某船推進(jìn)系統(tǒng)水潤滑尾軸承設(shè)計

李含蘋 方 斌

（中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院 上海200011）

引 言

針對某船實(shí)際使用環(huán)境的復(fù)雜性及采用水潤滑尾軸型式后軸系可能會出現(xiàn)的問題，將該船的推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計。

在傳統(tǒng)水潤滑尾軸型式的基礎(chǔ)上，吸取現(xiàn)有船舶相關(guān)的經(jīng)驗教訓(xùn)，對其進(jìn)行改進(jìn)，通過加設(shè)剖分式尾管、改用剖分式尾軸承等一系列措施，實(shí)現(xiàn)尾軸承在惡劣環(huán)境下正常運(yùn)行且實(shí)現(xiàn)不拆槳、不拆軸，實(shí)施尾軸承檢查、更換的工作，達(dá)到國內(nèi)外水潤滑尾軸結(jié)構(gòu)型式設(shè)計的先進(jìn)水平。

1 潤滑方式的選擇

當(dāng)今，船舶推進(jìn)系統(tǒng)的尾軸承有油潤滑、水潤滑兩種方式。概況如下：

（1）油潤滑式

尾管內(nèi)充滿潤滑油，需設(shè)首尾兩個尾管密封裝置，尾軸承多采用白合金，摩擦損失小，目前商船多采用此種形式。若發(fā)生碰撞、擱淺事故導(dǎo)致尾管損壞或是密封裝置故障漏油，則軸系要停止運(yùn)行，進(jìn)塢修理，而且會造成一定程度的海洋污染問題。

（2）水潤滑式

尾管內(nèi)以海水（淡水）充盈、流動，以冷卻海水（淡水）分一支路供給此海水（淡水）的需要，僅需設(shè)首部密封裝置。高分子材料的水潤滑軸承，具有摩擦系數(shù)小，耐壓力/速度（PV值）高，已在軍船、民船領(lǐng)域應(yīng)用多年［1-2］。其具有不漏油、生命力強(qiáng)、不必進(jìn)塢即可進(jìn)行密封裝置維修等優(yōu)點(diǎn)。原先的水潤滑軸承材料（鐵梨木或其他代用品）由于難以購置或性能有些不足，故難以在民船領(lǐng)域推廣應(yīng)用，只能用于軍船，而現(xiàn)在軸承材料已獲較好解決，水潤滑型式的應(yīng)用范圍已呈不斷擴(kuò)大的趨勢［3-5］。

近年來，推進(jìn)系統(tǒng)水潤滑尾軸承因其具有可靠性高、綠色環(huán)保、隱蔽性好等優(yōu)越性，在軍船、民船領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。考慮其生命力強(qiáng)、維修性好以及環(huán)境協(xié)調(diào)等因素，本船推薦采用水潤滑尾軸承型式。

2 傳統(tǒng)水潤滑尾軸承型式的設(shè)計

參考國內(nèi)外近年來設(shè)計的水潤滑尾軸承的方案結(jié)合對實(shí)船水潤滑尾軸系統(tǒng)后續(xù)修理的經(jīng)驗，我們認(rèn)為，傳統(tǒng)的商船、民船的水潤滑推進(jìn)系統(tǒng)存在下述一些缺點(diǎn)?？紤]到本船的重要性及特殊性，采取必要的技術(shù)措施對不足之處加以改進(jìn)，在設(shè)計上采取國內(nèi)外先進(jìn)的設(shè)計方案是一件非常有意義的工作。

2.1 傳統(tǒng)水潤滑尾軸承型式

傳統(tǒng)的水潤滑尾軸型式如圖1所示。

一般的采用水潤滑推進(jìn)型式的船舶，設(shè)計型式為：無尾管，尾軸包覆玻璃鋼或其他防腐涂層，直接暴露在海水中旋轉(zhuǎn)；設(shè)數(shù)道尾軸承，首道尾軸承采用強(qiáng)制水潤滑，由冷卻系統(tǒng)分一路冷卻水供其使用，而對后面一道或二道軸承則采用自流水潤滑，靠船舶行駛時與船舶相對的水流潤滑冷卻。

