水膨脹和外徑過盈4個方面的影響，從而確定配合間隙值δ。

(1)基本運行間隙 (設為δa):間隙過大，造成軸系振動;間隙過小則容易造成潤滑不良，甚至產(chǎn)生摩擦導致軸承發(fā)熱、燒焦，其值一般為0.0025d+0.3mm(d 為軸徑)。

(2)熱膨脹量 (設為δb):艉軸承運行時與產(chǎn)品制作時存在一定的溫差，這種溫差會使軸承材料產(chǎn)生微量膨脹，從而造成軸承內徑微量減小，其值一般取0.05 ～0.15mm。

(3)水膨脹量 (設為δc):賽龍軸承長期在水下運行，會吸收一些水分，從而導致軸承材料產(chǎn)生微量膨脹，造成軸承內徑微量減小，其值一般取為0.15 ～0.40mm。

(4)內孔安裝收縮量 (設為δd):軸承安裝時一般采取過盈安裝，安裝后內徑的收縮量基本與過盈量相同，其值一般取為0.60～1.50mm。

根據(jù)CB/T 3420－1992《船舶軸系修理裝配技術要求》，艉軸承安裝加工間隙值=δa+δb+δc+δd，因此本次軸系修理通過計算并結合艉軸承的產(chǎn)品特性，最終確定艉軸承配合間隙值δ取2.2mm。

3)確定了軸系中心線后，開始鏜孔。由于艉軸管鏜孔加工時圓度和圓柱度會產(chǎn)生誤差，這就導致了當軸系在運轉過程中會產(chǎn)生軸系中心線與軸承中心線的相對位置不斷變化，使得艉軸承上的負荷在軸系運轉中產(chǎn)生周期性的變化，造成艉軸在旋轉過程中對艉軸承產(chǎn)生周期性沖擊，導致整個軸系產(chǎn)生振動。

為了減少艉管鏜孔時的圓柱度和圓度的誤差值，鏜孔應盡量安排在夜間或陰雨天進行，以減少船體受熱變形對艉管鏜孔的軸心線產(chǎn)生的影響，同時鏜孔前應復核鏜排的中心線，確認鏜孔的軸系中心線符合要求。鏜孔時鏜刀應一次鏜出，不允許中間過程接刀。鏜削過程中由于刀具的磨損會造成孔徑呈錐度，根據(jù)螺旋槳軸軸承順錐度壓入才能有足夠的緊固力的要求，精鏜的進刀方向應與艉軸軸承壓入方向一致。鏜孔后還應復照光檢查鏜孔中心，要求孔的中心線與軸系理論中心線的偏差應小于0.15mm/m，精加工的鏜孔中心與端面檢驗圓同軸度公差應不超過D0.05mm，精加工后艉軸管內孔的圓度和圓柱度的公差等級不低于0.027mm。

4)艉管鏜孔后，根據(jù)測量所得的艉管內徑、艉軸外徑尺寸及所需的艉軸間隙值δ，軸承廠家重新加工艉軸承。依次裝復新的艉軸承及裝復艉軸、螺旋槳和舵系，然后塢內放水使船處于漂浮狀態(tài)。待艉軸承充分浸水后，再次測量艉軸與中間軸2個法蘭間的開口和偏移值，發(fā)現(xiàn)測量值均能滿足CB/T 3420－1992《船舶軸系修理裝配技術的偏差要求》(具體數(shù)據(jù)如表2)。

軸系各法蘭連接后，用頂升法測取艉軸前軸承及齒輪箱后軸承的軸承負荷，滿足軸系校中計算書要求，測量主機冷態(tài)臂距差，滿足主機說明書的要求，對主機進行試航驗證，主機及軸系運行平穩(wěn)無振動，狀況良好。［2，6］

表2 軸系各法蘭偏差要求 mm

3 結束語

目前，隨著賽龍橡膠軸承制作工藝及材料的日臻完善，因其化學性能穩(wěn)定，抗老化性強，對軸的磨損小，對泥沙適應性好，管理方便等原因，被廣泛應用于中、小型船舶的艉軸承。但是賽龍橡膠軸承也有自身的缺陷，主要是干運轉性能差，在轉速較低、頻繁啟動的情況下，容易發(fā)生磨損和燒焦等現(xiàn)象。水潤滑的船舶艉軸軸承溫度一般不超過65℃，否則會燒壞軸承。水潤滑軸承的磨損主要分為粘附磨損和磨粒磨損兩類，其中粘附磨損是由于軸與軸承間過大的接觸壓力或軸系低轉速運轉造成的，而磨粒磨損是指顆粒夾在軸與軸承間所產(chǎn)生的磨損。為了避免水潤滑艉軸承的磨損，同時為了使船舶主推進軸系在運行中能獲得理想的工作狀態(tài)，使用中船上人員應加強管理，主要措施有:定期檢查軸系各部分的工作狀況，發(fā)現(xiàn)異常及時解決;定期檢查艉軸承海水冷卻系統(tǒng)，保證艉軸承充足的冷卻水量，當船舶航行在泥沙渾濁的航區(qū)時，應轉用高位海底門，同時加強軸系的檢查;如發(fā)現(xiàn)槳葉前端區(qū)域纏上漁網(wǎng)、繩子等雜物時應及時清除;主機機動航行時應緩慢變換負荷，負荷不能急劇變化，航行中避免長時間超負荷運轉;定期抽軸檢查軸承的磨損情況，如磨損嚴重應及時更換軸承;注意觀察槳葉的完整性及不平衡情況，盡早消除槳葉不平衡重量對軸系的影響。

［1］《輪機工程手冊》編委會.輪機工程手冊 ［M］.北京:人民交通出版社，1992.

［2］CB/T 3420－1992.船舶軸系修理裝配技術要求 ［S］.

［3］CB/T 3416－1992.船舶軸系修理勘驗技術要求 ［S］.

［4］CB/T 3417－1992.船舶艉軸、中間軸、推力軸及聯(lián)軸器修理技術要求［S］.

［5］中國船級社上海規(guī)范所.鋼制海船入級規(guī)范 ［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［6］CB/Z 338－1984.船舶推進軸系校中 ［S］.