何曉聰

(中國船級社舟山辦事處，浙江 舟山 316000)

艉管后軸承高溫一直是船舶軸系的高發(fā)問題。某 30萬噸級VLCC在海外航行時遭遇大風浪，當時風力8～9級，七級浪，涌浪6～9 m，艉管后軸承發(fā)生高溫報警，溫度迅速達到171 ℃，艉軸區(qū)域振動明顯。艉軸抽出后檢查發(fā)現(xiàn)，艉管后軸承合金融化，整個貫穿艉軸表面合金燒融，中間軸法蘭和艉軸法蘭接觸面有類似高頻振動造成的腐蝕。中間軸承右側有細小合金碎末，右側軸瓦間隙幾乎為零，判斷是由于艉管后軸承損壞導致的軸系振動和偏心所致。由于靠泊的海外船廠無船塢，船舶只能?？看a頭進行臨時修理，在漂浮狀態(tài)下抽出艉軸并進行光車處理，對艉管后軸承的白合金進行重新澆注。但后續(xù)試航過程中，發(fā)現(xiàn)停車后艉管后軸承的溫度不降低反而升高了6 ℃左右。再次動車后，艉管后軸承溫度雖有短暫的下降但還是繼續(xù)上升到40.5 ℃，停車后艉管后軸承的溫度再次升高到48.8 ℃。船舶回國后進塢，再次抽出艉軸進行檢查，分析原因。

1 軸系冷態(tài)負荷的初步測量

船舶進塢前，采用負荷頂舉試驗法，測量軸系的冷態(tài)軸承負荷，頂舉位置與軸系校中計算書相同，測量軸系的軸承冷態(tài)實際負荷網(wǎng)見表1。其中，各軸承的理論計算值取自軸系校中計算書中的螺旋槳浸沒50%狀態(tài)下的軸承冷態(tài)計算負荷，現(xiàn)將最小理論值設為理論計算值的80%，最大理論值設為理論計算值的120%，若軸承實測負荷在最小理論值和最大理論值之間，即視為滿足要求。進塢前軸承冷態(tài)負荷值見表1。

由表1可見，艉管前軸承和中間軸承的實測負荷不在最小理論值和最大理論值之間，不滿足軸系校中要求。

表1 進塢前軸承冷態(tài)負荷值 N

按照《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》的要求，對采用軸系校中計算的軸系，一般采用負荷頂舉試驗測量冷態(tài)的軸承實際負荷值，其與計算值的誤差一般應不超過±20%。主機主軸承至少為正負荷，且對柴油機直接傳動軸系，應檢查柴油機曲軸臂距差，并符合柴油機廠的有關規(guī)定[1-2]。本船主機的型號為7S80ME-C9.2，共9道主軸承。一般情況下，軸系狀態(tài)對主機最后3道主軸承的影響較大。因此，在考慮主機軸承負荷時，主要考慮主軸承No.9、No.8及No.7的軸承負荷。

2 艉管后軸承及艉柱的檢查

艉軸抽出后發(fā)現(xiàn)，艉管后軸承最后面底部180°范圍內(nèi)有寬約20 m的合金碾壓區(qū)域，但艉管前軸承和中間軸承的狀況良好，無異常磨損。艉軸表面近觀檢查，情況正常；艉軸錐部無損檢測，結果良好。此外，由于海外修船過程中，艉管后軸承在澆注時，未考慮艉軸光車的補償問題，因此軸承間隙比原始設計圖紙略大，但仍滿足規(guī)范要求。

為了判斷軸系狀態(tài)，采用激光照光法對軸系中心線的偏差進行測量。[3-5]其中，艉管后軸承的中心線偏差見圖1。

圖1 艉管后軸承更換前的中心線偏差

可以看出，艉管后軸承呈現(xiàn)雙斜率，對應的斜率分別為0.000 7 mm/mm、0.000 2 mm/mm，即0.70 mm/m和0.20 mm/m。查閱其軸系校中計算書和艉管后軸承圖紙后，發(fā)現(xiàn)其原始設計為單斜率0.30 mm/m，初步判斷該艉管后軸承存在異常。

