某船推进系统水润滑尾轴承设计

李含苹 方 斌

（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

引 言

针对某船实际使用环境的复杂性及采用水润滑尾轴型式后轴系可能会出现的问题，将该船的推进系统进行了重点设计。

在传统水润滑尾轴型式的基础上，吸取现有船舶相关的经验教训，对其进行改进，通过加设剖分式尾管、改用剖分式尾轴承等一系列措施，实现尾轴承在恶劣环境下正常运行且实现不拆桨、不拆轴，实施尾轴承检查、更换的工作，达到国内外水润滑尾轴结构型式设计的先进水平。

1 润滑方式的选择

当今，船舶推进系统的尾轴承有油润滑、水润滑两种方式。概况如下：

（1）油润滑式

尾管内充满润滑油，需设首尾两个尾管密封装置，尾轴承多采用白合金，摩擦损失小，目前商船多采用此种形式。若发生碰撞、搁浅事故导致尾管损坏或是密封装置故障漏油，则轴系要停止运行，进坞修理，而且会造成一定程度的海洋污染问题。

（2）水润滑式

尾管内以海水（淡水）充盈、流动，以冷却海水（淡水）分一支路供给此海水（淡水）的需要，仅需设首部密封装置。高分子材料的水润滑轴承，具有摩擦系数小，耐压力/速度（PV值）高，已在军船、民船领域应用多年［1-2］。其具有不漏油、生命力强、不必进坞即可进行密封装置维修等优点。原先的水润滑轴承材料（铁梨木或其他代用品）由于难以购置或性能有些不足，故难以在民船领域推广应用，只能用于军船，而现在轴承材料已获较好解决，水润滑型式的应用范围已呈不断扩大的趋势［3-5］。

近年来，推进系统水润滑尾轴承因其具有可靠性高、绿色环保、隐蔽性好等优越性，在军船、民船领域得到越来越广泛的应用。考虑其生命力强、维修性好以及环境协调等因素，本船推荐采用水润滑尾轴承型式。

2 传统水润滑尾轴承型式的设计

参考国内外近年来设计的水润滑尾轴承的方案结合对实船水润滑尾轴系统后续修理的经验，我们认为，传统的商船、民船的水润滑推进系统存在下述一些缺点。考虑到本船的重要性及特殊性，采取必要的技术措施对不足之处加以改进，在设计上采取国内外先进的设计方案是一件非常有意义的工作。

2.1 传统水润滑尾轴承型式

传统的水润滑尾轴型式如图1所示。

一般的采用水润滑推进型式的船舶，设计型式为：无尾管，尾轴包覆玻璃钢或其他防腐涂层，直接暴露在海水中旋转；设数道尾轴承，首道尾轴承采用强制水润滑，由冷却系统分一路冷却水供其使用，而对后面一道或二道轴承则采用自流水润滑，靠船舶行驶时与船舶相对的水流润滑冷却。

图1 传统的水润滑尾轴型式

2.2 传统水润滑尾轴承型式的局限性

在清洁、无泥沙、无绳网、无漂浮物的海域，传统水润滑尾轴布置型式的轴系运行一般不会有什么问题，但本船所航行的大部分水域或是长江、黄河入海口，常年水中充满泥沙；或是处于岛礁海湾之中，常年海水有漂浮杂物；或是在渔民作业区域，水中多有绳网、鱼漂等。这样的水域中，泥沙极易淤积在水润滑轴承的冷却水槽中，并且绳网、水草等也易于缠绕在尾轴上形成对自流海水的阻碍。在实船的水润滑轴系中，常会发生冷却水不足致轴承、轴套磨损异常，甚至熔融抱轴等恶性事故。

如某型船，初设计时采用传统水润滑尾轴承布置型式，运行一段时间后尾轴承发生“熔融”故障，分析是为舟山水域海水泥砂含量大，轴承材质（热塑性基材高分子）等原因，为此更换了轴承的材料（热固性基材高分子）、加设尾管，并设置专用冷却水泵，至今轴系运行良好。

3 某船水润滑尾轴承型式的设计

3.1 某船水润滑尾轴承的型式

针对本船航行水域的实际情况，拟将此船设计成图2所示尾轴承结构型式。

图2 某船水润滑尾轴型式初步方案

该尾轴承结构型式的特点为：

（1）轴承采用专用水泵强制水润滑、冷却；

（2）设置可剖分式尾管；

（3）采用剖分式尾轴承（带铜外套）；

（4）尾轴承设计采用热固性基材高分子轴承。

3.2 某船水润滑尾轴承结构型式特点

3.2.1 尾轴承采用强制海水润滑、冷却

轴承设计采用专用的较高压头较大流量的水泵给水，冷却水需经尾轴承冷却海水处理单元净化处理后，再用泵压入，强制冲刷水道。出首道尾轴承后，由于有尾管的导流作用，后续的尾轴承也得到强制润滑。

