◎ 蔡國漢 中港疏浚有限公司

1.挖泥船軸系介紹

某挖泥船軸系為短軸型雙軸系結(jié)構(gòu)，兩軸系平行對稱布置在船體中縱剖面兩側(cè)。主機推進齒輪箱輸出端法蘭通過液壓聯(lián)軸節(jié)直連至艉軸，艉軸后部法蘭連接螺旋槳漿轂[1-2]。

1.1 艉軸及艉軸承

此類型的挖泥船采用封閉式艉管，設(shè)置前后兩道艉軸承，正常運行時艉軸與軸承之間形成油膜，同時帶走摩擦熱。由于艉軸較長，螺旋槳部件較重，其產(chǎn)生的懸臂作用會使整個艉軸彎曲、變形。為避免因此而引起軸系負荷分配不均而導致軸承高溫，該船艉軸承相對軸線采取傾斜加工工藝，增大軸頸與軸承接觸面積，防止局部邊緣效應(yīng)引起的軸承磨損故障。

1.2 艉管滑油系統(tǒng)

該輪艉管滑油系統(tǒng)中設(shè)有三個油柜：①艏密封油柜（30L），為艏密封裝置提供潤滑及冷卻油；②艉密封裝置檢漏油柜（30L），與艉軸管2#及3#密封環(huán)之間的腔室相通，柜內(nèi)滑油可為這兩道密封提供潤滑，油柜內(nèi)裝有液位報警探頭，當艉軸后密封泄漏時，該柜液位報警；③艉軸重力油柜（80L），為艉管相關(guān)密封件提供重力油潤滑。

2.自航式挖泥船軸系管理特點

大型自航式挖泥船，軸系管理難點主要為以下3個方面：

（1）自航式挖泥船軸系由于船體裝載變化而反復承受拉壓應(yīng)變負荷，容易導致艉軸軸承的異常磨損。

（2）挖泥船施工中常使用正倒車交替運行，在螺旋槳不均勻推力作用下以及正倒車變工況過渡過程中，軸段和密封元件會產(chǎn)生劇烈的徑向跳動和軸向竄動，加劇了艉軸部件磨損。

（3）挖泥船施工區(qū)域一般在近海，海水含泥沙量較高，艉軸密封元件的工作條件惡劣，進一步縮短了艉軸密封裝置橡膠件的壽命；另由于施工區(qū)水質(zhì)情況特殊，常有漁網(wǎng)、雜物等卷入，也導致船舶軸系突發(fā)故障率較高。

綜上原因，挖泥船的軸系管理需主管人員特別注意做到以下4點：①船舶運行中要確保艉管滑油系統(tǒng)正常。注意監(jiān)測艉軸各油柜油溫，油位，油質(zhì)以及是否有泄漏。定期抽檢并更換艉密封裝置。②注意整個軸系的跳動情況，齒輪箱及主機功率輸出端是否有異常振動，在發(fā)現(xiàn)異常振動時及時減速或停車，查明原因，予以排除。一般情況下，振動除與柴油機工況有關(guān)，還與軸系和螺旋槳的工況有關(guān)，例如槳葉變形，槳轂松脫，纏繞異物等。③按說明書要求，每月從艉軸管中取樣觀察滑油含水量，以及油品有沒有乳化變質(zhì)。定期送檢油樣進行光鐵譜分析。艏密封中的油應(yīng)每6個月?lián)Q新；④艉軸密封件要妥善保管，橡膠密封件水平放置于陰涼處，避免老化變形失效。

3.某挖泥船軸系管理實例

某自航挖泥船塢修后約九個月，在主機持續(xù)運轉(zhuǎn)中發(fā)現(xiàn)艉軸后封檢漏柜液位迅速升高，觀察到有水持續(xù)進入油柜，據(jù)此主管人員判斷該艉軸密封裝置1#及2#密封圈已失效，海水可能通過1#、2#密封環(huán)間隙進入檢漏柜管系，故采取關(guān)閉艉軸后封檢漏柜閥的方式，阻止海水繼續(xù)漏入機艙。此時海水已充滿2#、3#艉密封環(huán)之間的腔室，但3#密封圈仍然有效，故滑油不會漏入海水側(cè)，艉軸重力油柜液位仍然正常。