考慮到艉管后軸承的磨損可能是由艉柱變形引起。故將艉管后軸承拉出，采用激光照光法對軸系中心線偏差進行重新測量。結果發(fā)現(xiàn)，艉柱的中心線垂向偏差達到0.104 mm、中心線水平偏差達到0.055 mm，超出了設計圖紙0.030 mm的要求。此外，通過測量艉柱內(nèi)圓直徑發(fā)現(xiàn)，艉柱內(nèi)圓的圓度偏差達到0.080 mm，超出了設計圖紙0.025 mm的要求。

鑒于上述情況，需要鏜孔加工艉柱，以消除可能因艉管后軸承受損導致的艉柱本體變形引發(fā)的中心線偏差、失圓等缺陷，使其達到原始軸系設計圖紙要求，并使艉管后軸承中心線斜率、接觸面積達到原始設計要求，以確保軸系有足夠的安全儲備系數(shù)。

3 更換艉管后軸承及艉柱鏜孔加工

考慮到該船在本次大風浪事故發(fā)生前運行狀態(tài)一直良好，且其姊妹船并未出現(xiàn)類似情況，故決定先恢復該船建造時的圖紙技術要求；然后再根據(jù)軸承負荷及軸承溫度情況決定是否采取進一步措施。為此，需要對艉柱進行鏜孔加工，恢復其中心線和圓度，同時更換艉管后軸承，以恢復軸承斜率。

艉柱鏜孔加工后，采用激光照光法對軸系中心線偏差進行重新測量，中心線垂向偏差縮小至0.024 mm、中心線水平偏差縮小至0.018 mm，滿足設計圖紙0.030 mm的要求。同時，艉柱內(nèi)圓的圓度偏差縮小至0.010 mm，滿足設計圖紙要求的0.025 mm。

在定制艉管后軸承時，參照原設計圖紙，采用單斜率0.30 mm/m。艉管后軸承壓裝后，采用激光照光法重新進行軸系中心線的測量，其中艉管后軸承的中心線偏差見圖2，呈現(xiàn)單斜率，斜率為0.000 3 mm/mm，即0.30 mm/m?？梢姡褐M孔加工和更換艉管后軸承后效果比較理想。

圖2 艉管后軸承更換后的中心線偏差

4 調(diào)整中間軸承的高度

船舶出塢后，采用負荷頂舉試驗法測量軸系的軸承冷態(tài)負荷。其中，艉管前軸承和中間軸承的實測負荷分別為25 800 N、284 500 N，均不在其最小理論值和最大理論值之間，不滿足軸系校中要求，為此，必須優(yōu)化軸系狀態(tài)?？紤]到該船中間軸承與其軸承機座的連接是采用墊片拂配加上螺栓固定的形式，因此調(diào)整中間軸承的高度，是最為便捷的措施。

中間軸承調(diào)整高度計算見表2。

表2 中間軸承的負荷調(diào)整計算結果 N

其中理論計算值和軸承影響系數(shù)均取自軸系校中計算書。從表2可以得出如下結論。

當中間軸承高度降低0.68 mm時，中間軸承負荷的計算值達到最小理論值150 238 N；當中間軸承高度降低0.30 mm時，中間軸承負荷的計算值達到最大理論值225 358 N。

當中間軸承高度降低0.47 mm時，艉管前軸承負荷的計算值達到最小理論值102 727 N；當中間軸承高度降低0.79 mm時，艉管前軸承負荷的計算值達到最大理論值154 091 N。

由此可見，中間軸承的高度調(diào)整值在0.47～0.68 mm之間即可，本次選取0.50 mm。經(jīng)計算，當中間軸承高度降低0.50 mm時，艉管前軸承和中間軸承的負荷分別為107 183、185 452 N，滿足規(guī)范要求。此時，主機的No.9主軸承亦滿足廠家技術要求，而主機的其他主軸承情況類似。實際效果應以負荷頂舉試驗法測量的軸承冷態(tài)負荷數(shù)據(jù)為準。

