某船賽龍軸承異常磨損原因分析及修理方案

冷坳坳，周瑞平，張曉東(.武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430063;.海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033)

技術(shù)交流

某船賽龍軸承異常磨損原因分析及修理方案

冷坳坳1，周瑞平1，張曉東2
(1.武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430063;2.海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033)

結(jié)合修理前軸承間隙測量、軸承負(fù)荷測試，通過模擬計算得到修理前軸系校中狀態(tài)，根據(jù)模擬軸系校中計算得到軸承處轉(zhuǎn)角及軸承負(fù)荷影響系數(shù)，分析賽龍軸承異常磨損原因。根據(jù)分析結(jié)果對艉軸架軸承延長500 mm,同時對艉軸管后軸承做1 mm偏心處理。軸承更換后進(jìn)行負(fù)荷測試，并再次模擬軸系校中狀態(tài)，驗證修理方案的正確性。

軸承;異常磨損;原因分析;修理方案

某系列船A船與B船根據(jù)修理計劃工作安排，分別于2009年11月和2010年12月進(jìn)行了首次塢修，兩船首次塢修時間距入編時間間隔均約為5年。在兩船首次塢修過程中，發(fā)現(xiàn)艉軸部分賽龍軸承出現(xiàn)異常磨損，軸承間隙超過極限允許值(極限允許值為6.00 mm)。為了保證下一個修理間隔期內(nèi)軸系的可靠工作和船舶的航行安全，塢修時兩船均更換了艉軸所有的賽龍軸承。一般地，船舶艉軸賽龍軸承的使用期限通常是10年，即其使用壽命可覆蓋船舶的一個中修間隔期。所以，A船與B船在首次塢修時就更換艉軸賽龍軸承，屬非正常磨損故障。

為了保證該系列船軸系工作的可靠性和船舶的在航率，徹底解決該系列船艉軸軸承的異常磨損問題，本文以該系列船A船右推進(jìn)軸系為例對賽龍軸承異常磨損原因進(jìn)行了研究計算分析，并提出了修理方案。

1 軸系基本組成

該系列船動力裝置采用雙機(jī)雙槳推進(jìn)，推進(jìn)裝置由主機(jī)通過減速齒輪箱帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，每根軸系由螺旋槳、艉軸架軸承、艉軸、艉軸管軸承、艉軸密封裝置、中間軸、支承軸承、隔艙填料函和其它附屬裝置組成。其中艉軸管前(后)軸承、艉軸架軸承均采用賽龍COMPAC(桔紅色)軸瓦材料，上部軸瓦開有水槽，艉軸軸承布置見圖1。

圖1 艉軸軸承布置示意圖

2 修理前軸系狀態(tài)

為掌握軸系修理前狀態(tài)及后續(xù)分析研究需要，塢修前對艉軸各軸承負(fù)荷進(jìn)行測試，并對軸承賽龍軸瓦更換前間隙進(jìn)行了測量，測量結(jié)果分別見表1和表2所示。

表1 艉軸賽龍軸承測量間隙值 mm

表2 艉軸賽龍軸承實測負(fù)荷 kN

該系列船艉軸承間隙設(shè)計值為2.13～2.83 mm，所允許的極限值為6.00 mm。而由表1可知，艉軸管前軸承與艉軸架軸承間隙均已超過極限值，其中艉軸管后軸承間隙甚至達(dá)到了8.30 mm。

3 問題分析

3.1軸承校中狀態(tài)確定

為研究艉軸軸承異常磨損原因，結(jié)合軸系修理前狀態(tài)參數(shù)，利用改進(jìn)型三彎矩方程法[1]對該船右推進(jìn)軸系進(jìn)行修理前校中狀態(tài)模擬計算，校中計算模型如圖2所示。

由校中模型計算塢內(nèi)軸承負(fù)荷，進(jìn)行理論校中計算，具體結(jié)果見表3所示。

考慮表1所示軸承間隙進(jìn)行校中計算，并將計算結(jié)果與表2結(jié)果進(jìn)行比較，詳見表4。由表4可知，理論計算值與實測值比較吻合，表明所模擬的軸系實際安裝狀態(tài)是正確的，可依照所模擬的軸系安裝狀態(tài)理論模型對修理后軸系進(jìn)行負(fù)荷檢測及對軸承磨損原因進(jìn)行分析。

