某型特种船舶螺旋桨缠绕渔网的故障特征分析及处理方法

2014-12-18刁爱民

中国修船 2014年5期

刁爱民，田静

(1.海军工程大学，湖北武汉 430033;2.92721部队，浙江舟山 316000)

船舶轴系是将推进发动机产生的力矩传递给螺旋桨，同时又将螺旋桨产生的推力传递给船体，推动船体运动的双向传力部件。人们比喻推进发动机是船舶的心脏，轴系、螺旋桨是船舶的腿，一旦发生故障，将严重影响船舶的正常航行。船舶在近海航行过程中，螺旋桨很容易被渔网缠绕，由于缠绕渔网后螺旋桨阻力矩增大，将造成发动机负荷增大，甚至超负荷工作，严重时可能会将轴系、螺旋桨蹩停，导致螺旋桨桨叶变形、损坏，轴系传动部件损伤，轴系振动噪声增大等故障。本文以某型船螺旋桨缠绕渔网后呈现的现象、故障特征、应急处置以及随后的故障勘验、故障原因分析、维修方案确定等事故处置为例，介绍螺旋桨缠绕渔网的一次实例，期望能够为以后船舶类似故障的解决起到一定的参考作用。

1 事故经过

故障船是一艘单桨单机电力推进的特种船舶，在某海域正常航行过程中，主推电机控制板由于负荷突然增大而跳闸，启动后再次跳闸，检查舱内轴系状态均正常，当即判断螺旋桨可能被异物拖住。经潜水员下潜勘验，发现螺旋桨被渔网缠绕，在现有条件下对渔网进行了清理。

清理渔网后试航发现，虽然轴系负荷正常，但轴系振动明显增大，且不能确认渔网是否缠入到艉轴承，从而影响轴系正常运行，因此决定船舶进修船厂上排，进行进一步检查，排除故障。

2 故障现象

2.1 轴系振动情况

清理渔网后，为了分析故障，判明故障发生原因，在试航期间对该船进行了振动测试。轴系的振动情况如图1、图2所示，其中图1为正常状态下轴系前进一和前进二时的振动时域图 (历史档案)，图2为故障状态下测定的前进一和前进二时的振动时域图。由图1、图2可见，轴系振动存在明显的冲击信号，且随着轴系转速升高而升高，该信号间隔时间与轴系转动周期一致。

2.2 现场勘验

轴系出现基于转速基频的冲击信号，表明轴系机械部件工作不正常，需要对螺旋桨和轴系进行进一步勘验，找出异常冲击信号的原因。

2.2.1 船台上检查艉轴毂部及艉轴损伤情况

故障船上排后，进一步检查发现，螺旋桨叶片完好无损，但螺旋桨导流罩鳍片变形，需进行校正。2.2.2 艉轴承损伤情况

轴系艉轴承法兰磨损严重，艉轴承压板及艉轴承固定六角螺栓头部均缺失，由于艉轴承防护罩缺失，渔网进入艉轴承，在轴系运行过程中，使渔网挤压在艉轴承导流槽内，造成冷却水不能正常流动。2.2.3 轴系传动件受损情况

1)联轴节法兰移位。检查轴系轴段的连接状态，发现艉轴半联轴节与中间轴法兰未靠紧，存在2.10～2.62 mm间隙。中间轴与推力轴法兰未靠紧，存在1.20～1.30 mm间隙。联轴节连接螺栓完好，紧固并无松动现象;固定螺母的开口销无脱落、损坏现象。

2)推力轴承倒车推力块受损情况。检修推力轴承技术状态，发现正车推力块工作表面状态良好，无明显磨损现象，倒车推力块有严重的压痕。

3 故障分析

3.1 缠绕渔网引起轴系振动噪声增大

初步清除渔网，试航期间测试表明，轴系存在周期性的冲击信号，根据前面故障现象，可判断出冲击信号主要由2方面原因造成的，一方面是由于渔网残渣堵塞艉轴承冷却水通道，在轴系运转过程中，冷却水不能正常流动而造成冲击;另一方面是由于轴系联轴节法兰移位，造成轴系部件未紧固连接，因连接松动而引起运转过程中的振动冲击。

