某39000DWT散货船尾管后轴承损坏原因分析和预防措施

周俊雄

摘    要：本文通过某39 000 DWT散货船在试航过程中尾管后轴承损坏及修复的案例，探讨采用环保生物润滑油轴承损坏的原因，提出预防措施，并在后续同系列船型中进行验证，为相似类型的船舶轴系安装调试和试航提供参考。

关键词：尾管;后轴承 ;环保滑油;预防对策

中图分类号：U664.21                            文献标识码：A

Abstract： In this paper， through a case study of the damage and repair of the aft stern tube bearing of a certain 39000 DWT bulk carrier during the sea trial， the reasons for damage of the aft bearing using EAL （Environmentally Acceptable Lubricants） are analyzed and discussed， and the preventive measures are put forward， which are verified in the subsequent ship types of the same series to provide reference for the installation， debugging and sea trial of similar types of ship shafts.

Key words： Stern tube; Aft bearing; EAL; Preventive measures

1    前言

某39 000 DWT散货船尾管轴承采用油润滑。基于美国环保署2013VGP第2部分2.2.9项的新增要求：所有船舶在油水界面上必须使用环保润滑油，除非技术上不可行。某39 000 DWT散货船尾管也使用环保润滑油，但在试航阶段出现尾管后轴承损坏现象，给船厂造成经济和名誉损失，引起了多方关注。因此，使用环保润滑油时，如何预防尾管轴承高温或损坏意义重大。本文通过该型船试航尾管后轴承损坏问题的案例，分析使用环保润滑油后轴承损坏的原因，制定预防措施，并在后续同船型中进行验证，为其它同类型船舶的轴系技术改进提供依据。

2    事件经过

该轮于2015年5月进行航行试验，慢速回转过程中发现尾管后轴承温度一直上升，之后进行半速前行打满舵，出现后轴承温度高报警（报警值设置为60℃）。十分钟后后轴承温度升至84℃，于是停车检查：（1）坞内及码头安装轴系对中数据、称重数据、轴承间隙数据等均正常;（2）更换备用温度探头，温度显示与主探头一致，在接线盒直接读取输出电压也均正常，排除了温度探头故障误报警的可能;（3）重力油柜、前后密封油柜油位正常，开启密封油及润滑油泄放/取样阀均有滑油流出，观察船尾海面无油料泄漏痕迹，可判断尾管后密封完好;（4）重新加满油后，排空尾管冷却水舱，进入舱内、盘车，后轴承处有异响反转时声音更大;（5）全面称重，尾管前轴承偏小。由此判断尾管后轴承已经损坏。

3    坞内检查测量

进坞后进行检查测量：（1）检查尾轴下沉量，确认尾轴下沉了0.3 mm;（2）尾轴拉出后对尾管后轴承进行检查，发现轴承下部有长约800 mm左右的严重损伤，轴承内部有大量巴氏合金粉末（见图1）;（3）前軸承正常;（4）尾轴检查发现在后轴承位置表面粘有许多巴氏合金，后进行抛光处理;（5）尾管内未见明显异物，附件安装正常无松动;（6）尾管滑油送外化验结果：水分含量0.139%;（7）尾管前后密封检查正常;（8）后轴承压出后，用激光几何仪检查尾管内孔同心度，发现后轴承处后部上翘0.10 mm，次日重新测量，后轴承处后部上翘0.04 mm;（9）对尾管后轴承座、尾轴的轴承位进行磁粉探伤，结果合格。

4    修复措施及实施验证

（1）修复措施

① 更换后尾管轴承;

② 尾管滑油在系泊试验和调试磨合期间用矿物润滑油，航行试验正式报验阶段更换为环保润滑油;

③ 尾管后轴承斜度数据由0.208改为0.13，以补偿尾管内孔同心度偏差，并取得主机厂家认可;

④ 轴系重新进行对中称重，称重时将尾管前轴承负荷往上限靠拢，调整至18～19 kN，以减轻后轴承负荷;

⑤ 为保险起见，尾管后密封换新;

⑥ 尾管滑油系统重新清洁和串洗;

⑦ 进行尾管同心度测量以作对比。

（2）修复措施验证

① 对尾管后轴承加工尺寸测量，重点是斜度测量确认，加工数据符合图纸要求;

② 尾管后轴承压装，压装前后用激光几何测量仪测量同心度，均在控制范围内;

③ 尾管内铜管密性报验/滑油管系串油检验，均符合要求;

④ 尾管清洁检查、穿尾轴前对尾轴表面最后检查、穿尾轴及尾轴间隙测量，后轴承间隙为上0.60、下0.13，均在控制范围内;

⑤ 压装螺旋桨、吊装中间轴、尾管滑油管系清洁装复、加油前的尾管重力油柜清洁，报验均合格;

⑥ 首尾密封的定位安装、下沉量测量、将军帽安装，报验过程顺利，下沉量数据为上73.8、下73.75 ，符合要求;

⑦ 新的环保生物润滑油取样化验，水含量及其它指标符合要求;

⑧ 压油检查首尾密封的密性、防绳罩的安装定位及焊后报验，均合格;

⑨ 出坞后调整压载状态，进行轴系对中称重工作，数据发给MAN公司，确认合格;

⑩ 新加工的轴系连接螺栓尺寸报验、转钢印及磁粉探伤、螺栓安装，检验合格;

