新建船舶尾管后轴承高温磨损的原因与改进

周联宇，汪家政，刘立军，邓志庆

（金海重工股份有限公司，舟山 316291）

新建船舶尾管后轴承高温磨损的原因与改进

周联宇，汪家政，刘立军，邓志庆

（金海重工股份有限公司，舟山 316291）

剖析船舶在运行过程中艉管后轴承高温报警的案例，从多个方面阐述了轴承磨损的诱发原因，并提出了相应的改进方法，给船厂在提高船舶轴系安装质量方面带来了实际效果。

船舶；艉管轴承；磨损原因；改进

0 引言

随着国内造船行业的迅速发展，中国造船业在世界的市场份额在 2013年上半年分别达到完工量35.3%、新接订单量46.1%和手持订单量44.3%，赫然位居世界第一位。然而，现代化造船水平却与日韩相去甚远，无论是造船模式、技术水平，还是施工人员的素质上，很客观地体现在船舶建造周期长、建造成本高和建造质量差。近几年来船舶艉轴承过热磨损的问题时常出现在各大小船厂，这类问题的出现常常迫使船舶进坞返修，给造船企业带来巨大的经济损失，本文就船舶轴系频频出现的质量问题展开讨论，主要分析研究艉管轴承过热磨损问题，并提出了一系列的改进意见以供参考。

1 引用案例描述

要正确避免问题地出现，必须了解问题的根源，以下是某船舶企业一艘好望角型散货轮的艉管后轴承事故案例回顾。

1.1 事件概述

某船在2011年9月试航过程中进行紧急正车试验时，发现监测报警显示艉管后轴承温度为55℃，超出正常范围。现场立刻做出停车指令，但温度仍继续上升至70℃以上（高温报警设定值为65℃）。现场对滑油滤器拆检后，发现有金属屑及2mm～3mm的金属丝（疑似衬套磨损物），在对滤器进行清洗后，并将系统内艉管滑油全部更换后，低速运转主机，缓慢提升转速，温度保持正常。

1.2 事件调查分析

船厂对该事故进行了一系列的检查以确定事故原因，设计解决方案。

1）码头检查。船舶返航停靠船厂码头后，相关人员上船检验主机、轴系的负荷，在4种主机曲轴状态下分别测试，并同时测量了曲轴的甩档、各轴承间隙，情况良好，数据取得后交予MAN主机服务商认证，得出的结论是主机、轴系的负荷均在范围内。

2）船坞检查。船舶进入船坞进行拆检，根据现场拆检情况，螺旋桨锥孔及艏艉密封不锈钢套完好无损，艉轴拉出后，发现艉管后衬套后端下方磨损约200mm宽，深度约0.20mm痕迹（图1）。

图1 衬套内圆磨损200mm宽、0.2mm深

将艉轴抽出后，发现艉轴后端有一处磨损约0.15mm宽、0.1mm深的沟槽，如图2所示。

图2 艉轴磨损0.15mm宽、0.1mm深

3）轴系安装检验记录校核。船厂随后对该船的轴系照光、复光、艉管镗孔、后衬套尺寸、艉管后衬套压配、艉轴安装间隙、轴系校中的实际测量数据记录与工艺进行校核发，均符合要求。

4）轴系负荷测量记录校核。主机环氧垫片浇注后，对轴系负荷、主机甩档、主轴承间隙进行测量，测量后将测量报告发给MAN确认，得到回复是测量结果可以接受。

5）艉管滑油管路投油校核：艉管滑油管路投油将近持续了近两个月的时间，在整个投油过程中，用木锤敲击管路，滤器一开始是用500目滤纸，后又换成2500目，符合工艺要求。

