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        某船中間軸彎曲故障診斷與修理

        2015-11-28 03:43:21葉偉強(qiáng)陳長(zhǎng)青郭德標(biāo)
        中國修船 2015年4期
        關(guān)鍵詞:中間軸軸系中心線

        葉偉強(qiáng),陳長(zhǎng)青,郭德標(biāo)

        (1.廣州航海學(xué)院,廣東廣州 510725;2.中遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)航運(yùn)有限公司,廣東廣州 510623)

        某船中間軸彎曲故障診斷與修理

        葉偉強(qiáng)1,陳長(zhǎng)青2,郭德標(biāo)2

        (1.廣州航海學(xué)院,廣東廣州 510725;2.中遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)航運(yùn)有限公司,廣東廣州 510623)

        船舶軸系對(duì)中狀態(tài)直接影響軸承的壽命,并引發(fā)軸系振動(dòng);軸系對(duì)中對(duì)柴油機(jī)各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)正常工作影響很大。結(jié)合某船中間軸彎曲引發(fā)的故障案例,對(duì)其故障原因及修理展開分析,為同類故障診斷與修理提供借鑒。

        船舶軸系;軸承負(fù)荷;中間齒輪;拐檔差

        船舶軸系在運(yùn)轉(zhuǎn)中承受著復(fù)雜的負(fù)荷,主要有螺旋槳的轉(zhuǎn)矩及其產(chǎn)生的扭應(yīng)力,推力及其產(chǎn)生的壓應(yīng)力,螺旋槳和軸系部件的重量所造成的負(fù)荷及產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。同時(shí)船舶軸系還受主機(jī)工況變化、螺旋槳振動(dòng)產(chǎn)生的附加應(yīng)力和附加負(fù)荷。因此如果軸系校中質(zhì)量不良,則會(huì)引起軸承加速磨損,甚至引起船體振動(dòng)從而引發(fā)各種設(shè)備、零件的損壞,直接影響船舶的航行安全。影響軸系校中的因素是錯(cuò)綜復(fù)雜的,但其主要影響因素有:軸系中各運(yùn)動(dòng)件和固定件的加工精度,軸系安裝時(shí)的彎曲狀態(tài),軸端法蘭因自重下垂,船體變形以及軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量等[1]。本文結(jié)合某船中間軸彎曲引發(fā)的故障案例,對(duì)其故障原因及修理展開分析,為同類故障診斷與修理提供借鑒。

        1 事故回顧與原因分析

        1.1 事故回顧

        某船下水運(yùn)營2年,某航次??肯ED某港口,例行檢查發(fā)現(xiàn)主機(jī)中間齒輪軸承異常磨損 (見圖1),船方要求廠家派員抵港更換,當(dāng)時(shí),廠家質(zhì)疑船方管理不善引發(fā)故障,但又缺乏證據(jù)。半年后,船抵中國營口港,廠家派員跟進(jìn)檢查又發(fā)現(xiàn)該更換后的中間齒輪軸承磨損嚴(yán)重。因此,廠家懷疑軸線對(duì)中不良引發(fā)傳動(dòng)齒輪脈動(dòng)超限致中間齒輪軸承負(fù)荷異常而導(dǎo)致磨損異常,后續(xù)發(fā)生一系列的事件即對(duì)此故障現(xiàn)象進(jìn)行了深入的分析。

        圖1 某船軸系示意圖

        1.2 中間齒輪軸承異常磨損原因分析

        1)對(duì)中間齒輪軸承磨損的原因初步分析。由于懷疑軸線對(duì)中不良,廠家用承重法對(duì)推進(jìn)軸各軸承進(jìn)行測(cè)量,相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。從表1可知,投入使用后的軸承負(fù)荷都比投入使用前的要低。經(jīng)對(duì)比分析與出廠值不符,因而懷疑軸線對(duì)中不良,見圖2。因此,通過調(diào)整推進(jìn)軸承的位置來調(diào)整驅(qū)動(dòng)齒輪與中間齒輪的間隙。由于曲軸軸承難以調(diào)整,廠家建議調(diào)整中間軸承位置來滿足中間齒輪的間隙,調(diào)大間隙以補(bǔ)償軸系脈動(dòng)產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷,以減少磨損。

