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(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，被廣泛應(yīng)用于中、小型船舶上，但由于艉軸軸承受力極其復(fù)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(yīng)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(jié)合某輪水潤滑的軸系失中后，在主機(jī)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(jī)負(fù)荷異常，船長馬上采取主機(jī)降速航行。據(jù)船長介紹，當(dāng)時懷疑是槳葉纏進(jìn)繩索或者漁網(wǎng)之類的東西，船員采取反復(fù)的正倒車，希望能把纏進(jìn)物脫離槳葉區(qū)域。但是后來發(fā)現(xiàn)只要主機(jī)轉(zhuǎn)速一加到全速，主機(jī)負(fù)荷就出現(xiàn)異常，主機(jī)煙囪冒黑煙嚴(yán)重，且軸系振動比較厲害。船上還發(fā)現(xiàn)當(dāng)離合器脫排時，即使主機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，主機(jī)的各個參數(shù)均正常，但是當(dāng)離合器合排后，又出現(xiàn)軸系振動厲害，主機(jī)負(fù)荷異常的情況，最后主機(jī)低速航行至國內(nèi)修船廠進(jìn)行勘查修理。

1.2 原因分析

該輪的主推進(jìn)軸系由主機(jī)、齒輪箱、中間軸、艉軸及螺旋槳組成。進(jìn)廠系泊后，維修人員首先測量了主機(jī)的曲臂差，發(fā)現(xiàn)各缸的曲臂差值均在正常范圍內(nèi)，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(jìn)塢抽軸，對軸系進(jìn)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(jìn)塢后，對船體外觀進(jìn)行仔細(xì)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(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)艙室內(nèi)結(jié)構(gòu)無異常變化。抽出艉軸后對艉軸進(jìn)行尺寸測量，發(fā)現(xiàn)艉軸的圓度及圓柱度均超出標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(dǎo)致推進(jìn)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(fù)荷，導(dǎo)致軸系在運(yùn)轉(zhuǎn)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(fù)負(fù)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(yán)重的則會導(dǎo)致主機(jī)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(shí)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(shù)要求》，最終確定本次對軸系進(jìn)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(yīng)對艉軸及槳葉進(jìn)行無損探傷，確認(rèn)無缺陷存在。針對本次軸系修理主機(jī)及齒輪箱的位置不動，船廠在整個修理過程中應(yīng)確保修理過程的準(zhǔn)確性，并應(yīng)實(shí)時檢查、確認(rèn)。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(diǎn)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(yīng)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(shù)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(yán)重，為延長銅套使用壽命，根據(jù)艉軸尺寸測量的結(jié)果，在進(jìn)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(dāng)?shù)能囅?，使艉軸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(yàn)時，應(yīng)避免在強(qiáng)陽光直接照曬，盡量在夜間或陰雨天進(jìn)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(shí)際測量的偏移、開口值在計算允許的范圍內(nèi)，校中時以艉軸前法蘭為基準(zhǔn)，自尾向首逐段的調(diào)節(jié)中間軸、推力軸、主機(jī)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(jī)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(zhǔn)，向后調(diào)節(jié)中間軸與艉軸的位置。但是當(dāng)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(rèn)以及施工過程的控制就顯得尤為重要，在實(shí)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(diǎn)。

1)根據(jù)軸系較中計算書的要求，在中間軸設(shè)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(diào)整好經(jīng)緯儀的位置，旋轉(zhuǎn)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(jī)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(diǎn)拉線，校核軸系中心線與舵桿中心線的距離，其偏移量應(yīng)在允許值范圍內(nèi)，如圖1所示。以調(diào)整好的激光經(jīng)緯儀中心為基準(zhǔn)，逐個調(diào)整艉軸管前后端面處得光靶中心，使光靶十字線與光點(diǎn)重合，偏差應(yīng)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(yàn)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(nèi)孔中心線 (也即艉軸承的外徑中心線)為準(zhǔn)，而艉軸承與艉軸的配合是有間隙的(設(shè)為δ)，要使得艉軸裝進(jìn)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(nèi)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(yīng)根據(jù)軸承廠家提供產(chǎn)品屬性來確定，保證準(zhǔn)確無誤，否則后期會導(dǎo)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(nèi)徑公差時，應(yīng)充分考慮其基本運(yùn)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(yùn)行間隙 (設(shè)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(dǎo)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(shè)為δb):艉軸承運(yùn)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(nèi)徑微量減小，其值一般取0.05 ～0.15mm。

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

(4)內(nèi)孔安裝收縮量 (設(shè)為δd):軸承安裝時一般采取過盈安裝，安裝后內(nèi)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(shù)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(jié)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(dǎo)致了當(dāng)軸系在運(yùn)轉(zhuǎn)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(fù)荷在軸系運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生周期性的變化，造成艉軸在旋轉(zhuǎn)過程中對艉軸承產(chǎn)生周期性沖擊，導(dǎo)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(yīng)盡量安排在夜間或陰雨天進(jìn)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(yīng)復(fù)核鏜排的中心線，確認(rèn)鏜孔的軸系中心線符合要求。鏜孔時鏜刀應(yīng)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(jìn)刀方向應(yīng)與艉軸軸承壓入方向一致。鏜孔后還應(yīng)復(fù)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(yīng)小于0.15mm/m，精加工的鏜孔中心與端面檢驗(yàn)圓同軸度公差應(yīng)不超過D0.05mm，精加工后艉軸管內(nèi)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(nèi)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(fù)新的艉軸承及裝復(fù)艉軸、螺旋槳和舵系，然后塢內(nèi)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(shù)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(fù)荷，滿足軸系校中計算書要求，測量主機(jī)冷態(tài)臂距差，滿足主機(jī)說明書的要求，對主機(jī)進(jìn)行試航驗(yàn)證，主機(jī)及軸系運(yùn)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(jié)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(xué)性能穩(wěn)定，抗老化性強(qiáng)，對軸的磨損小，對泥沙適應(yīng)性好，管理方便等原因，被廣泛應(yīng)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(yùn)轉(zhuǎn)性能差，在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)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(jìn)軸系在運(yùn)行中能獲得理想的工作狀態(tài)，使用中船上人員應(yīng)加強(qiáng)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(dāng)船舶航行在泥沙渾濁的航區(qū)時，應(yīng)轉(zhuǎn)用高位海底門，同時加強(qiáng)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(yīng)及時清除;主機(jī)機(jī)動航行時應(yīng)緩慢變換負(fù)荷，負(fù)荷不能急劇變化，航行中避免長時間超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn);定期抽軸檢查軸承的磨損情況，如磨損嚴(yán)重應(yīng)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(jī)工程手冊》編委會.輪機(jī)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(shù)要求 ［S］.

［3］CB/T 3416－1992.船舶軸系修理勘驗(yàn)技術(shù)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(shù)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(jìn)軸系校中 ［S］.