圖1 傳統(tǒng)的水潤滑尾軸型式

2.2 傳統(tǒng)水潤滑尾軸承型式的局限性

在清潔、無泥沙、無繩網(wǎng)、無漂浮物的海域，傳統(tǒng)水潤滑尾軸布置型式的軸系運(yùn)行一般不會有什么問題，但本船所航行的大部分水域或是長江、黃河入?？?，常年水中充滿泥沙；或是處于島礁海灣之中，常年海水有漂浮雜物；或是在漁民作業(yè)區(qū)域，水中多有繩網(wǎng)、魚漂等。這樣的水域中，泥沙極易淤積在水潤滑軸承的冷卻水槽中，并且繩網(wǎng)、水草等也易于纏繞在尾軸上形成對自流海水的阻礙。在實(shí)船的水潤滑軸系中，常會發(fā)生冷卻水不足致軸承、軸套磨損異常，甚至熔融抱軸等惡性事故。

如某型船，初設(shè)計時采用傳統(tǒng)水潤滑尾軸承布置型式，運(yùn)行一段時間后尾軸承發(fā)生“熔融”故障，分析是為舟山水域海水泥砂含量大，軸承材質(zhì)（熱塑性基材高分子）等原因，為此更換了軸承的材料（熱固性基材高分子）、加設(shè)尾管，并設(shè)置專用冷卻水泵，至今軸系運(yùn)行良好。

3 某船水潤滑尾軸承型式的設(shè)計

3.1 某船水潤滑尾軸承的型式

針對本船航行水域的實(shí)際情況，擬將此船設(shè)計成圖2所示尾軸承結(jié)構(gòu)型式。

圖2 某船水潤滑尾軸型式初步方案

該尾軸承結(jié)構(gòu)型式的特點(diǎn)為：

（1）軸承采用專用水泵強(qiáng)制水潤滑、冷卻；

（2）設(shè)置可剖分式尾管；

（3）采用剖分式尾軸承（帶銅外套）；

（4）尾軸承設(shè)計采用熱固性基材高分子軸承。

3.2 某船水潤滑尾軸承結(jié)構(gòu)型式特點(diǎn)

3.2.1 尾軸承采用強(qiáng)制海水潤滑、冷卻

軸承設(shè)計采用專用的較高壓頭較大流量的水泵給水，冷卻水需經(jīng)尾軸承冷卻海水處理單元凈化處理后，再用泵壓入，強(qiáng)制沖刷水道。出首道尾軸承后，由于有尾管的導(dǎo)流作用，后續(xù)的尾軸承也得到強(qiáng)制潤滑。

該設(shè)計的特點(diǎn)在于冷卻水充足、潔凈，不會產(chǎn)生堵塞冷卻水水槽的故障；各道水潤滑的尾軸承可以確保冷卻、潤滑效果，防止水潤滑軸承因供水不足或水質(zhì)量不好堵塞水道而導(dǎo)致軸承異常磨損，甚至熔融損毀的問題。

3.2.2 可剖分式尾管

可剖分式尾管的設(shè)計在于尾管采用鋼板卷制，剖分式結(jié)構(gòu)，用耐海水緊固件固聯(lián)，一端采用可伸縮的軸向補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。

采用剖分式尾管設(shè)計的目的在于原來僅首道尾軸承采用強(qiáng)制水潤滑，現(xiàn)因有尾管的導(dǎo)流作用，可使所有水潤滑軸承都實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制海水潤滑，還能防止泥沙淤積堵塞在冷卻槽內(nèi)，確保每道水潤滑軸承的冷卻、潤滑的質(zhì)量和效果。采用剖分式是為了方便檢修、更換軸承——可先拆開尾管，即可對尾軸承進(jìn)行檢修、更換。