持續(xù)運轉(zhuǎn)數(shù)月后，主管人員發(fā)現(xiàn)在船舶輕載時艉軸重力油柜液位開始明顯下降，懷疑艉軸密封裝置3#密封圈發(fā)生泄漏，立即關(guān)閉3#密封圈進口閥，切斷3S#密封環(huán)背面油壓，啟用3S#道密封，繼續(xù)觀察艉軸重力柜油位恢復穩(wěn)定。此時艉密封裝置尚可繼續(xù)使用，依據(jù)經(jīng)驗3S#密封壽命一般不長，需船方及公司著手做好塢修準備。

再次投入運轉(zhuǎn)約15 d，機艙值班人員觀察到艉軸滑油油位開始緩慢下降（日消耗約20L），同時艉軸后封溫度傳感器監(jiān)測溫度不斷上升（60℃～65℃），此時可以判斷3S#密封也已經(jīng)失效，滑油開始外漏，且重載可能有海水侵入艉軸筒內(nèi)。

表1 拆前艉軸下沉量測量數(shù)據(jù)

圖1 艉密封裝置與艏密封裝置

對于此種情況，該船主管人員采取了以下應(yīng)急辦法：

制作一只掛桶（80L），通過鏈條葫蘆吊起作為臨時重力柜，代替原重力油柜，并可隨時調(diào)節(jié)高度。在近桶底處及頂部裝閥，并在原重力柜至艉軸管進回油管系中加裝兩路管分別通往自制重力柜閥，開閥后便可取代原艉軸重力柜提供艉軸油。臨時重力油柜懸掛高度根據(jù)以下滑油壓力與海水壓力差公式計算：

H=1.16×(D-A)+K

H為臨時重力油柜內(nèi)油位至艉軸外圓上端之高度；D為艉吃水；A為船底至艉軸外圓上端高度；K 為常數(shù)，通常在0.5～0.2，相當于油壓比船外海水壓力大0.50～0.20kg/cm2，公式單位：m；1.16此系數(shù)是海水比重1.025/滑油比重0.89（在45℃時）得出來的。

當船舶輕載時可降低臨時重力油柜的高度，減少漏油量。重載時升高臨時重力油柜的高度，利用升降高度控制每日滑油泄漏量，盡量不使海水漏入，防止海水腐蝕艉軸管。需要注意的是此種應(yīng)急措施僅能保證船舶維持航行，而無法避免艉軸筒內(nèi)滑油乳化變質(zhì)?；推焚|(zhì)下降將導致艉軸承潤滑性能下降，加劇艉軸承及軸頸本體磨損，造成嚴重后果。依據(jù)中國船級社鋼質(zhì)海船入級規(guī)范，油潤滑的艉軸承溫度≤70℃。當艉軸承磨損過度，會出現(xiàn)軸承檢測溫度高于90℃直至傳感器失靈，此時艉軸承與溫度傳感器部位已經(jīng)發(fā)生磨損，必須脫開推進離合器并鎖定螺旋槳，防止進一步惡化。

4.某挖泥船軸系維修介紹

某自航式挖泥船采用瓦錫蘭公司生產(chǎn)的LIPSTRONIC 4E 1415D型CPP推進系統(tǒng)，此類軸系備件較多，且所采用的液壓式聯(lián)軸節(jié)拆卸工藝復雜。因而在塢修過程中要對每一步工作嚴格把關(guān)，才能做到萬無一失[3]。

4.1 塢修準備

首先機務(wù)人員應(yīng)根據(jù)艉軸長度選擇合適的干船塢，確保留有足夠的抽軸空間。其次要與船方確認做好以下工具及備件等的準備工作，防止因缺少備件而影響修理進度。

