某型推進(jìn)軸系的故障分析及改進(jìn)建議

顏少平

(海軍駐武漢461廠軍事代表室，湖北 武漢 430084)

某型推進(jìn)軸系的故障分析及改進(jìn)建議

顏少平

(海軍駐武漢461廠軍事代表室，湖北 武漢 430084)

根據(jù)某型軸系銅套的表面腐蝕和玻璃鋼松脫現(xiàn)象，分析了產(chǎn)生的原因，提出了在結(jié)構(gòu)上和使用過程中的改進(jìn)措施。

軸系；故障；分析；改進(jìn)

1 結(jié)構(gòu)簡介

某型推進(jìn)系統(tǒng)共有4套軸系，每套軸系自艉向艏由1根螺旋槳軸、1根艉軸及多根中間軸組成。螺旋槳軸尾端和艉軸的首、尾兩端各裝配有1件銅套，其中螺旋槳軸后銅套、艉軸前銅套及艉軸后銅套處由水潤滑軸承支撐。在艉軸前銅套靠近首端部位裝配有艉軸管密封裝置，螺旋槳軸非銅套部位和艉軸前、后銅套之間均包覆有玻璃鋼。艉軸前、后銅套位于艉軸管內(nèi)，艉軸前、后銅套及艉軸管密封裝置潤滑及冷卻水用艙內(nèi)海水泵提供，冷卻水自艉軸管密封裝置處進(jìn)入，從艉軸后銅套處艉軸管與水潤滑軸承及水潤滑軸承與銅套之間的間隙流出。該推進(jìn)系統(tǒng)單軸裝配結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。

2 故障現(xiàn)象描述

該型軸系在塢修過程中，發(fā)現(xiàn)4根艉軸的前銅套腐蝕嚴(yán)重，整個銅套外圓上都分布存在較深的點狀腐蝕坑(見圖2)，并且由尾向首逐漸嚴(yán)重。艉軸后銅套也存在較重的表面腐蝕，同樣是由尾向首

1-螺旋槳；2-螺旋槳軸后銅套；3-水潤滑軸承；4-螺旋槳軸；5-玻璃鋼；6-螺旋槳軸前銅套；7-聯(lián)軸節(jié)；8-艉軸；9-艉軸后銅套；10-水潤滑軸承；11-艉軸管；12-玻璃鋼；13-艉軸前銅套；14-水潤滑軸承；15-艉軸管密封裝置；16-艙壁；17-半聯(lián)軸節(jié)；18-美人架。圖1 某型推進(jìn)系統(tǒng)螺旋槳軸、艉軸結(jié)構(gòu)布置圖

逐漸嚴(yán)重。螺旋槳軸銅套表面存在一定銹蝕，經(jīng)表面拋光后，表面腐蝕現(xiàn)象消失(見圖3)。

圖2 艉軸前銅套外表腐蝕情況

圖3 艉軸后銅套外表腐蝕情況

同時，發(fā)現(xiàn)艉軸前銅套外表在軸向方向上，與水潤滑軸承板條的接觸處存在不同程度的點坑狀腐蝕。另外，螺旋槳軸玻璃鋼除表面粘附污染物外，玻璃鋼與軸段包裹嚴(yán)實，與銅套接合部位也未出現(xiàn)脫落和松脫現(xiàn)象。但在檢查艉軸玻璃鋼時，發(fā)現(xiàn)兩銅套之間的玻璃鋼除中間部位無損傷、松脫外，離前后銅套約1 m范圍內(nèi)均出現(xiàn)了玻璃鋼松脫現(xiàn)象(見圖4)。

圖4 艉軸玻璃鋼松脫示意圖

3 故障原因分析

該型軸系銅套材料為ZCuSn10Zn2，該材質(zhì)耐各種腐蝕，廣泛應(yīng)用于各種船舶軸段上作軸承支撐，并與中間軸承、水潤滑軸承之間形成滑動配合。從長期使用情況看，該材料很少發(fā)生較嚴(yán)重的海水腐蝕現(xiàn)象，說明其耐海水腐蝕能力較強。

通過分析，現(xiàn)4套軸系銅套存在相似的腐蝕共性和特征，就是只有艉軸前銅套腐蝕嚴(yán)重，且艉軸前銅套的腐蝕情況從尾端向首端逐漸加重，其他銅套表面屬正常輕微腐蝕。經(jīng)清查銅套澆注后材質(zhì)報告，銅套化學(xué)成分及機械性能都符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也能滿足設(shè)計要求。通過對實船4件腐蝕嚴(yán)重的艉軸前銅套本體切削銅屑取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，其化學(xué)成分分析結(jié)果亦符合標(biāo)準(zhǔn)要求，銅套材質(zhì)合格。說明艉軸前銅套腐蝕，不是由于銅套材料化學(xué)成分超標(biāo)或偏析引起的。如果由于材質(zhì)不合格導(dǎo)致銅套腐蝕，整個銅套表面腐蝕應(yīng)基本一致，但從4根艉軸前銅套實際腐蝕情況看，均表現(xiàn)為從后至前腐蝕逐漸加重的共同特性，從該腐蝕現(xiàn)象也可進(jìn)一步排除是由于銅套材質(zhì)不合格引起的。