5 軸系冷態(tài)負荷的復測及航行試驗

5.1 軸系冷態(tài)負荷的復測

中間軸承高度降低0.50 mm后，采用負荷頂舉試驗法，測量軸承的冷態(tài)負荷，測量結果見表3。

表3 中間軸承高度調(diào)整后各軸承的冷態(tài)負荷測量值 N

由表3可見，艉管前軸承和中間軸承的軸承負荷分別為123 400、189 700 N，滿足規(guī)范要求。而此時主機的No.9主軸承、No.8主軸承、No.7主軸承的軸承負荷，經(jīng)與主機廠家確認，亦滿足其技術要求。此外，主機各缸對應的曲軸臂距差的測量數(shù)據(jù)也經(jīng)主機廠家確認滿足要求?？梢?，中間軸承高度的調(diào)整達到了預期目標，但實際運行情況應結合航行試驗加以驗證。

5.2 航行試驗

航行試驗時，船舶的艏吃水6.5 m，艉吃水11.0 m，螺旋槳處于全部浸沒狀態(tài)。試航經(jīng)歷加速、減速、回轉等過程，海水最高溫度20.7 ℃，試航過程中艉管前、后及中間軸承、No.9主軸承出現(xiàn)的最高溫度分別為30.5、33.6、37.1、56.2 ℃，整個試航過程中軸系溫度及運行狀況均正常。

試航結束后，采用負荷頂舉試驗法測量軸系熱態(tài)負荷，其中艉管前軸承、中間軸承、No.9主軸承、No.8主軸承、No.7主軸承的負荷分別為90 100、232 200、126 300、430 700、374 600 N，滿足軸系校中計算書和主機廠家技術要求。此外，主機曲軸臂距差的測量數(shù)據(jù)也滿足主機廠家規(guī)定。

6 艉管后軸承高溫的成因分析

本船發(fā)生艉管后軸承高溫的主要原因是艉柱本體變形引發(fā)的中心線偏差和失圓等缺陷，導致艉軸與艉管后軸承之間的油膜欠佳，軸承非正常磨損，致使后尾軸承溫度異常升高。

查閱軸系校中計算書，發(fā)現(xiàn)冷態(tài)下螺旋槳浸沒50%時艉管后軸承的比壓為0.699 MPa，而艉管后軸承的最大允許比壓為0.8 MPa，其裕度值一般。船舶在大風浪天氣下，螺旋槳的槳葉可能部分露出水面，螺旋槳下方由于受到水的反作用力而產(chǎn)生彎曲力矩，使得艉管后軸承負荷增加，容易發(fā)生艉管后軸承高溫現(xiàn)象，導致艉管后軸承尾部磨損嚴重或者燒融。

本船的艉密封一直在使用環(huán)保油，而環(huán)保油的黏度一般比礦物油粘度低，在主機運轉速度較低且時間較短的情況下，油膜很難形成，導致潤滑不良而引起軸承損傷。另外，環(huán)保油的油膜厚度一般比礦物油的油膜厚度薄，運轉初期的磨合能力差，這也可能是造成軸承高溫的原因之一[6]。考慮到空氣密封在正常運行時，不存在油水界面，可將原環(huán)保油更換為普通礦物油，本次將該輪油潤滑艉密封改為空氣密封，艉軸與艉管后軸承之間的潤滑條件得到進一步改善，從而降低艉管后軸承發(fā)生高溫的風險。

7 結論

艉柱變形可能會引起艉軸承異常磨損，致使其溫度異常升高。采用負荷頂舉試驗法可有效測量軸承負荷，判斷軸系狀態(tài)。利用激光法測量軸系中心線偏差和圓度偏差，在工程實際中方便高效，有助于發(fā)現(xiàn)和解決問題。調(diào)整中間軸承的高度是優(yōu)化軸系狀態(tài)的簡便措施之一，此時要充分考慮軸承高度的調(diào)整對各軸承負荷的影響。另外，采用空氣密封可改善艉管后軸承的潤滑條件，艉管軸承的設計裕度值也值得注意。此外，艉管后軸承在澆注時未考慮艉軸光車的補償問題，是本次修理的不足之處。