4.1.1工具準備

進塢前需確保所有軸系拆裝專用工具備妥，包括槳葉以及舵葉吊裝工具等，另外還需提前與廠方聯(lián)系預備鏟車、高空車，腳手架等。

4.1.2備件準備

①艉軸抽軸檢修的周期較長，故所有涉及的橡膠密封件應(yīng)全部換新，確保能使用到下一個周期；②螺旋槳漿轂一般與艉軸同時保養(yǎng)，故漿轂及槳葉相關(guān)密封件也需要備一套；③舵葉位置妨礙艉軸抽出，拆裝需準備相關(guān)密封件；④艉軸前后軸承白缸套一般在抽軸檢修時需要更換，船方應(yīng)準備一套；⑤此類艉軸抽軸時需拆裝ODbox組件，要準備相關(guān)密封件；⑥艉軸承溫度傳感器懷疑損壞，準備一副備用；⑦裝復后所有系統(tǒng)油需換新，應(yīng)準備充足。

該船此次塢修已做大量前期準備工作，并與瓦錫蘭廠方訂購了新的艉軸承及白缸套等備件。

4.2 進塢后的檢測及修理

船舶進塢后可以直觀地對螺旋槳和艉軸配合情況進行觀察，承修方在割除艉軸防網(wǎng)罩后會進行一次艉軸下沉量的測量，通過測量制定方案及預估工作量。

根據(jù)測量數(shù)據(jù)觀察，左艉軸下沉量已嚴重超差，需進一步拆檢確定維修方案。

艉軸抽軸過程中需注意以下幾點：

1）切斷CPP液壓泵電源前，需先將螺旋槳手動操作至倒車最大漿角位置，以便后期能正常脫開軸系內(nèi)部油管連接螺母。

2）液壓聯(lián)軸節(jié)拆前做好軸向、徑向標記，盤車至油管位于正上方后，拆卸聯(lián)軸節(jié)緊配螺絲。再使用專用SKF專用液壓油泵脫開液壓聯(lián)軸節(jié)。

3）整體拆下ODbox，然后脫開艉軸內(nèi)部大小油管連接螺母，測量軸頭和齒輪箱輸出端距離并記錄。

4）艉軸扭矩、轉(zhuǎn)速裝置及相關(guān)附屬件拆裝做好記號包放妥，軸上芯片抽軸時需轉(zhuǎn)至最上位置，并用有色膠帶包扎好，便于艉軸孔內(nèi)容易看到。

5）拆除艏艉密封裝置時注意艏密封白缸套夾箍需量好原位置并記錄，后裝復時檢查白鋼套原來工作位置是否磨損嚴重，如磨損嚴重移位安裝。

6）鋪設(shè)軌道，使用葫蘆及專用吊帶配合將艉軸緩慢拉出。

承修方將艉軸拉出后運送至瓦錫蘭工廠車間進行數(shù)據(jù)檢測，包括測量整軸跳動量、整軸外徑尺寸、硬度、表面磁力探傷等，結(jié)果如下：①后軸頸部位存在大量缺陷及凹坑，最大深度約為2.15mm；②磁力探傷后發(fā)現(xiàn)，后軸頸處部分區(qū)域存在整圈的細小裂紋需消除，硬度數(shù)據(jù)結(jié)果正常；③跳動檢查結(jié)果過大，超出正常要求范圍。

瓦錫蘭廠方建議加工艉軸以去除上述缺陷。后軸頸部位需加工約直徑-5mm，直到所有裂紋及缺陷消除。前軸頸及空檔處需加工約1.5mm，直到所有彎曲變形消除，液壓聯(lián)軸節(jié)軸頸位置需進行拋光處理。后艉軸承需制定特殊尺寸的內(nèi)孔徑，以滿足原始油膜設(shè)計間隙要求。

另外瓦錫蘭廠方還對艉軸管中心線進行了激光測量，結(jié)果表明前艉管中心線和后艉管中心線已嚴重超差，整體中心線成“V”形，遠超過原始設(shè)計極限的要求，且前艉管內(nèi)孔和后艉管內(nèi)孔的橢圓度/錐度等都已經(jīng)超差，遠超過原始設(shè)計極限的要求。

瓦錫蘭工作人員現(xiàn)場對后艉管本體鏜加工，以消除現(xiàn)存的后艉管偏心及圓柱度超差等問題。對于前艉軸承進行白合金重新澆鑄并對內(nèi)孔做斜率修正加工，以補償前艉管本體的偏心誤差。