通過對艉軸前銅套腐蝕及玻璃鋼松脫現(xiàn)象聯(lián)系起來分析，筆者認(rèn)為造成上述故障的主要原因有以下幾個方面。

1)從結(jié)構(gòu)設(shè)計和安裝情況看，艉軸前、后銅套均布置在艉軸管內(nèi)，艉軸前銅套首端又安裝有艉軸密封裝置，均處于密閉小環(huán)境內(nèi)。銅套與支撐軸承之間的冷卻和潤滑依靠海水泵提供冷卻用水，但該冷卻水需先對艉軸管密封裝置進(jìn)行潤滑、冷卻后，再向前、后銅套進(jìn)行潤滑。由于艉軸密封裝置及前后銅套的摩擦生熱，同時由于艉軸管與水潤滑軸承之間的間隙及銅套與水潤滑軸承之間的間隙均較小，導(dǎo)致冷卻水交換不充分，造成艉軸管內(nèi)水溫較高，加速了銅套的腐蝕[1]。

2)由于艉軸前銅套首端緊靠艉軸密封裝置，此處為發(fā)熱密集區(qū)，加之冷卻水量較小，且與外界海水交換速度更慢，因此處區(qū)域溫度遠(yuǎn)高于艉軸管尾端，因而前銅套較后銅套腐蝕嚴(yán)重，又由于艉軸管內(nèi)從前往后，溫度由高逐漸變低，因而前銅套外表面腐蝕亦表現(xiàn)為由重漸輕。

3)由于艉軸前銅套處水溫較高，加速海水電解，產(chǎn)生了較多的O-、Cl-等離子，也加速了銅套表面的腐蝕；同時，由于艉軸前銅套處于較小密閉環(huán)境中，與海水循環(huán)交換速度很慢，腐蝕后的混合溶液中各種陰離子濃度增加，形成了濃差腐蝕[1]環(huán)境，導(dǎo)致銅套腐蝕加速。

4)在艉軸前銅套工作的小環(huán)境中，混合的海水電解溶液存在較艉軸前銅套材料電位高的材料，沒有充分的低電位零件作為犧牲陽極，也造成了該銅套的腐蝕加速。

5)該銅套采用離心澆鑄方法制造，若是鑄造缺陷一般應(yīng)呈徑向、圓周分布。該船下水后，停靠在碼頭時，軸系長期不轉(zhuǎn)動，銅套與水潤滑軸承長期在一個部位接觸，也就是在板條與板條之間的縫隙處，久而久之導(dǎo)致銅套表面出現(xiàn)軸向的線狀點蝕坑。

6)該軸系艉軸玻璃鋼[2]處于艉軸管內(nèi)，當(dāng)艉軸管密封裝置處冷卻水量不足時，艉軸管內(nèi)水溫會較高。另外，當(dāng)軸系轉(zhuǎn)動時艉軸前、后銅套與支撐軸承摩擦生熱并逐步向兩端傳遞，導(dǎo)致玻璃鋼受熱變軟后輕微蠕動。軸系停止轉(zhuǎn)動后，又被海水冷卻變硬收縮。玻璃鋼在冷、熱交替作用下蠕動，逐漸與基體之間產(chǎn)生相對運動，導(dǎo)致玻璃鋼與基體之間產(chǎn)生了松脫。

4 改進(jìn)建議

針對該軸系故障現(xiàn)象，筆者在對其結(jié)構(gòu)及銅套嚴(yán)重腐蝕和玻璃鋼松脫的原因分析后，認(rèn)為可以在以下幾方面對軸系結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

1)增大艉軸管密封裝置處冷卻水進(jìn)口流量，可有效改善艉軸管密封裝置、艉軸前后軸承處摩擦狀態(tài)，降低艉軸管內(nèi)環(huán)境溫度，也就是降低艉軸管內(nèi)作為電解質(zhì)的海水溫度，改善艉軸密封裝置和銅套的工作環(huán)境，降低銅套腐蝕速度。

2)在艉軸管內(nèi)合適的位置增加防腐鋅塊的數(shù)量，作為犧牲陽極，加強對艉軸密封裝置及銅套等零部件的保護(hù)作用，減輕銅套腐蝕。

3)在艉軸管適當(dāng)位置多開通?？祝黾郁狠S管內(nèi)海水與外界海水的交換速度，既能降低艉軸管內(nèi)的環(huán)境溫度，又能降低作為電解質(zhì)的海水中的O-、Cl-等陰離子的濃度，減緩銅套腐蝕，同時又降低了玻璃鋼工作的環(huán)境溫度，避免了熱力作用導(dǎo)致的松脫。

4)增強維護(hù)、保養(yǎng)措施，強調(diào)在碼頭停泊期間，應(yīng)定期盤車，轉(zhuǎn)動軸系，避免軸系長時間在一個位置?？浚瑢?dǎo)致銅套表面產(chǎn)生軸向縫隙腐蝕。

[1]黃建中.材料的耐蝕性和腐蝕數(shù)據(jù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]周祖福.復(fù)合材料學(xué)[M].武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1995.

Analysis the malfunction reason of one type of thrust shafting according to the fissures on the shaft sleeve and the phenomenon of glass fiber reinforced plastics fall off, the suggestions were given for the shafting structure and during its operation.

propulsion shafting；malfunction；analysis；improvement

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.06.014

顏少平(1964-)，男，湖北荊門人，高級工程師，碩士，主要從事艦船的修理監(jiān)造工作。

2014-08-01