某船中间轴弯曲故障诊断与修理

叶伟强，陈长青，郭德标

(1.广州航海学院，广东广州 510725;2.中远远达航运有限公司，广东广州 510623)

某船中间轴弯曲故障诊断与修理

叶伟强1，陈长青2，郭德标2

(1.广州航海学院，广东广州 510725;2.中远远达航运有限公司，广东广州 510623)

船舶轴系对中状态直接影响轴承的寿命，并引发轴系振动;轴系对中对柴油机各传动机构正常工作影响很大。结合某船中间轴弯曲引发的故障案例，对其故障原因及修理展开分析，为同类故障诊断与修理提供借鉴。

船舶轴系;轴承负荷;中间齿轮;拐档差

船舶轴系在运转中承受着复杂的负荷，主要有螺旋桨的转矩及其产生的扭应力，推力及其产生的压应力，螺旋桨和轴系部件的重量所造成的负荷及产生的弯曲应力。同时船舶轴系还受主机工况变化、螺旋桨振动产生的附加应力和附加负荷。因此如果轴系校中质量不良，则会引起轴承加速磨损，甚至引起船体振动从而引发各种设备、零件的损坏，直接影响船舶的航行安全。影响轴系校中的因素是错综复杂的，但其主要影响因素有:轴系中各运动件和固定件的加工精度，轴系安装时的弯曲状态，轴端法兰因自重下垂，船体变形以及轴系的结构设计质量等［1］。本文结合某船中间轴弯曲引发的故障案例，对其故障原因及修理展开分析，为同类故障诊断与修理提供借鉴。

1 事故回顾与原因分析

1.1 事故回顾

某船下水运营2年，某航次停靠希腊某港口，例行检查发现主机中间齿轮轴承异常磨损 (见图1)，船方要求厂家派员抵港更换，当时，厂家质疑船方管理不善引发故障，但又缺乏证据。半年后，船抵中国营口港，厂家派员跟进检查又发现该更换后的中间齿轮轴承磨损严重。因此，厂家怀疑轴线对中不良引发传动齿轮脉动超限致中间齿轮轴承负荷异常而导致磨损异常，后续发生一系列的事件即对此故障现象进行了深入的分析。

图1 某船轴系示意图

1.2 中间齿轮轴承异常磨损原因分析

1)对中间齿轮轴承磨损的原因初步分析。由于怀疑轴线对中不良，厂家用承重法对推进轴各轴承进行测量，相关数据见表1。从表1可知，投入使用后的轴承负荷都比投入使用前的要低。经对比分析与出厂值不符，因而怀疑轴线对中不良，见图2。因此，通过调整推进轴承的位置来调整驱动齿轮与中间齿轮的间隙。由于曲轴轴承难以调整，厂家建议调整中间轴承位置来满足中间齿轮的间隙，调大间隙以补偿轴系脉动产生的冲击负荷，以减少磨损。

表1 各轴承负荷

2)对齿轮轴承磨损的进一步分析。根据承重测量结果推断轴线对中不良的判断，为了进一步证实这判断，公司机务部门提出在曲轴不同角度来测各轴承的承重，结果出乎意料的是每个角度测得数据皆不相同，同时在某些位置测得个别轴承的承重负荷为无限大 (超出推进承轴本身自重)。这种结果，只有在推进轴弯曲的情况下才会出现此种情形，因而推断，推进轴系 (艉轴和/或中间轴)极有可能弯曲。

