某挖泥船轴系管理与维修案例

◎ 蔡国汉 中港疏浚有限公司

1.挖泥船轴系介绍

某挖泥船轴系为短轴型双轴系结构，两轴系平行对称布置在船体中纵剖面两侧。主机推进齿轮箱输出端法兰通过液压联轴节直连至艉轴，艉轴后部法兰连接螺旋桨浆毂[1-2]。

1.1 艉轴及艉轴承

此类型的挖泥船采用封闭式艉管，设置前后两道艉轴承，正常运行时艉轴与轴承之间形成油膜，同时带走摩擦热。由于艉轴较长，螺旋桨部件较重，其产生的悬臂作用会使整个艉轴弯曲、变形。为避免因此而引起轴系负荷分配不均而导致轴承高温，该船艉轴承相对轴线采取倾斜加工工艺，增大轴颈与轴承接触面积，防止局部边缘效应引起的轴承磨损故障。

1.2 艉管滑油系统

该轮艉管滑油系统中设有三个油柜：①艏密封油柜（30L），为艏密封装置提供润滑及冷却油；②艉密封装置检漏油柜（30L），与艉轴管2#及3#密封环之间的腔室相通，柜内滑油可为这两道密封提供润滑，油柜内装有液位报警探头，当艉轴后密封泄漏时，该柜液位报警；③艉轴重力油柜（80L），为艉管相关密封件提供重力油润滑。

2.自航式挖泥船轴系管理特点

大型自航式挖泥船，轴系管理难点主要为以下3个方面：

（1）自航式挖泥船轴系由于船体装载变化而反复承受拉压应变负荷，容易导致艉轴轴承的异常磨损。

（2）挖泥船施工中常使用正倒车交替运行，在螺旋桨不均匀推力作用下以及正倒车变工况过渡过程中，轴段和密封元件会产生剧烈的径向跳动和轴向窜动，加剧了艉轴部件磨损。

（3）挖泥船施工区域一般在近海，海水含泥沙量较高，艉轴密封元件的工作条件恶劣，进一步缩短了艉轴密封装置橡胶件的寿命；另由于施工区水质情况特殊，常有渔网、杂物等卷入，也导致船舶轴系突发故障率较高。

综上原因，挖泥船的轴系管理需主管人员特别注意做到以下4点：①船舶运行中要确保艉管滑油系统正常。注意监测艉轴各油柜油温，油位，油质以及是否有泄漏。定期抽检并更换艉密封装置。②注意整个轴系的跳动情况，齿轮箱及主机功率输出端是否有异常振动，在发现异常振动时及时减速或停车，查明原因，予以排除。一般情况下，振动除与柴油机工况有关，还与轴系和螺旋桨的工况有关，例如桨叶变形，桨毂松脱，缠绕异物等。③按说明书要求，每月从艉轴管中取样观察滑油含水量，以及油品有没有乳化变质。定期送检油样进行光铁谱分析。艏密封中的油应每6个月换新；④艉轴密封件要妥善保管，橡胶密封件水平放置于阴凉处，避免老化变形失效。

3.某挖泥船轴系管理实例

某自航挖泥船坞修后约九个月，在主机持续运转中发现艉轴后封检漏柜液位迅速升高，观察到有水持续进入油柜，据此主管人员判断该艉轴密封装置1#及2#密封圈已失效，海水可能通过1#、2#密封环间隙进入检漏柜管系，故采取关闭艉轴后封检漏柜阀的方式，阻止海水继续漏入机舱。此时海水已充满2#、3#艉密封环之间的腔室，但3#密封圈仍然有效，故滑油不会漏入海水侧，艉轴重力油柜液位仍然正常。

持续运转数月后，主管人员发现在船舶轻载时艉轴重力油柜液位开始明显下降，怀疑艉轴密封装置3#密封圈发生泄漏，立即关闭3#密封圈进口阀，切断3S#密封环背面油压，启用3S#道密封，继续观察艉轴重力柜油位恢复稳定。此时艉密封装置尚可继续使用，依据经验3S#密封寿命一般不长，需船方及公司着手做好坞修准备。

再次投入运转约15 d，机舱值班人员观察到艉轴滑油油位开始缓慢下降（日消耗约20L），同时艉轴后封温度传感器监测温度不断上升（60℃～65℃），此时可以判断3S#密封也已经失效，滑油开始外漏，且重载可能有海水侵入艉轴筒内。

