刁愛(ài)民,田 靜
(1.海軍工程大學(xué),湖北武漢 430033;2.92721部隊(duì),浙江舟山 316000)
船舶軸系是將推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩傳遞給螺旋槳,同時(shí)又將螺旋槳產(chǎn)生的推力傳遞給船體,推動(dòng)船體運(yùn)動(dòng)的雙向傳力部件。人們比喻推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)是船舶的心臟,軸系、螺旋槳是船舶的腿,一旦發(fā)生故障,將嚴(yán)重影響船舶的正常航行。船舶在近海航行過(guò)程中,螺旋槳很容易被漁網(wǎng)纏繞,由于纏繞漁網(wǎng)后螺旋槳阻力矩增大,將造成發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大,甚至超負(fù)荷工作,嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)將軸系、螺旋槳蹩停,導(dǎo)致螺旋槳槳葉變形、損壞,軸系傳動(dòng)部件損傷,軸系振動(dòng)噪聲增大等故障。本文以某型船螺旋槳纏繞漁網(wǎng)后呈現(xiàn)的現(xiàn)象、故障特征、應(yīng)急處置以及隨后的故障勘驗(yàn)、故障原因分析、維修方案確定等事故處置為例,介紹螺旋槳纏繞漁網(wǎng)的一次實(shí)例,期望能夠?yàn)橐院蟠邦?lèi)似故障的解決起到一定的參考作用。
故障船是一艘單槳單機(jī)電力推進(jìn)的特種船舶,在某海域正常航行過(guò)程中,主推電機(jī)控制板由于負(fù)荷突然增大而跳閘,啟動(dòng)后再次跳閘,檢查艙內(nèi)軸系狀態(tài)均正常,當(dāng)即判斷螺旋槳可能被異物拖住。經(jīng)潛水員下潛勘驗(yàn),發(fā)現(xiàn)螺旋槳被漁網(wǎng)纏繞,在現(xiàn)有條件下對(duì)漁網(wǎng)進(jìn)行了清理。
清理漁網(wǎng)后試航發(fā)現(xiàn),雖然軸系負(fù)荷正常,但軸系振動(dòng)明顯增大,且不能確認(rèn)漁網(wǎng)是否纏入到艉軸承,從而影響軸系正常運(yùn)行,因此決定船舶進(jìn)修船廠上排,進(jìn)行進(jìn)一步檢查,排除故障。
清理漁網(wǎng)后,為了分析故障,判明故障發(fā)生原因,在試航期間對(duì)該船進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試。軸系的振動(dòng)情況如圖1、圖2所示,其中圖1為正常狀態(tài)下軸系前進(jìn)一和前進(jìn)二時(shí)的振動(dòng)時(shí)域圖 (歷史檔案),圖2為故障狀態(tài)下測(cè)定的前進(jìn)一和前進(jìn)二時(shí)的振動(dòng)時(shí)域圖。由圖1、圖2可見(jiàn),軸系振動(dòng)存在明顯的沖擊信號(hào),且隨著軸系轉(zhuǎn)速升高而升高,該信號(hào)間隔時(shí)間與軸系轉(zhuǎn)動(dòng)周期一致。
軸系出現(xiàn)基于轉(zhuǎn)速基頻的沖擊信號(hào),表明軸系機(jī)械部件工作不正常,需要對(duì)螺旋槳和軸系進(jìn)行進(jìn)一步勘驗(yàn),找出異常沖擊信號(hào)的原因。
2.2.1 船臺(tái)上檢查艉軸轂部及艉軸損傷情況
故障船上排后,進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn),螺旋槳葉片完好無(wú)損,但螺旋槳導(dǎo)流罩鰭片變形,需進(jìn)行校正。2.2.2 艉軸承損傷情況
軸系艉軸承法蘭磨損嚴(yán)重,艉軸承壓板及艉軸承固定六角螺栓頭部均缺失,由于艉軸承防護(hù)罩缺失,漁網(wǎng)進(jìn)入艉軸承,在軸系運(yùn)行過(guò)程中,使?jié)O網(wǎng)擠壓在艉軸承導(dǎo)流槽內(nèi),造成冷卻水不能正常流動(dòng)。2.2.3 軸系傳動(dòng)件受損情況
1)聯(lián)軸節(jié)法蘭移位。檢查軸系軸段的連接狀態(tài),發(fā)現(xiàn)艉軸半聯(lián)軸節(jié)與中間軸法蘭未靠緊,存在2.10~2.62 mm間隙。中間軸與推力軸法蘭未靠緊,存在1.20~1.30 mm間隙。聯(lián)軸節(jié)連接螺栓完好,緊固并無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象;固定螺母的開(kāi)口銷(xiāo)無(wú)脫落、損壞現(xiàn)象。
2)推力軸承倒車(chē)推力塊受損情況。檢修推力軸承技術(shù)狀態(tài),發(fā)現(xiàn)正車(chē)推力塊工作表面狀態(tài)良好,無(wú)明顯磨損現(xiàn)象,倒車(chē)推力塊有嚴(yán)重的壓痕。
