于 濤,李 浩，王永旭，易少?gòu)?qiáng)

(91315部隊(duì)，遼寧 大連 116041)

船舶中間軸承是用來(lái)承受中間軸的重量、因軸系變形和運(yùn)動(dòng)造成的附件徑向負(fù)荷，以及承受與中間軸相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦與磨損。中間軸承工作表面的主要失效形式包括磨損、裂紋、剝落、膠合、燒熔等[1]。

單一運(yùn)用某種監(jiān)測(cè)技術(shù)手段可以有針對(duì)性地發(fā)現(xiàn)中間軸承某一部位的早期故障，然而無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)中間軸承系統(tǒng)進(jìn)行整體判斷，有時(shí)甚至存在無(wú)法早期發(fā)現(xiàn)故障并精準(zhǔn)定位的問(wèn)題，綜合運(yùn)用油液、紅外、振動(dòng)和熱工參數(shù)等監(jiān)測(cè)技術(shù)手段對(duì)中間軸承進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)故障引起多個(gè)現(xiàn)象的診斷工作，多個(gè)監(jiān)測(cè)技術(shù)手段相互之間形成互相印證，有助于對(duì)中間軸承運(yùn)行狀態(tài)做出綜合判斷，從而精準(zhǔn)確定故障產(chǎn)生的原因、部位和性質(zhì)，并預(yù)測(cè)故障的發(fā)展趨勢(shì)。

1 監(jiān)測(cè)技術(shù)手段

油液監(jiān)測(cè)技術(shù)將采集到的設(shè)備潤(rùn)滑油或工作介質(zhì)樣品，利用光、電、磁學(xué)等手段，分析其理化指標(biāo)、檢測(cè)所攜帶的磨損和污染物顆粒，從而獲得機(jī)器的潤(rùn)滑和磨粒狀態(tài)的信息，定性和定量地描述設(shè)備的磨損狀態(tài)[2]。

振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是通過(guò)對(duì)所測(cè)得的振動(dòng)參量進(jìn)行各種分析處理，借助一定的識(shí)別策略，對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)做出判斷[3]。紅外熱成像測(cè)溫技術(shù)是一種直觀、準(zhǔn)確、靈敏、快速、安全、應(yīng)用范圍廣泛的測(cè)定物體表面溫度場(chǎng)分布的非接觸測(cè)量技術(shù)。任何高于絕對(duì)零度的物體由于其自身分子的運(yùn)動(dòng)，不停地向外發(fā)射熱輻射，紅外熱像儀通過(guò)接收物體發(fā)出的紅外線，再由紅外探測(cè)器將物體輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)電子系統(tǒng)處理，得到與物體表面熱分布相應(yīng)的熱圖像，從而給出物體表面的溫度分布情況[4]。熱工參數(shù)監(jiān)測(cè)技術(shù)是依據(jù)有關(guān)監(jiān)測(cè)儀表顯示的熱工參數(shù)值判斷熱機(jī)狀態(tài)，從而進(jìn)行故障診斷的技術(shù)。

2 應(yīng)用實(shí)例

2019年9月至11月，對(duì)某型船航行期間的中間軸承綜合采用油液、振動(dòng)、紅外和熱工參數(shù)技術(shù)手段，進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)診斷。

2.1 油液監(jiān)測(cè)

原子發(fā)射光譜分析技術(shù)可以有效地測(cè)定潤(rùn)滑系統(tǒng)中潤(rùn)滑油所含磨損顆粒的成分及含量，也可以準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油中添加劑狀況、潤(rùn)滑油污染程度和衰變過(guò)程。超譜M型原子發(fā)射光譜儀具有分析速度快、讀數(shù)準(zhǔn)確、重復(fù)性好、分析容量大等特點(diǎn)，可直接顯示元素的含量。超譜M型原子發(fā)射光譜儀測(cè)量潤(rùn)滑油各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)表1。

表1 潤(rùn)滑油各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù) μg/g

2.2 振動(dòng)監(jiān)測(cè)

對(duì)于船舶航行期間，許多設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)一般采用先簡(jiǎn)易診斷后精密診斷的策略，簡(jiǎn)易診斷就是利用簡(jiǎn)單便攜設(shè)備進(jìn)行粗略診斷，判斷設(shè)備運(yùn)行是否正常；精密診斷則是利用更為復(fù)雜的儀器、理論、方法，探明故障產(chǎn)生的原因、部位和嚴(yán)重程度。本案例采用VA-12便攜測(cè)振儀對(duì)中間軸承進(jìn)行簡(jiǎn)易診斷，用振動(dòng)烈度指標(biāo)來(lái)表征振動(dòng)嚴(yán)重程度。中間軸承振動(dòng)烈度值見(jiàn)表2，測(cè)試條件均為推進(jìn)柴油機(jī)額定工況。

表2 中間軸承振動(dòng)烈度值 mm/s

2.3 紅外監(jiān)測(cè)

Ti25紅外熱像儀增強(qiáng)了故障檢測(cè)和分析的能力，觀察模式包括全紅外、畫(huà)中畫(huà)或自動(dòng)融合可見(jiàn)光圖像和熱紅外圖像，提供快速發(fā)現(xiàn)故障所需的清晰、銳利圖像。中間軸承端蓋紅外測(cè)溫值見(jiàn)表3，測(cè)試條件均為推進(jìn)柴油機(jī)額定工況。