3.2 缠绕渔网引起主机负荷增大甚至带不动螺旋桨

通过故障特征分析可知，在正常航行过程中，主电机控制板跳闸的主要原因是螺旋桨被渔网缠绕，形成较大的阻力矩，造成主机负荷突然增大甚至带不动螺旋桨，从而造成主电机跳闸。

3.3 渔网缠绕过多、时间过长导致艉轴形成过大后退力

螺旋桨缠绕了过多的渔网，且渔网已缠满螺旋桨桨毂和艉轴承固定法兰之间的空档，并进入艉部轴承，在轴转动时，由于所缠渔网的挤压，形成了很大的张力。张力向前通过轴承固定法兰作用于船体上;向后则作用于螺旋桨桨毂，并传到艉轴上，从而使艉轴受到了较大的后退力。超乎寻常的后退力造成了2方面的后果:一是使固定联轴节法兰的锥形螺栓相对法兰锥形孔产生位移，使原紧密贴合的两法兰接触面脱开，导致法兰间产生不应存在的间隙;二是过大的倒车力由倒车推力块传至船体，使倒车推力块上材质较软的白合金层产生明显的压擦磨痕。

4 故障处置及维修方案确定

4.1 进一步检查艉轴、螺旋桨、推力轴承、半联轴节等部件技术状态

为清楚掌握轴系各部件受损情况，上排后进一步检查了艉轴的跳动量、环氧树脂包覆层等的技术状态。由于艉轴跳动量总体符合要求，但在艉轴承铜套非工作段有明显蚀痕，螺旋桨密封挡处环氧树脂包覆层有损坏现象，为此进行小范围修复。对螺旋桨进行了清洁抛光，检查桨叶状态完好，通过对螺旋桨桨毂锥孔泵压，发现桨毂出现裂纹泄漏，裂痕贯穿较深，按技术要求更换螺旋桨。艉轴、中间轴、推力轴连接法兰锥形孔和锥形螺栓的贴合情况均较好，贴合面积均大于75%，连接螺栓头部没有明显的压痕。

4.2 修复艉轴轴承、轴承固定法兰等部件

1)校正导流罩变形的鳍片，恢复螺旋桨的水动力特性。

2)由于渔网融化在艉轴承导流槽内，且艉轴承铁梨木端部有所损伤，对艉轴首、中、尾轴承铁梨木板条进行换新。

3)对艉轴承铁梨木铜套法兰外表面和艉轴承铜套进行光车，消除铜套磨损缺陷。

4)对艉轴螺旋桨密封挡处环氧树脂包覆层进行修复。

5)对主推力轴承推力块按技术要求进行修复，对推力轴轴颈现场进行研磨。

4.3 艉轴安装

众所周知，船舶设计建造时轴段连接法兰之间是紧密结合不留间隙的。目前，故障船法兰之间出现间隙，是一种非正常情况，是因渔网缠绕螺旋桨形成过大的后退力使螺旋桨、艉轴向后移动造成的。因此，在复装艉轴时，应消除法兰间的间隙，将艉轴前移，恢复原设计图样位置。改变艉轴位置主要有2个方面的影响:一方面是使螺旋桨向船首方向移动3.5 mm左右，一般情况下不至于造成螺旋桨水动力特性的变化;另一方面，艉轴的移动将牵涉到艉轴密封装置和艉轴的相对位置，从而影响艉轴密封装置密封环的压紧弹簧的预紧力。按照常理，恢复艉轴原先位置，使密封环恢复原设计预紧力，对密封装置安全可靠工作有好处。实测表明，艉轴向前移动3.5 mm后，以推力轴法兰为基准测量的艉轴相关尺寸，满足艉轴密封装置出厂的相关要求。

综上所述，此次修理修复了该船舶因螺旋桨缠绕渔网引起的机械损坏，恢复了轴系、螺旋桨装置的工作性能，消除了轴系异常振动噪声。