该设计的特点在于冷却水充足、洁净，不会产生堵塞冷却水水槽的故障；各道水润滑的尾轴承可以确保冷却、润滑效果，防止水润滑轴承因供水不足或水质量不好堵塞水道而导致轴承异常磨损，甚至熔融损毁的问题。

3.2.2 可剖分式尾管

可剖分式尾管的设计在于尾管采用钢板卷制，剖分式结构，用耐海水紧固件固联，一端采用可伸缩的轴向补偿结构。

采用剖分式尾管设计的目的在于原来仅首道尾轴承采用强制水润滑，现因有尾管的导流作用，可使所有水润滑轴承都实现强制海水润滑，还能防止泥沙淤积堵塞在冷却槽内，确保每道水润滑轴承的冷却、润滑的质量和效果。采用剖分式是为了方便检修、更换轴承——可先拆开尾管，即可对尾轴承进行检修、更换。

图3 剖分式尾管结构的设计

3.2.3 剖分式尾轴承

对于尾轴承，无论是油润滑或是水润滑，对轴承进行检查或更换都是一件费时费力的事情。先要拆舵叶（偏舵船舶可不拆）、再拆桨（或拆桨叶），进而拆液压联轴器、拆液压油管（调距桨用），最后再抽出尾轴，这样才能对尾轴承进行检查或维修。

采用剖分式尾轴承（带铜外套）及剖分式尾管的优点在于在船坞内不必抽轴、拆轴，仅需拆开尾管，拔出尾轴承，即可顺利检修或更换轴承。

3.2.4 热固性基材高分子轴承

目前船舶行业采用水润滑推进系统的轴承一般分为两种，一种是热塑性基材高分子轴承，一种是热固性基材高分子轴承。

热塑性基材高分子轴承具有如下特点：对冷却水依赖性大，不能短时断水；工作温度低，一般在60℃；硬度较软，摩擦系数较小。

热固性基材高分子轴承具有如下特点：对温度敏感度低，工作温度可达100℃；具有自润滑性，可短时断水；硬度略大，摩擦系数略大［6］。

考虑到该船航行水域的特殊性，选用热固性基材的高分子材料轴承可以具有较高的可靠性。

综上所述，通过加设剖分式尾管，改用剖分式尾轴承，辅以采用热固性基材高分子轴承，增设专用的海水冷却水泵及海水净化等措施，可以实现尾轴承在恶劣的环境下正常运行，且可以实现不拆桨、不拆轴，实施尾轴承检查、更换的工作。这样，水润滑轴承的特点可以得到进一步发挥，而其缺点几乎可以全部克服。

4 关于尾轴承的维修性

采用上述改进措施后的水润滑尾轴承结构型式，不仅具备如上优势，还对该船日后维修大有裨益，例如：

（1）能有效缩短轴系坞修周期；

（2）减少维修的工作量；

（3）减少维修的成本。

由此可见，上述特点可以使船舶的维护保养比传统尾轴承结构型式更省时、省力、省资金，不仅在新造船舶上具有较高的技术状态，且随着时间的延长，其优点会更加凸显。

5 结 论

本船所选用的水润滑尾轴承型式改进了传统的结构型式，在设计上更注重考虑实际的使用环境，可以完全克服以往所出现的缺陷或问题。此外，由于充分考虑到尾轴承的维修性，可实现不拆桨、不拆轴进行尾轴承检查、更换的工作，从而能更好地满足船东的使用要求。

［1］ 王晓雷，刘海叶，黄巍.水润滑材料的发展状况及其趋势［J］ .机械制造与自动化，2013（4）：5-8.

［2］ 王优强，李鸿琦.水润滑赛龙轴承及其性能综述［C］.第七届全国摩擦学大会论文集，2002：190-194.

［3］ 新加坡英德私人有限公司.船用轴承设计、加工、安装手册［S］.2010：2-7.

［4］ Vie R，Hampson L G.Water lubricated bearings ［J］.International Maritime Technology.2000（1）：11-25.

［5］ 中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册：轮机分册［M］.北京：国防工业出版社.2013：197-199.

［6］ 段海涛，吴伊敏，王学美，等.新型水润滑轴承材料的摩擦学性能研究［J］.武汉理工大学学报，2012（6）：1-5.