11 中间轴承下瓦拂配、活动垫片拂配、顶部间隙测量等，均报验合格。

（3）系泊及试航验证

主机进行系泊试验，运转4个半小时，观察尾管轴承温度均在33 ℃左右;6月下旬该轮进行第二次试航，主机磨合摸底阶段采用矿物润滑油，报验阶段更换为环保润滑油，试航顺利。在主机高负荷运转过程中，尾管后轴承的温度一直保持在46 ℃左右，符合要求，轴系运转很平稳，说明以上的修复处理措施是合理有效的。

5    故障原因分析

对于引起该问题的原因，相关技术人员进行了分析，产生的原因可能是：

（1）轴系校中问题

该船型为系列船，之前已建造交付同船型10艘以上，并没有出现过轴系校中问题，查该船的轴系校中、轴承负荷数据也与之前的数据接近，都在轴系校中计算范围内，主机曲轴臂距差和挠度等也都在主机厂规范内。所以该船轴系设计和安装工艺应该是可靠的，所以轴系校中问题应该不是主要原因。

（2）环保滑油问题

根据相关资料，环保滑油在40 ℃下的粘度要比同温度下的矿物滑油粘度低，在主机转速低且磨合时间不长的情况下，尾轴与轴承间的油膜难以形成，导致尾轴与后轴承润滑不良，再加上突然转向和变速行驶，引起轴承从左右两边开始烧伤进而导致整个下部损坏。同期其它船厂也有因使用环保滑油而出現尾管轴承高温或损坏的相似案例，故推断认为当轴承温度升高后，环保滑油可能不利于轴承的润滑，

（3）尾管变形问题

将损坏的轴承压出后，经测量尾管内孔的同心度，发现后轴承座后部比前部上翘（0.10+0.04）/2 = 0.07 mm（两次测量的平均值），后轴承处斜度变化了0.07/960 = 0.073X10-3rad。分析可能是在尾管的加工过程中同心度偏差上翘，由于当时加工后没有再用激光仪进行同心度的测量，在加工轴承过程中也没有对偏差进行补偿，所以尾管后轴承压装后后轴承处的实际斜度由0.2X10-3rad（轴承厂家加工图纸）变为0.2X10-3rad - 0.073X10-3rad = 0.127X10-3rad（轴承本身斜度并没有变化）。试航时，尾轴和后轴承的转角变为0.405X10-3rad（螺旋桨100%吃水，热态条件下的理论值）- 0.127X10-3rad = 0.278 X10-3rad。此值虽在船级社要求的0.3X10-3rad的范围内，但由于尾轴和后轴承的转角相对于原设计值（0.205X10-3rad）变大，可能会导致尾管后轴承后部局部比压增大，尾轴与尾管后轴承之间的油膜难以形成，使轴承非正常磨损，最终导致尾管后轴承烧坏。

（4）操车打舵不当问题

根据当日出海情况，船慢速出港时只有小角度打舵，到锚地后进行罗经消差时船一直在慢速回转，此过程中已发现后轴承温度一直上升，可能是因为尾轴与轴承未磨合好，油膜没有完全形成引起轴承温度升高，但未引起高度注意。问题出现在船半速（68 r/min）前行时，在此过程中曾打过满舵并出现过6次临界转速报警，十分钟后后轴承温度迅速升至84 ℃，此时后轴承已经烧伤损坏。在磨合时间不长、油膜难以完全形成的时候打满舵，在临界转速下没有快速越过该转速区，导致轴系震动激烈，特别是在使用环保滑油的情况下，短时间内就会加快后轴承磨损，这可能也是此事件的原因之一。

6    预防对策

经过以上的分析和对该问题的处理结果，特别是针对尾管使用环保滑油的情况下，提出以下的预防措施，并在后续船舶的实践中进行验证。

（1）尾管滑油在系泊试验和航行试验主机调试阶段使用矿物滑油，以便尾轴与轴承有足够时间进行磨合;航行试验正式报验阶段更换为环保滑油，这样可以使油温不致于很高，尾轴与轴承间的油膜更容易建立，有利于尾轴与后轴承的润滑。在更换环保滑油过程中，必须严格按照技术部门下发的更换程序进行。更换前，取新环保滑油的油样和使用后的矿物滑油油样，试航完毕后再取试验后的环保滑油油样，三种油样留底，必要时再作化验对比;

（2）从后续船开始，尾管机加工完后，用激光几何测量仪测量前后轴承位同心度，利用同心度定尾管安装的上下方向。根据尾管同心度测量情况，再确定尾管后轴承的加工斜度。尾管在船坞定位对中完总体浇注环氧后（该尾管安装形式为环氧浇注型），再一次复测前后轴承位同心度，为船舶下水轴系校中时提供参考;

（3）反馈设计部门使后续船改进轴系校中计算，相对提高尾管前轴承负荷，尽量降低后轴承负荷，以减轻后轴承的比压;

（4）操车时注意主机转速和航速状态，尽量快速通过危险转速区，在此过程中尽量不要打满舵，也要避免打舵时变速。在尾轴与轴承未完全磨合时尽量用小舵角操舵;

（5）进一步搜集环保滑油的相关厂家和同行使用信息等，熟悉其使用特性，在应用上要有足够的理解，确保产品质量。

7    结果验证

落实以上预防措施后，我司在后续的十几艘船的试航中，均没有出现过尾管轴承高温的事例，尾管前后轴承温度一般保持在38 ℃～45 ℃之间，轴与轴承运转比较正常，尾管滑油系统运行也较稳定，说明以上预防措施是有效并可推广借鉴的。

参考文献

[1]汤瑾璟.使用环保油对轴系运行的影响及应对措施的探讨. 上海船舶      研究设计院，2014.

[2]唐育民等.船舶机械检验[M]. 人民交通出版社，1994.