表3 中間軸承端蓋紅外測(cè)溫值 ℃

2.4 熱工參數(shù)監(jiān)測(cè)

熱工參數(shù)中間軸承溫度儀測(cè)溫值見(jiàn)表4，采集條件均為推進(jìn)柴油機(jī)額定工況。

表4 中間軸承溫度儀測(cè)溫值 ℃

2.5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與故障檢修

1)第一階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與故障檢修。9月23日，對(duì)獲取的振動(dòng)烈度值進(jìn)行分析，判斷1#軸承振動(dòng)正常(合格振動(dòng)烈度值最大7.1 mm/s)。9月25日，對(duì)獲取的油液中元素進(jìn)行質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析，判斷1#軸承油液中鐵、銅、鉛、錫元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高(元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)報(bào)警經(jīng)驗(yàn)閾值為鐵30 μg/g、銅20 μg/g、鉛10 μg/g、錫10 μg/g)。9月26日，對(duì)獲取的熱工參數(shù)進(jìn)行分析，判斷1#軸承溫度達(dá)到正常值上限(≤65 ℃)，并對(duì)獲取的紅外溫度進(jìn)行分析，判斷1#軸承前端蓋溫度高，且與后端蓋溫差較大。

綜合上述多種監(jiān)測(cè)技術(shù)分析，結(jié)論如下：1#中間軸承可能存在磨損現(xiàn)象，且軸承溫度偏高?？紤]到船舶航行期間檢修故障的實(shí)際條件，本著排除故障先易后難、先外圍后中心的原則，提出清洗1#中間軸承冷卻系統(tǒng)和補(bǔ)充潤(rùn)滑油檢修工作建議，該檢修建議于9月27日完成落實(shí)。

2)第二階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與故障檢修。10月2日，對(duì)獲取的振動(dòng)烈度值進(jìn)行分析，判斷1#軸承振動(dòng)正常。10月4日，對(duì)獲取的熱工參數(shù)進(jìn)行分析，判斷1#軸承溫度較第一階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有所下降，但仍接近正常值上限；對(duì)獲取的紅外溫度進(jìn)行分析，判斷1#軸承前端蓋溫度較第一階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)略有下降，但仍偏高且與后端蓋溫度溫差大。10月5日，對(duì)獲取的油液中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析，判斷1#軸承油液中鐵、銅、鉛、錫元素含量較第一階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)持續(xù)上升。

綜合上述多種監(jiān)測(cè)技術(shù)手段分析，結(jié)論如下：第一階段采取的故障檢修措施，一定程度緩解了1#軸承溫度高的問(wèn)題，但仍未能解決軸承磨損問(wèn)題，考慮到1#中間軸承潤(rùn)滑油使用時(shí)間已接近換油時(shí)間上限，同時(shí)分析1#軸承前、后端蓋溫差較大的實(shí)際情況，提出更換1#中間軸承潤(rùn)滑油和檢修軸承前端蓋工作建議，該檢修建議于10月6日完成落實(shí)，1#中間軸承前端蓋密封膠圈換新。

3)第三階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。10月12日，對(duì)獲取的振動(dòng)烈度值進(jìn)行分析，判斷1#軸承振動(dòng)正常。10月13日，對(duì)獲取的熱工參數(shù)進(jìn)行分析，判斷1#軸承溫度正常；對(duì)獲取的紅外溫度進(jìn)行分析，判斷1#軸承前端蓋溫度正常；并對(duì)獲取的油液中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析，判斷1#軸承油液中鐵、銅、鉛、錫元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)正常。

2.6 監(jiān)測(cè)診斷結(jié)論

1#中間軸承存在磨損，鐵、銅元素主要來(lái)源于軸和軸承，錫元素主要來(lái)源于軸瓦。軸承端蓋密封膠圈斷裂磨損是造成該軸承磨損的直接原因，鉛元素主要來(lái)源于密封件，舊的密封膠圈粘合處斷裂且磨損量達(dá)1 mm，中間軸承端蓋處膠圈與軸摩擦溫度升高傳導(dǎo)至中間軸承內(nèi)部，導(dǎo)致中間軸承溫度升高。該故障產(chǎn)生原因可能有2個(gè)，一是船舶航行期間氣象條件較差，導(dǎo)致船體和軸系振動(dòng)加大，引起軸承端蓋密封膠圈斷裂，導(dǎo)致中間軸承磨損；二是該軸系可能存在輕度軸線不對(duì)中現(xiàn)象，長(zhǎng)期連續(xù)工作引起軸系振動(dòng)所導(dǎo)致。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜合運(yùn)用多種監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，可以實(shí)現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備故障，有效提高監(jiān)測(cè)診斷結(jié)論的可靠性，并為設(shè)備維修決策提供依據(jù)。結(jié)合船舶進(jìn)廠維修時(shí)機(jī)，進(jìn)行必要的中間軸承拆檢和軸系中心線狀態(tài)檢查。逐步實(shí)現(xiàn)船舶航行期間振動(dòng)監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)易診斷技術(shù)向精密診斷技術(shù)廣泛應(yīng)用的轉(zhuǎn)換，進(jìn)一步提高綜合監(jiān)測(cè)診斷能力。