6）系泊试验。该船主机系泊试验转速维持在32r/min，持续6小时，艉轴和衬套进行磨合，主机系泊试验时未发生高温报警，状态良好。

7）试航情况反馈。

（1）试航时，海况正常；

（2）紧急倒车、紧急正车试验操作正常，符合试航大纲要求；

（3）该船试航期间艉密封系统运行正常；

（4）该船试航过程中，主机耐久、测速及大角度转舵试验项目完全完成后，艉管温度良好，保持在38℃的正常状态。之后根据试航大纲规范开始做急停、急倒试验，也未发现艉管高温现象。在做急速正车时，当转速加到71r/min，检测面板上艉管温度迅速上升至52℃，试航人员立即采取降速措施，并即刻停止运行主机。但温度仍继续上升至70℃以上。对艉管滑油、艉管滤器及艉管温度传感器进行拆检。滤器内只发现艉轴与村套磨合后产生的细微金属粒，滑油成色未发黑也属于正常。

1.3 船厂得出的结论

1）船舶轴系在加工方面对加工的精度要求很高。艉轴管、艉轴轴承、艉轴等轴系部件的安装配合都有严格的尺寸配合要求，这些尺寸都是以丝为单位（即 0.01mm），对测量人员的技术水平要求极高，而不同的人测量的习惯方法、手感都有差异，稍有不慎就将造成尺寸误差，在轴系安装过程如果这些误差累计在一起，就将影响到安装质量。对于轴系等需要较高精度的测量要求的重要系统，公司本应有专业的人才队伍以及一套有效地保证测量精度要求的工艺方法及管理措施，这些工作目前都由流动的劳务外包队伍来完成，这也是本次安装质量事故的间接原因。

2）由于船舶在轴系照光-镗孔-轴承加工等一系列过程中，机床、镗排等工具缺乏保养，测量工具缺乏检查，精度难以保证并且测量数据出现偏差，这些偏差通过积累，造成累计误差，最终造成了船舶艉管后轴承负荷分配不均，导致后轴承发生磨损。

3）根据调查反馈，加工艉轴衬套的机床加工精度在0.01mm，机床使用说明书要求：“机床在使用过程中，某些负载大的相对回转和相对移动的零部件会产生磨损或由于偶然事故而使机床精度下降，振动加剧等都影响机床使用性能的现象。因此需要定期（一般为半年时间）进行检查和调整。”而根据施工部门反馈，该机床自2007年购入以来，从未进行检查和调整，镗排的维护与保养也缺乏依据，并且由于轴的加工设备布置在填海区域的厂房内，地基有下沉现象。所以这也是造成该次质量事故的原因之一。

轴系校中时，为了保证艉轴法兰与中间轴法兰存在约1mm～2mm的间隙，中间轴法兰与主机飞轮间存在1mm～2mm的间隙，在完成轴系校中后，要将法兰用螺栓连接起来，连接时要消除这个轴系校中时留下的间隙。根据工艺要求，必须通过向船艉移动主机的做法来消除间隙。而根据调查反馈，安装工人为了施工方便，采取向船艏移动艉轴及中间轴的做法来消除间隙，没有保证艉密封轴套与艉管内艉密封油管直角接头之间的距离，导致艉密封油管直角接头磨损，磨损产生的碎屑随滑油进入艉管轴承，造成艉管轴承磨损，是本次事故的直接原因。

2 原因深度解析

艉轴和轴承在加工、安装和运行过程中环节复杂，必须从源头找起，逐步扩展才能找到行之有效的解决措施。

2.1 直接原因

根据以上案例可知高温报警的直接原因：根据该船入坞拆检情况，初步分析推断，造成此次艉管后轴承高温报警质量事件发生的直接原因为在试航过程中，艉轴与艉管后衬套后端下方产生非正常摩擦损坏所致。