        表1 各軸承負(fù)荷

        2)對(duì)齒輪軸承磨損的進(jìn)一步分析。根據(jù)承重測(cè)量結(jié)果推斷軸線對(duì)中不良的判斷,為了進(jìn)一步證實(shí)這判斷,公司機(jī)務(wù)部門提出在曲軸不同角度來測(cè)各軸承的承重,結(jié)果出乎意料的是每個(gè)角度測(cè)得數(shù)據(jù)皆不相同,同時(shí)在某些位置測(cè)得個(gè)別軸承的承重負(fù)荷為無限大 (超出推進(jìn)承軸本身自重)。這種結(jié)果,只有在推進(jìn)軸彎曲的情況下才會(huì)出現(xiàn)此種情形,因而推斷,推進(jìn)軸系 (艉軸和/或中間軸)極有可能彎曲。

        3)檢測(cè)推進(jìn)軸彎曲程度。根據(jù)測(cè)量結(jié)果,對(duì)軸系負(fù)荷的調(diào)整過程中始終達(dá)不到預(yù)想的效果,經(jīng)分析只有在艉軸和中間軸變形撓曲的情況下才會(huì)出現(xiàn)調(diào)整過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象。同時(shí),發(fā)現(xiàn)艉軸前端軸承磨損嚴(yán)重,更進(jìn)一步說明可能是由于推進(jìn)軸彎曲所致 (軸線對(duì)中不良也不能完成排除)。經(jīng)過對(duì)中間軸擺動(dòng)量檢測(cè),單邊達(dá)到0.95 mm。本船7 m軸長(zhǎng),擺動(dòng)量0.14~0.35 mm。主機(jī)中間齒輪 (過橋齒輪)與凸輪軸齒輪的齒隙也變小,只有0.06~0.16 mm,正常情況下應(yīng)該是 0.21~0.31 mm[2]。在對(duì)曲軸拐檔進(jìn)行反復(fù)測(cè)量中,發(fā)現(xiàn)在軸系連接螺栓安裝的情況下,主機(jī)第6道拐檔差達(dá)到-0.245 mm,超過正常許用值-0.15 mm(見圖3),而在拆掉中間軸連接螺栓的情況下,主機(jī)第6道拐檔差滿足要求,恢復(fù)到-0.08 mm。至此確認(rèn)推進(jìn)軸系(艉軸和/或中間軸)的變形確實(shí)存在,需要校正。

        2 修理方案的確定

        由于兩處軸承磨損完全可以確定是推進(jìn)軸彎曲所造成。那么推進(jìn)軸彎曲到底是裝船之前 (如在儲(chǔ)運(yùn)過程中受力不均或受外力沖擊造成)彎曲還是裝船之后由于動(dòng)力釋放造成的彎曲。為了查找推進(jìn)軸彎曲真正原因,機(jī)務(wù)部門確定對(duì)軸線重新對(duì)中,結(jié)果發(fā)現(xiàn)主機(jī)曲軸軸線不正。據(jù)此可推斷,該推進(jìn)軸應(yīng)是裝船前即彎曲,為了與此相匹配在安裝過程對(duì)主機(jī)軸線位置進(jìn)行了調(diào)整并與之相適應(yīng),至此真相大白。而推進(jìn)軸裝船前彎曲原因超出本文范圍,為避免法律糾紛不予討論。

        2.1 修理方案的重點(diǎn)