表1 拆前艉轴下沉量测量数据

图1 艉密封装置与艏密封装置

对于此种情况，该船主管人员采取了以下应急办法：

制作一只挂桶（80L），通过链条葫芦吊起作为临时重力柜，代替原重力油柜，并可随时调节高度。在近桶底处及顶部装阀，并在原重力柜至艉轴管进回油管系中加装两路管分别通往自制重力柜阀，开阀后便可取代原艉轴重力柜提供艉轴油。临时重力油柜悬挂高度根据以下滑油压力与海水压力差公式计算：

H=1.16×(D-A)+K

H为临时重力油柜内油位至艉轴外圆上端之高度；D为艉吃水；A为船底至艉轴外圆上端高度；K 为常数，通常在0.5～0.2，相当于油压比船外海水压力大0.50～0.20kg/cm2，公式单位：m；1.16此系数是海水比重1.025/滑油比重0.89（在45℃时）得出来的。

当船舶轻载时可降低临时重力油柜的高度，减少漏油量。重载时升高临时重力油柜的高度，利用升降高度控制每日滑油泄漏量，尽量不使海水漏入，防止海水腐蚀艉轴管。需要注意的是此种应急措施仅能保证船舶维持航行，而无法避免艉轴筒内滑油乳化变质。滑油品质下降将导致艉轴承润滑性能下降，加剧艉轴承及轴颈本体磨损，造成严重后果。依据中国船级社钢质海船入级规范，油润滑的艉轴承温度≤70℃。当艉轴承磨损过度，会出现轴承检测温度高于90℃直至传感器失灵，此时艉轴承与温度传感器部位已经发生磨损，必须脱开推进离合器并锁定螺旋桨，防止进一步恶化。

4.某挖泥船轴系维修介绍

某自航式挖泥船采用瓦锡兰公司生产的LIPSTRONIC 4E 1415D型CPP推进系统，此类轴系备件较多，且所采用的液压式联轴节拆卸工艺复杂。因而在坞修过程中要对每一步工作严格把关，才能做到万无一失[3]。

4.1 坞修准备

首先机务人员应根据艉轴长度选择合适的干船坞，确保留有足够的抽轴空间。其次要与船方确认做好以下工具及备件等的准备工作，防止因缺少备件而影响修理进度。

4.1.1工具准备

进坞前需确保所有轴系拆装专用工具备妥，包括桨叶以及舵叶吊装工具等，另外还需提前与厂方联系预备铲车、高空车，脚手架等。

4.1.2备件准备

①艉轴抽轴检修的周期较长，故所有涉及的橡胶密封件应全部换新，确保能使用到下一个周期；②螺旋桨浆毂一般与艉轴同时保养，故浆毂及桨叶相关密封件也需要备一套；③舵叶位置妨碍艉轴抽出，拆装需准备相关密封件；④艉轴前后轴承白缸套一般在抽轴检修时需要更换，船方应准备一套；⑤此类艉轴抽轴时需拆装ODbox组件，要准备相关密封件；⑥艉轴承温度传感器怀疑损坏，准备一副备用；⑦装复后所有系统油需换新，应准备充足。

该船此次坞修已做大量前期准备工作，并与瓦锡兰厂方订购了新的艉轴承及白缸套等备件。

4.2 进坞后的检测及修理

船舶进坞后可以直观地对螺旋桨和艉轴配合情况进行观察，承修方在割除艉轴防网罩后会进行一次艉轴下沉量的测量，通过测量制定方案及预估工作量。

根据测量数据观察，左艉轴下沉量已严重超差，需进一步拆检确定维修方案。

艉轴抽轴过程中需注意以下几点：

1）切断CPP液压泵电源前，需先将螺旋桨手动操作至倒车最大浆角位置，以便后期能正常脱开轴系内部油管连接螺母。

2）液压联轴节拆前做好轴向、径向标记，盘车至油管位于正上方后，拆卸联轴节紧配螺丝。再使用专用SKF专用液压油泵脱开液压联轴节。

3）整体拆下ODbox，然后脱开艉轴内部大小油管连接螺母，测量轴头和齿轮箱输出端距离并记录。

4）艉轴扭矩、转速装置及相关附属件拆装做好记号包放妥，轴上芯片抽轴时需转至最上位置，并用有色胶带包扎好，便于艉轴孔内容易看到。

5）拆除艏艉密封装置时注意艏密封白缸套夹箍需量好原位置并记录，后装复时检查白钢套原来工作位置是否磨损严重，如磨损严重移位安装。

6）铺设轨道，使用葫芦及专用吊带配合将艉轴缓慢拉出。

承修方将艉轴拉出后运送至瓦锡兰工厂车间进行数据检测，包括测量整轴跳动量、整轴外径尺寸、硬度、表面磁力探伤等，结果如下：①后轴颈部位存在大量缺陷及凹坑，最大深度约为2.15mm；②磁力探伤后发现，后轴颈处部分区域存在整圈的细小裂纹需消除，硬度数据结果正常；③跳动检查结果过大，超出正常要求范围。