所谓的非正常摩擦是指，没有满足最低条件的摩擦。何为最低条件呢，就是没满足压强，即单位面积受力的标准，轴承受力面的压强需要满足最低要求。一般船舶设计时就会考虑好足够的受力面积来减小单位面积地受力，使运动部件不至于磨损。破坏这个平衡条件的原因可以确定为几条：一是润滑条件，要想减小摩擦力，必须提供足够的润滑油，不断供入的润滑油会在两个配合件之间的微小缝隙里形面一层油膜，使配合件不至于直接接触，并使各点受力均衡[1]，所以润滑油的型号和质量是必须保证的，配合件之间的粗糙度也是需要保证的；二是温度，不断运动的轴与轴承间会产生大量的热，或者其它原因导致了大量的热，高温加速油分子活跃而使油粘度降低引起摩擦加剧并形成恶性循环，同时高温还会熔化巴氏合金轴承，从而彻底破坏受力平衡；三是配合面接触角度问题，也就是接触角度的不正确而引起接触面过小，从而引起压强过大。

2.2 诱发因素

润滑油在生产、包装、运输、注入和使用地过程中都有可能受到污染，作为船厂来说，可以控制的是在注入之前对油的干净程度进行抽样检测，在注入的过程中加强管理以及对船上储存油的地方进行彻底地清洗，船上储存润滑油的地方应包括油柜、润滑系统管路及附件、艉轴管油腔及腔内部件，管路安装前应检查管内是否存在异物，特别是在管路的冲洗过程中应使用振荡器来清除管路中滞留的焊渣、铁屑等，油质的不合格或异物地进入都会引起润滑不良或直接地破坏运动部件的配合面。

船舶运行时，润滑系统运行应保持正常，需要检查油泵油压以确保能不断地提供循环的油来降低温度；以船厂通常的习惯，在轴系校中时，艉轴法兰与中间轴法兰会预留约1mm～2mm的间隙，中间轴法兰与主机飞轮间预留1mm～2mm的间隙，以方便轴系校中，校中后在消除间隙时，安装工人靠移动轴系的做法来消除间隙，如果事先未预留准确的余量，有可能会引起艉密封轴套与艉管内艉密封油管直角接头接触，在轴系运转时摩擦产生高温和碎屑，都会造成艉管轴承磨损（图3）。

图3 密封轴套与管附件触碰

轴与轴承的理论接触角度的设计是根据轴系校中计算来确定的，通常船厂会提供船舶轴系的配置情况给主机生产厂家，委托其进行计算，再将计算书送审船级社，计算书会按现行标准提供一个相对转角值，转角值满足“校中计算时，应使尾管后轴承支点处轴的转角不超过3.0×10-4rad，否则应提出相应措施使其符合规定”[4]。这些都无需担心，设计部门会将计算的数据提供给轴承厂家，由轴承厂家来“采取相应的措施”[4]（图4）。

图4 转角超过标准后采取的措施

2.3 诱发因素分析及改进

在核对确保设计无误的前提下，如何保证安装过程中不至于发生错误而改变了实际的安装角度是船厂管控重。

1）艉轴管镗孔加工精度的控制，为了降低成本，很多船舶的设计仍乐意采用现场镗孔加工的方式，由于实际加工环境差、量具保养不当、镗排自身重力引起的挠度等都会造成镗孔质量问题，特别是前后轴承两孔的同心度的偏差会直接导致轴与轴承接触角度的变化；

2）轴承外圆加工精度的失控会导致轴承外圆中心线偏离理论线过多，从而直接引起轴与轴承接触角度的改变；

3）测量误差和误差累积，以目前国情来看，大多船厂都采用雇佣外协施工队伍的形式，这样的方式从很大程度上使船厂能够灵活地调度人力资源，起到降本增效的作用，然而外协人员往往技术水平参差不齐，责任心不高，人员技术水平差，易造成测量误差和误差累积；

4）某些企业为了赶进度，纵容施工人员在轴系校中时弄虚作假，实际轴系校中未能达到要求，使得轴承受力不圴、轴系弯曲角度过大或过小，另外过轻或过重的负荷还会造成轴系不正常地振动甚至跳动，从而破坏轴承；