        1)對(duì)彎曲的推進(jìn)軸 (中間軸)進(jìn)行校正。

        2)對(duì)主機(jī)機(jī)座重新調(diào)整進(jìn)行軸線對(duì)中。

        圖2 軸系對(duì)中推算圖

        圖3 汽缸拐檔差示意圖

        3)對(duì)中間齒輪的間隙進(jìn)行調(diào)整。這里重點(diǎn)說明中間軸彎曲校正的方法選擇,一般的校正方法有火攻、冷壓和車削。而火攻及冷壓會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力問題,且缺乏相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),尤其火攻會(huì)改變材質(zhì)的金相組織,無法滿足其強(qiáng)度應(yīng)力要求,因此確定用車削的方法進(jìn)行校正,中間軸的直徑320 mm,經(jīng)計(jì)算其許用最小直徑為312 mm[3],實(shí)際校正過程中僅是軸的直徑加工至318 mm,并對(duì)其法蘭表面進(jìn)行加工校正,重新按規(guī)范進(jìn)行適配。

        2.2 具體修理方案[4-5]

        1)船舶進(jìn)塢,抽出中間軸和艉軸,吊出機(jī)艙進(jìn)廠進(jìn)行中間軸、艉軸的中心線校中 (按照CCS規(guī)范要求),法蘭端面垂直度校正。

        2)艉軸承檢查測(cè)量,如果磨損超過最大間隙,需要更換艉軸管。

        3)進(jìn)行艉軸管中心線與主機(jī)曲軸中心線的對(duì)中檢查,如果中心線偏差超過1.87 mm(主機(jī)曲軸中心線低于艉軸管中心線),還要進(jìn)行主機(jī)高度的調(diào)整。

        4)二次進(jìn)塢進(jìn)行安裝,軸系中心線調(diào)整,各軸承負(fù)荷調(diào)整,主機(jī)曲軸拐檔差調(diào)整 (以上調(diào)整均調(diào)整到規(guī)范允許范圍以內(nèi))。

        5)主機(jī)中間齒輪 (過橋齒輪)間隙重新調(diào)整到規(guī)范允許范圍內(nèi)。

        3 結(jié)束語

        綜上所述,可以得到如下結(jié)論:推進(jìn)軸 (中間軸)彎曲是引發(fā)中間齒輪軸承和艉軸前端軸承異常磨損的直接原因,同時(shí)還發(fā)現(xiàn)主機(jī)安裝軸線對(duì)中不良這個(gè)安全隱患。因此,建議在造船過程中,對(duì)軸系和機(jī)座安裝,修、監(jiān)造人員必須按規(guī)范要求安裝和測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù),不可掉以輕心。船舶營運(yùn)過程中定期檢查相關(guān)軸承狀態(tài)及間隙,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題,防止出現(xiàn)更大的事故。此外,建議船舶檢驗(yàn)部門修改相關(guān)檢驗(yàn)規(guī)范,例如從曲軸不同轉(zhuǎn)角來測(cè)量各軸承的承重,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題,消除隱患。

        [1]林在映.某船艉軸系失中故障診斷與修理[J].中國修船,2013,26(2):10-13.

        [2] 《輪機(jī)工程手冊(cè)》編委會(huì).輪機(jī)工程手冊(cè) [M].北京:人民交通出版社,1992.

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

        [4]CB/T 3420—1992,船舶軸系修理裝配技術(shù)要求 [S].

        [5]CB/T 3417—1992,船舶尾軸、中間軸、推力軸及聯(lián)軸器修理技術(shù)要求 [S].

        The shaft alignment directly affects the prolonging bearings and causes shafting vibration.The shaft alignment influences on diesel engine transmission working normally.The fault case causes by intermediate shaft bending of a ship.Analyze the failure cause and repair process.And serve as a reference to the same problem.

        marine shafting;bearing load;intermediate gear;crank deflection

        U672

        10.13352/j.issn.1001-8328.2015.04.009

        葉偉強(qiáng) (1963-),男,廣東惠州人,副教授,碩士,研究方向?yàn)檩啓C(jī)工程及輪機(jī)新技術(shù)應(yīng)用。

        2015-05-19

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