初步清除漁網(wǎng),試航期間測(cè)試表明,軸系存在周期性的沖擊信號(hào),根據(jù)前面故障現(xiàn)象,可判斷出沖擊信號(hào)主要由2方面原因造成的,一方面是由于漁網(wǎng)殘?jiān)氯狠S承冷卻水通道,在軸系運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,冷卻水不能正常流動(dòng)而造成沖擊;另一方面是由于軸系聯(lián)軸節(jié)法蘭移位,造成軸系部件未緊固連接,因連接松動(dòng)而引起運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的振動(dòng)沖擊。
通過(guò)故障特征分析可知,在正常航行過(guò)程中,主電機(jī)控制板跳閘的主要原因是螺旋槳被漁網(wǎng)纏繞,形成較大的阻力矩,造成主機(jī)負(fù)荷突然增大甚至帶不動(dòng)螺旋槳,從而造成主電機(jī)跳閘。
螺旋槳纏繞了過(guò)多的漁網(wǎng),且漁網(wǎng)已纏滿(mǎn)螺旋槳槳轂和艉軸承固定法蘭之間的空檔,并進(jìn)入艉部軸承,在軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由于所纏漁網(wǎng)的擠壓,形成了很大的張力。張力向前通過(guò)軸承固定法蘭作用于船體上;向后則作用于螺旋槳槳轂,并傳到艉軸上,從而使艉軸受到了較大的后退力。超乎尋常的后退力造成了2方面的后果:一是使固定聯(lián)軸節(jié)法蘭的錐形螺栓相對(duì)法蘭錐形孔產(chǎn)生位移,使原緊密貼合的兩法蘭接觸面脫開(kāi),導(dǎo)致法蘭間產(chǎn)生不應(yīng)存在的間隙;二是過(guò)大的倒車(chē)力由倒車(chē)推力塊傳至船體,使倒車(chē)推力塊上材質(zhì)較軟的白合金層產(chǎn)生明顯的壓擦磨痕。
為清楚掌握軸系各部件受損情況,上排后進(jìn)一步檢查了艉軸的跳動(dòng)量、環(huán)氧樹(shù)脂包覆層等的技術(shù)狀態(tài)。由于艉軸跳動(dòng)量總體符合要求,但在艉軸承銅套非工作段有明顯蝕痕,螺旋槳密封擋處環(huán)氧樹(shù)脂包覆層有損壞現(xiàn)象,為此進(jìn)行小范圍修復(fù)。對(duì)螺旋槳進(jìn)行了清潔拋光,檢查槳葉狀態(tài)完好,通過(guò)對(duì)螺旋槳槳轂錐孔泵壓,發(fā)現(xiàn)槳轂出現(xiàn)裂紋泄漏,裂痕貫穿較深,按技術(shù)要求更換螺旋槳。艉軸、中間軸、推力軸連接法蘭錐形孔和錐形螺栓的貼合情況均較好,貼合面積均大于75%,連接螺栓頭部沒(méi)有明顯的壓痕。
1)校正導(dǎo)流罩變形的鰭片,恢復(fù)螺旋槳的水動(dòng)力特性。
2)由于漁網(wǎng)融化在艉軸承導(dǎo)流槽內(nèi),且艉軸承鐵梨木端部有所損傷,對(duì)艉軸首、中、尾軸承鐵梨木板條進(jìn)行換新。
3)對(duì)艉軸承鐵梨木銅套法蘭外表面和艉軸承銅套進(jìn)行光車(chē),消除銅套磨損缺陷。
4)對(duì)艉軸螺旋槳密封擋處環(huán)氧樹(shù)脂包覆層進(jìn)行修復(fù)。
5)對(duì)主推力軸承推力塊按技術(shù)要求進(jìn)行修復(fù),對(duì)推力軸軸頸現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行研磨。
眾所周知,船舶設(shè)計(jì)建造時(shí)軸段連接法蘭之間是緊密結(jié)合不留間隙的。目前,故障船法蘭之間出現(xiàn)間隙,是一種非正常情況,是因漁網(wǎng)纏繞螺旋槳形成過(guò)大的后退力使螺旋槳、艉軸向后移動(dòng)造成的。因此,在復(fù)裝艉軸時(shí),應(yīng)消除法蘭間的間隙,將艉軸前移,恢復(fù)原設(shè)計(jì)圖樣位置。改變艉軸位置主要有2個(gè)方面的影響:一方面是使螺旋槳向船首方向移動(dòng)3.5 mm左右,一般情況下不至于造成螺旋槳水動(dòng)力特性的變化;另一方面,艉軸的移動(dòng)將牽涉到艉軸密封裝置和艉軸的相對(duì)位置,從而影響?hù)狠S密封裝置密封環(huán)的壓緊彈簧的預(yù)緊力。按照常理,恢復(fù)艉軸原先位置,使密封環(huán)恢復(fù)原設(shè)計(jì)預(yù)緊力,對(duì)密封裝置安全可靠工作有好處。實(shí)測(cè)表明,艉軸向前移動(dòng)3.5 mm后,以推力軸法蘭為基準(zhǔn)測(cè)量的艉軸相關(guān)尺寸,滿(mǎn)足艉軸密封裝置出廠的相關(guān)要求。
綜上所述,此次修理修復(fù)了該船舶因螺旋槳纏繞漁網(wǎng)引起的機(jī)械損壞,恢復(fù)了軸系、螺旋槳裝置的工作性能,消除了軸系異常振動(dòng)噪聲。
船舶在近海航行過(guò)程中,螺旋槳很容易被漁網(wǎng)纏繞,對(duì)螺旋槳和軸系的損傷程度不同,呈現(xiàn)的故障特征也不一樣。維修人員應(yīng)根據(jù)具體的故障特征,分析故障原因,確定勘驗(yàn)范圍和修理方案,做到具體問(wèn)題具體分析、對(duì)癥下藥,能夠又快又準(zhǔn)排除故障。