圖3 剖分式尾管結(jié)構(gòu)的設(shè)計

3.2.3 剖分式尾軸承

對于尾軸承，無論是油潤滑或是水潤滑，對軸承進(jìn)行檢查或更換都是一件費(fèi)時費(fèi)力的事情。先要拆舵葉（偏舵船舶可不拆）、再拆槳（或拆槳葉），進(jìn)而拆液壓聯(lián)軸器、拆液壓油管（調(diào)距槳用），最后再抽出尾軸，這樣才能對尾軸承進(jìn)行檢查或維修。

采用剖分式尾軸承（帶銅外套）及剖分式尾管的優(yōu)點(diǎn)在于在船塢內(nèi)不必抽軸、拆軸，僅需拆開尾管，拔出尾軸承，即可順利檢修或更換軸承。

3.2.4 熱固性基材高分子軸承

目前船舶行業(yè)采用水潤滑推進(jìn)系統(tǒng)的軸承一般分為兩種，一種是熱塑性基材高分子軸承，一種是熱固性基材高分子軸承。

熱塑性基材高分子軸承具有如下特點(diǎn)：對冷卻水依賴性大，不能短時斷水；工作溫度低，一般在60℃；硬度較軟，摩擦系數(shù)較小。

熱固性基材高分子軸承具有如下特點(diǎn)：對溫度敏感度低，工作溫度可達(dá)100℃；具有自潤滑性，可短時斷水；硬度略大，摩擦系數(shù)略大［6］。

考慮到該船航行水域的特殊性，選用熱固性基材的高分子材料軸承可以具有較高的可靠性。

綜上所述，通過加設(shè)剖分式尾管，改用剖分式尾軸承，輔以采用熱固性基材高分子軸承，增設(shè)專用的海水冷卻水泵及海水凈化等措施，可以實(shí)現(xiàn)尾軸承在惡劣的環(huán)境下正常運(yùn)行，且可以實(shí)現(xiàn)不拆槳、不拆軸，實(shí)施尾軸承檢查、更換的工作。這樣，水潤滑軸承的特點(diǎn)可以得到進(jìn)一步發(fā)揮，而其缺點(diǎn)幾乎可以全部克服。

4 關(guān)于尾軸承的維修性

采用上述改進(jìn)措施后的水潤滑尾軸承結(jié)構(gòu)型式，不僅具備如上優(yōu)勢，還對該船日后維修大有裨益，例如：

（1）能有效縮短軸系塢修周期；

（2）減少維修的工作量；

（3）減少維修的成本。

由此可見，上述特點(diǎn)可以使船舶的維護(hù)保養(yǎng)比傳統(tǒng)尾軸承結(jié)構(gòu)型式更省時、省力、省資金，不僅在新造船舶上具有較高的技術(shù)狀態(tài)，且隨著時間的延長，其優(yōu)點(diǎn)會更加凸顯。

5 結(jié) 論

本船所選用的水潤滑尾軸承型式改進(jìn)了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式，在設(shè)計上更注重考慮實(shí)際的使用環(huán)境，可以完全克服以往所出現(xiàn)的缺陷或問題。此外，由于充分考慮到尾軸承的維修性，可實(shí)現(xiàn)不拆槳、不拆軸進(jìn)行尾軸承檢查、更換的工作，從而能更好地滿足船東的使用要求。

［1］ 王曉雷，劉海葉，黃巍.水潤滑材料的發(fā)展?fàn)顩r及其趨勢［J］ .機(jī)械制造與自動化，2013（4）：5-8.

［2］ 王優(yōu)強(qiáng)，李鴻琦.水潤滑賽龍軸承及其性能綜述［C］.第七屆全國摩擦學(xué)大會論文集，2002：190-194.

［3］ 新加坡英德私人有限公司.船用軸承設(shè)計、加工、安裝手冊［S］.2010：2-7.

［4］ Vie R，Hampson L G.Water lubricated bearings ［J］.International Maritime Technology.2000（1）：11-25.

［5］ 中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計實(shí)用手冊：輪機(jī)分冊［M］.北京：國防工業(yè)出版社.2013：197-199.

［6］ 段海濤，吳伊敏，王學(xué)美，等.新型水潤滑軸承材料的摩擦學(xué)性能研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2012（6）：1-5.