經(jīng)過工程師數(shù)日鏜孔加工，艉管內(nèi)孔達到廠方規(guī)定標準值，之后車間依據(jù)鏜孔后艉管內(nèi)徑數(shù)據(jù)對艉軸承備品外徑進行了精加工，確保二者各尺寸及同軸度滿足要求。

加工完成，承修方負責將前后軸承按以下規(guī)定壓入：

1）精確測量送廠部件各處尺寸是否達標，并在軸承上部做好記號。

2）艉管腔內(nèi)需做好完整的清潔，修平毛刺等。

3）安裝臨時定位鍵，并在外側(cè)焊接壓入專用螺桿。

4）在接觸面涂抹二硫化鉬，順定位鍵安裝軸承。

5）前期人工推入，后期液壓壓入，不可冷凍安裝。

6）安裝完成后拆除輔助工裝，鎖緊騎縫螺絲，工程結(jié)束。

前后軸承壓入完工后，瓦錫蘭廠方再次進行軸承內(nèi)徑測量以及激光測量軸線，此次數(shù)據(jù)表明艉軸修復結(jié)果達標，滿足安裝要求。

4.3 軸系部件回裝

軸系部件回裝與拆卸互為逆向，回裝過程每一步都必須小心操作，防止擦碰合金層；所有部件注意清潔無死角；艉軸筒內(nèi)部油水管路以及艉管系統(tǒng)各油柜均應(yīng)確認沖洗干凈。艉軸承前后溫度傳感器也需提前做好校驗，否則在安裝后如有故障將無法處理。

4.4 軸系裝復后試驗

槳葉及附件裝附后，需復位各處閥件并開泵手動測試有無泄漏，核對槳角確認與修前一致。此外艉軸及密封裝置裝復后，需做密封效用試驗，確保安裝質(zhì)量。此過程較為耗時但對修理質(zhì)量至關(guān)重要，每一步都必須嚴格執(zhí)行不可省略：

1）艉軸管注油，打開艉軸重力柜出口至艉軸管閥，使艉管內(nèi)充滿潤滑油，此時艉軸重力油柜靜壓將3S＃密封環(huán)唇邊緊壓在白鋼套上。打開3＃與3S＃之間密封腔底部的悶頭螺絲，確認無油滴出，證明3S#密封環(huán)狀況良好。

2）裝復3＃與3S＃密封腔底部悶頭螺絲，打開艉軸重力油柜至該腔室閥，使該腔室與艉軸筒內(nèi)聯(lián)通且充滿滑油，然后打開2＃與3＃密封之間腔室下部悶頭螺絲，觀察無油，證明3＃密封環(huán)安裝良好。

3）打開2＃密封環(huán)頂部悶頭螺絲，觀察腔室注滿油，且油位不下降；打開防沙環(huán)與1＃密封環(huán)之間腔室下部悶頭螺絲，觀察無油泄露，且軸封與白鋼套之間也無油泄露，可判斷1＃密封環(huán)安裝良好。此時承修方可裝復艉軸后密封裝置所有悶頭螺絲并焊接保險。

4）打開艏端4＃、5＃密封環(huán)之間的底部悶頭螺絲，觀察無油漏出，可判斷#4密封環(huán)密封狀況良好，裝復悶頭螺絲。

5）艉軸前封油柜加滿油，使4＃與5＃空腔之間充滿油，打開5＃密封環(huán)前部腔室下悶頭螺絲，確認無油，可判斷5＃密封環(huán)安裝良好，裝復悶頭螺絲。

6）在艉軸密封裝置檢漏油柜中加入部分滑油，并關(guān)閉油柜進出口閥（此閥在船舶下水后方可打開）。

5.結(jié)語

自航式挖泥船軸系故障較為常見，而維修又是一項繁復的工程，需要多方合作且耗時耗力。船舶管理人員需要不斷提高管理水平，減少人為原因引起的各種故障，在發(fā)現(xiàn)異常狀況時能及時判斷并采取有效的措施，防止進一步惡化。