瓦锡兰厂方建议加工艉轴以去除上述缺陷。后轴颈部位需加工约直径-5mm，直到所有裂纹及缺陷消除。前轴颈及空档处需加工约1.5mm，直到所有弯曲变形消除，液压联轴节轴颈位置需进行抛光处理。后艉轴承需制定特殊尺寸的内孔径，以满足原始油膜设计间隙要求。

另外瓦锡兰厂方还对艉轴管中心线进行了激光测量，结果表明前艉管中心线和后艉管中心线已严重超差，整体中心线成“V”形，远超过原始设计极限的要求，且前艉管内孔和后艉管内孔的椭圆度/锥度等都已经超差，远超过原始设计极限的要求。

瓦锡兰工作人员现场对后艉管本体镗加工，以消除现存的后艉管偏心及圆柱度超差等问题。对于前艉轴承进行白合金重新浇铸并对内孔做斜率修正加工，以补偿前艉管本体的偏心误差。

经过工程师数日镗孔加工，艉管内孔达到厂方规定标准值，之后车间依据镗孔后艉管内径数据对艉轴承备品外径进行了精加工，确保二者各尺寸及同轴度满足要求。

加工完成，承修方负责将前后轴承按以下规定压入：

1）精确测量送厂部件各处尺寸是否达标，并在轴承上部做好记号。

2）艉管腔内需做好完整的清洁，修平毛刺等。

3）安装临时定位键，并在外侧焊接压入专用螺杆。

4）在接触面涂抹二硫化钼，顺定位键安装轴承。

5）前期人工推入，后期液压压入，不可冷冻安装。

6）安装完成后拆除辅助工装，锁紧骑缝螺丝，工程结束。

前后轴承压入完工后，瓦锡兰厂方再次进行轴承内径测量以及激光测量轴线，此次数据表明艉轴修复结果达标，满足安装要求。

4.3 轴系部件回装

轴系部件回装与拆卸互为逆向，回装过程每一步都必须小心操作，防止擦碰合金层；所有部件注意清洁无死角；艉轴筒内部油水管路以及艉管系统各油柜均应确认冲洗干净。艉轴承前后温度传感器也需提前做好校验，否则在安装后如有故障将无法处理。

4.4 轴系装复后试验

桨叶及附件装附后，需复位各处阀件并开泵手动测试有无泄漏，核对桨角确认与修前一致。此外艉轴及密封装置装复后，需做密封效用试验，确保安装质量。此过程较为耗时但对修理质量至关重要，每一步都必须严格执行不可省略：

1）艉轴管注油，打开艉轴重力柜出口至艉轴管阀，使艉管内充满润滑油，此时艉轴重力油柜静压将3S＃密封环唇边紧压在白钢套上。打开3＃与3S＃之间密封腔底部的闷头螺丝，确认无油滴出，证明3S#密封环状况良好。

2）装复3＃与3S＃密封腔底部闷头螺丝，打开艉轴重力油柜至该腔室阀，使该腔室与艉轴筒内联通且充满滑油，然后打开2＃与3＃密封之间腔室下部闷头螺丝，观察无油，证明3＃密封环安装良好。

3）打开2＃密封环顶部闷头螺丝，观察腔室注满油，且油位不下降；打开防沙环与1＃密封环之间腔室下部闷头螺丝，观察无油泄露，且轴封与白钢套之间也无油泄露，可判断1＃密封环安装良好。此时承修方可装复艉轴后密封装置所有闷头螺丝并焊接保险。

4）打开艏端4＃、5＃密封环之间的底部闷头螺丝，观察无油漏出，可判断#4密封环密封状况良好，装复闷头螺丝。

5）艉轴前封油柜加满油，使4＃与5＃空腔之间充满油，打开5＃密封环前部腔室下闷头螺丝，确认无油，可判断5＃密封环安装良好，装复闷头螺丝。

6）在艉轴密封装置检漏油柜中加入部分滑油，并关闭油柜进出口阀（此阀在船舶下水后方可打开）。

5.结语

自航式挖泥船轴系故障较为常见，而维修又是一项繁复的工程，需要多方合作且耗时耗力。船舶管理人员需要不断提高管理水平，减少人为原因引起的各种故障，在发现异常状况时能及时判断并采取有效的措施，防止进一步恶化。