3)检测推进轴弯曲程度。根据测量结果，对轴系负荷的调整过程中始终达不到预想的效果，经分析只有在艉轴和中间轴变形挠曲的情况下才会出现调整过程中出现的现象。同时，发现艉轴前端轴承磨损严重，更进一步说明可能是由于推进轴弯曲所致 (轴线对中不良也不能完成排除)。经过对中间轴摆动量检测，单边达到0.95 mm。本船7 m轴长，摆动量0.14～0.35 mm。主机中间齿轮 (过桥齿轮)与凸轮轴齿轮的齿隙也变小，只有0.06～0.16 mm，正常情况下应该是 0.21～0.31 mm［2］。在对曲轴拐档进行反复测量中，发现在轴系连接螺栓安装的情况下，主机第6道拐档差达到-0.245 mm，超过正常许用值-0.15 mm(见图3)，而在拆掉中间轴连接螺栓的情况下，主机第6道拐档差满足要求，恢复到-0.08 mm。至此确认推进轴系(艉轴和/或中间轴)的变形确实存在，需要校正。

2 修理方案的确定

由于两处轴承磨损完全可以确定是推进轴弯曲所造成。那么推进轴弯曲到底是装船之前 (如在储运过程中受力不均或受外力冲击造成)弯曲还是装船之后由于动力释放造成的弯曲。为了查找推进轴弯曲真正原因，机务部门确定对轴线重新对中，结果发现主机曲轴轴线不正。据此可推断，该推进轴应是装船前即弯曲，为了与此相匹配在安装过程对主机轴线位置进行了调整并与之相适应，至此真相大白。而推进轴装船前弯曲原因超出本文范围，为避免法律纠纷不予讨论。

2.1 修理方案的重点

1)对弯曲的推进轴 (中间轴)进行校正。

2)对主机机座重新调整进行轴线对中。

图2 轴系对中推算图

图3 汽缸拐档差示意图

3)对中间齿轮的间隙进行调整。这里重点说明中间轴弯曲校正的方法选择，一般的校正方法有火攻、冷压和车削。而火攻及冷压会产生应力问题，且缺乏相关的技术标准，尤其火攻会改变材质的金相组织，无法满足其强度应力要求，因此确定用车削的方法进行校正，中间轴的直径320 mm，经计算其许用最小直径为312 mm［3］，实际校正过程中仅是轴的直径加工至318 mm，并对其法兰表面进行加工校正，重新按规范进行适配。

2.2 具体修理方案［4－5］

1)船舶进坞，抽出中间轴和艉轴，吊出机舱进厂进行中间轴、艉轴的中心线校中 (按照CCS规范要求)，法兰端面垂直度校正。

2)艉轴承检查测量，如果磨损超过最大间隙，需要更换艉轴管。

3)进行艉轴管中心线与主机曲轴中心线的对中检查，如果中心线偏差超过1.87 mm(主机曲轴中心线低于艉轴管中心线)，还要进行主机高度的调整。

4)二次进坞进行安装，轴系中心线调整，各轴承负荷调整，主机曲轴拐档差调整 (以上调整均调整到规范允许范围以内)。

5)主机中间齿轮 (过桥齿轮)间隙重新调整到规范允许范围内。

3 结束语

综上所述，可以得到如下结论:推进轴 (中间轴)弯曲是引发中间齿轮轴承和艉轴前端轴承异常磨损的直接原因，同时还发现主机安装轴线对中不良这个安全隐患。因此，建议在造船过程中，对轴系和机座安装，修、监造人员必须按规范要求安装和测量相关数据，不可掉以轻心。船舶营运过程中定期检查相关轴承状态及间隙，及时发现问题，防止出现更大的事故。此外，建议船舶检验部门修改相关检验规范，例如从曲轴不同转角来测量各轴承的承重，及时发现问题，消除隐患。

［1］林在映.某船艉轴系失中故障诊断与修理［J］.中国修船，2013，26(2):10-13.

［2］ 《轮机工程手册》编委会.轮机工程手册 ［M］.北京:人民交通出版社，1992.

［3］中国船级社上海规范所.钢制海船入级规范 ［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［4］CB/T 3420—1992，船舶轴系修理装配技术要求 ［S］.

［5］CB/T 3417—1992，船舶尾轴、中间轴、推力轴及联轴器修理技术要求 ［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

叶伟强 (1963-)，男，广东惠州人，副教授，硕士，研究方向为轮机工程及轮机新技术应用。

2015-05-19