船舶主机弹性联轴器故障案例分析

孟相全

（中海油田服务股份有限公司，天津 300459）

0 引言

某海洋石油轮是多用途工程船，船长70.56m，船舶型宽14.80m，型深7.00m。该船采用双机双桨可变螺距的推进方式，具备DP2 定位，海上拖带、油田守护、海上送料值班、海上消防及救生等功能。主机厂家MAN B&W，型号9L27/38，单机功率3060kW，额定转速800RPM。高弹性联轴器厂家VULKAN-VKG，型号RATO-S G051W，额定扭矩50kNm，允许转速800RPM。

1 船舶高弹性联轴器性能要求

从结构视角，进行高弹性联轴器设计时，重点应满足船舶柴油机带动螺旋桨传递扭力的能力，同时满足承受扭振、纵振、耦合振动的能力，具备柴油机在工作受力状态下补偿位移的能力。从“船、机、浆”配合视角，应具备实用性，满足目前船舶建造的规范标准要求，高弹性联轴器的结构模块化，良好的船舶安装工艺性。同时应充分考虑船舶的特殊性，多用途工程船的机舱内部设备多空间狭小，高弹性联轴器要适应方便拆卸和安装。从船员使用视角，高弹性联轴器应具备良好的可靠、维修性，必须采用可靠性论证、仿真模拟、设计、验证等流程。高弹性联轴器的性能参数包括额定转矩、最大转矩、许用变动转矩。

RATO-S 高弹性联轴器是各个方向都具有弹性的橡胶联轴器，主要由橡胶部件、膜片组件及连接件组成，联轴器的所有连接元件间为无间隙安装。联轴器的使用环境温度为-50～+80℃，橡胶部件的分开式结构保证它有良好的散热特性，纯扭矩传递及金属件与橡胶之间大的接触面积可有效降低噪声。所有部件需要遵从以扭振计算为基础的值，以保证达到符合理想的动态刚度和阻尼特性。

2 高弹性联轴器故障分析

海洋石油某轮靠泊工况下采用主机定速模式，两台主机各自带动一台轴带。在2021年，右主机连接齿轮箱的高弹联轴器撕裂，无法使用。

2.1 故障经过

海洋石油某轮驾驶台通知机舱备车，启动左右主机。两台主机经逐步加速至额定转速800PRM，轴带发电机励磁并给侧推供电后，检查各参数正常，主机运转平稳转驾驶台控制。船舶在正常靠泊作业时，突然机舱报警系统发出右主机综合故障报警。值班轮机员听见右主机声音异常，按照应急预案，按下控制台上的右主机应急停止主机按钮，停止右主机。右主机停止后检查高弹，发现高弹有橡胶块脱落，高弹损坏。此时机舱内已弥漫橡胶磨损味道，高弹红外测温温度117℃。

2.2 故障分析

海洋石油某轮主机选用MAN B&W 的9L27/38型柴油机，与齿轮箱连接的高弹性联轴器采用的是无锡伏尔康公司生产的RATO 系列高弹性联轴器，主要由橡胶组件、膜片组件及连接件组成，主要作用是传递功率和扭矩，补充径向、轴向及角向位移，补偿旋转动量的震荡，调整系统自振频率，从而起到保护主机、齿轮箱和轴系的作用。在实际使用过程中，基本不需要特别维护，日常检查保养主要是每月检查螺栓紧固情况、橡胶块外表面状况及轴系振动等情况，一般在修船时进行拆解检查。造成这种故障的原因，右主机在800RPM、0 螺距的工况下，发生高频游车现象，扭振、振幅急剧增大，超出联轴器许可值而造成联轴节撕裂。造成主机在800RPM、0 螺距的工况下，发生高频游车现象的具体故障原因还需进一步分析论证。停车后立即对右主机及齿轮箱系统做进一步检查，发现右主机飞轮端高弹性联轴器出现贯穿性裂纹，如图1所示。