5）质量检验方式及标准脱离实际。

6）轴承间距的设计过于理想化引发的轴承负荷变化过大，从而造成轴承的受力不圴最终受到破坏。

针对以上问题，可以采取的措施是：

1）设计必须满足轴承材料规定的最大压强条件，转角超差补偿按规范要求进行，尽量推行使用环氧树脂浇筑型艉轴管，使艉轴管的加工过程提前到车间内进行，能有效提高加工质量；

2）加强机床、镗排、量具等设备及专用工具的定期保养，及时更换磨损的设备部件，设备使用前应进行复查，特别是镗排的跳动情况；

3）镗孔时注意消除镗排自身挠度[5]，有条件的船厂可以在光刀前使用准直仪等设备进行校排；

4）对于轴系等需要较高安装技术水平的工作，施工人员必须经过专业培训并持证上岗，同时船厂要培养出一批专业的人员，专门长期地从事此类加工和安装工作；

5）轴承负荷调整必须满足设计要求范围，并尽量靠近理论中间值，轴系校中工作应严肃对待，杜绝一切理弄虚作假的行为；

6）质量检验人员应具备相应素质，检验的重点应放在配合面的各种尺寸、公差上，思维清晰，不盲目信任标准，特别要注意针对有过轴承转角补偿措施的船舶，艉轴安装完毕，螺旋桨安装之前，后轴承的轴瓦间隙检验时，底部应有相应的间隙，而不是像早期的要求“尾轴装入就位后，检查轴承与轴之间的间隙，就符全图样和技术文件规定，对轴承底部用0.05mm塞尺检查不应插入”[3]。

7）尾轴承间距按如下要求进行设计[2]：

对于单轴系，由于结构上的原因，尾管中的前后轴承间距较短，常会引起前轴承负荷较小，甚至无负荷。邻近尾管的中间轴承的位置对尾管前后轴承负荷的分布影响，需经校中计算才能确定尾管前轴承负荷合理与否。通常解决的办法是在安装时，将主机及中间轴承压低。如果尾管前后轴承间距过短，建议取消尾管前轴承。

如未能按以上要求进行合理的设置轴系的轴承间距以及保留足够的裕度，就会影响整个轴系的负荷平衡，继而发生振动、破坏等问题，轴承的破坏自然直观地体现在高温报警上。

另外还有一些其它因素也可能造成问题的产生，同样需要引起重视，在轴系运转前、运转时必须消除的隐患，如：错误的操车，未能按照规定的操车程序，造成轴承长期负载过大、振动过大；轴接地装置安装不正确，造成轴自带静电达到一定压值时在轴承处释放电弧破坏轴承；轴承的材质和出厂尺寸不合格。但是船厂往往都会忽略了这些问题。

3 结束语

总而言之，船舶艉轴承高温的原因是多种多样的，涉及的面也非常地广，但通过系统地分析，有针对性的采取措施，所有的问题机率都将变为最小化。本文通过案例分析，从技术管理控制入手，解决船舶企业的实际问题，为船舶企业提供了参考。

[1] 周学良. 润滑油[M]. 北京: 化学工业出版社, 2007.

[2] 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, 2007.

[3] 国防科学技术工业委员会. CB/T3607-93, 尾轴与螺旋桨安装质量标准[S]. 1993.

[4] 国防科学技术工业委员会. CB/Z338-2005, 船舶推进轴系校中[S]. 2005.

[5] 国防科学技术工业委员会. CB/T4000-2005, 中国造船质量标准[S]. 2005.

Cause and Improvement of High Temperature Wear For New Ship After Stern Tube Bearing

Zhou Lian-yu, Wang Jia-zheng, Liu Li-jun, Deng Zhi-qing
(Jinhai Heavy Industry Co., Zhoushan, 316291, China)

By analyzing high temperature alarm causes of the case of stern tube bearing during ship operation, this paper illustrates corresponding solutions and proposes improved methods, taking actual effects on improving shafting fitting quality for shipyard.

ship; stern tube bearing; wear causes; improvement

U664.21

A

1005-7560(2014)01-0049-05

周联宇（1980-），男，工程师，研究方向：船舶推进系统安装设计。