图1 高弹联轴器故障现场

2.3 故障处理

高弹性联轴器对中调试，应尽可能把对中调至最好状态，特别是刚性安装的船舶柴油机，在冷态下安装高弹性联轴器时，对中安装公差值由设备厂家（高弹性联轴器生产厂家）确定。安装高弹性联轴器需要同时满足径向、轴向、角度三方面的要求，如图2 所示，测量调整如图3 所示。

图2 高弹性联轴器对中要求

图3 安装高弹联轴器满足的三方面要求

安装高弹联轴器的橡胶部件之前，须进行径向、轴向和角度方向对中检查，按照式（1）、式（2）、式（3）进行计算，计算结果需满足高弹性联轴器安装许用公差值：

径向、轴向、角向、位移低于规定许用公差，要求如表1 所示。

表1 高弹性联轴器安装许用公差

2.4 采取措施

根据主机在800RPM、CPP 在0 螺距的工况下发生的高频游车现象，联系调速器WOODWARD 厂家的高级工程师，协调到船调试时间。同时联系CPP 厂家工程师，委派自动化工程师对CPP 控制箱及其系统和调速控制系统检查。WOODWARD 服务工程师到船。装备部人员、调速器厂家高级工程师与船上人员沟通，详细地了解故障经过及当时主机等主要设备运转状况，制定调试方案，以及调试时的互相配合和注意事项。主机调速系统调试顺利完成。

试车结束后召集轮机部人员召开安全会议，围绕该船高弹存在的不稳定因素，再次重申安全操作，加大机舱巡回检查力度，强调备车时从主机启动至操控转驾驶台后用车的这个时间段，主机旁必须留专人值守。强调备车时的应急处理措施。强调主机高弹联轴器和调速系统的维护和检查，把PMS 的维护保养落到实处。依据采油公司装备部的意见，针对主机高弹故障问题，召开了“右主机高弹故障研讨会”，参会人员主要有主机生产厂家（MAN B&W）、联轴器生产厂家（VULKAN-VKG）、调速器厂家（WOODWARD 公司）、可调桨CPP 厂家（肖特尔公司）等专家以及海油系统内专家。针对此次右主机高弹故障，深入分析造成故障的原因，总结以后使用保养的注意事项。高弹性联轴器的故障不是单一故障，是一个系统性故障。经综合考虑分析，造船设备选择“改以往单一供货方式而向成套供货方式发展”船舶推进装置，除了主机外，还需其他相关的传动设备，包括联轴节、齿轮箱、离合器、轴系、艉轴密封装置、螺旋桨、自动控制设备等，由一个供应商完成设计、制造、配套并交货，易于做到动力装置配套合理，尤其方便安装、调试及售后服务工作，对船厂和船舶所有人均有好处，这也是目前被船厂和船舶所有人采用的供货模式。

3 高弹性联轴器管理及优点

高弹性联轴器可以补偿主动轴与从动轴的中心位移（因振动、冲击引起的位置微量弹性变化）、缓冲和吸振从而实现减振降低噪声。高弹性联轴器具备十大优点：允许一定的平行和角向不对中；传递功率；易装拆；可以用作扭振减振器和吸收扭力冲击；可减少由于不对中而造成的轴承横向附加负荷；允许轴向有少许移动，轴不对中时亦无推力从一侧机械传递到另一侧机械；弹性联轴节与轴的刚性连接，不会对轴产生损坏或摩擦腐蚀；弹性元件能经受内部运转产生的热量和温度，不会影响周围环境；在启动时，有助于机械越过振区内产生不对中时的运行状态；超负荷时弹性联轴节先受损，可保护主机械不受损[1-4]。

4 结语

该故障表明，高弹联轴器故障检查，实际上是包括柴油机、调速器、变距桨等系统联合的调试检查，该故障使一线管理人员和机务管理人员形成了系统化的管理思维，对船舶建造中设备的采购，提出“单一供货方式向集成供货方式”转变，有一定的参考价值。