3.2艉軸架軸承異常磨損原因分析

由表3可知，右軸艉軸架軸承的比壓為0.443 MPa，超過了賽龍軸承推薦使用范圍；另外，艉軸架軸承處轉(zhuǎn)角為5.819 2e-04 rad, 超過了文獻(xiàn)[2]推薦范圍，因此對艉軸架軸承異常磨損原因可歸納為：艉軸架軸承的比壓以及艉軸架軸承支點處轉(zhuǎn)角過大所致。

3.3艉軸管后軸承異常磨損原因分析

由表4可知，實測艉軸管后軸承負(fù)荷大于理論計算負(fù)荷，且艉軸架軸承和艉軸管前軸承實測負(fù)荷均略小于理論計算負(fù)荷，說明艉軸管后軸承高于艉軸架軸承與艉軸管前軸承的中心線。因此艉軸管后軸承磨損的主要原因是由于艉軸管后軸承中心線高于艉軸架軸承與艉軸管前軸承的中心線(亦稱之理論中心線)，造成艉軸管后軸承負(fù)荷過大，加速了其磨損。

注：1#、2#、3# 依次表示艉軸架軸承、艉軸管后軸承、艉軸管前軸承，4#～10#表示中間軸承位置。圖2 右軸軸系計算模型圖

表3 軸系實際狀態(tài)軸承塢內(nèi)理論負(fù)荷

表4 軸系實際狀態(tài)(修理前)負(fù)荷理論計算值與實測值的比較(右軸)

4 修理方案

4.1消除軸上銅套磨損影響

2009年和2013年賽龍軸承更換后，對比艉軸軸承原始技術(shù)資料發(fā)現(xiàn)，雖然在小修前軸承訂貨技術(shù)規(guī)格書中廠方考慮到軸上銅套可能存在的磨損，結(jié)合統(tǒng)計數(shù)據(jù)對賽龍軸承的厚度提出了要求，以期使艉軸各軸承間隙值盡可能與原始狀態(tài)一致，由圖3可知，修理后軸承間隙值與設(shè)計值之間還是存在一定的偏差。

圖3 右艉軸賽龍軸承間隙測量記錄圖

結(jié)合該船此次小修時賽龍軸承的磨損量，對自2006年以來所有艉軸軸承間隙值進(jìn)行了統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，左軸和右軸的艉軸3道軸承的軸頸處銅套均存在不同程度的磨損。

此次修理更換時，考慮軸承銅套磨損量，消除軸上銅套磨損量的影響，采取修前精確測量軸承間隙，根據(jù)間隙對賽龍軸承加工，使修理后軸承間隙達(dá)到出廠值。

4.2降低艉軸架軸承的平均比壓

根據(jù)艉軸架軸承銅套結(jié)構(gòu)特點，將艉軸架軸承從1 000 mm加長至1 700 mm，采用標(biāo)準(zhǔn)長500 mm軸承2段和非標(biāo)長700 mm軸承1段，其中非標(biāo)段500 mm承壓，200 mm作定位用(見圖4)。

注：D1、D2和δ(間隙)進(jìn)塢測量艉軸架軸承尺寸及銅套磨損情況后確定。圖4 加長軸承段(700 mm)軸承結(jié)構(gòu)圖

4.3減小右軸艉軸管后軸承負(fù)荷

由圖2所示校中計算模型，計算各軸承之間負(fù)荷影響系數(shù)[3]，由于艉軸管后軸承負(fù)荷受其它軸承影響較小，此處只提取部分軸承負(fù)荷影響系數(shù)，詳見表5所示。

由表4可知，艉軸管后軸承的垂向變化對自身影響很大，每抬高或降低1 mm，其負(fù)荷將增加或減小7.52 kN，艉軸管前軸承負(fù)荷減小或增加約7.8 kN；同時，使6#中間軸軸承負(fù)荷產(chǎn)生一定的增加或減小；對其它中間軸承及推力軸承影響較小。

為減小艉軸管后軸承負(fù)荷，降低其安裝高度，使其盡可能與艉軸架軸承和艉管前軸承在一條直線上，將軸承內(nèi)孔中心線相對于軸承外圓中心線下移2 mm左右，即進(jìn)行軸承偏心設(shè)計，如圖5所示。

表5 軸承負(fù)荷影響系數(shù)(右軸)

注：D、δ進(jìn)塢測量艉軸架軸承尺寸及銅套磨損情況后確定。圖5 艉軸管后軸承偏心結(jié)構(gòu)圖

由于修理時未抽出艉軸，軸系狀態(tài)不明，基于風(fēng)險因素，此次艉軸管后軸承未做偏心處理。

5 修理后軸系狀態(tài)

根據(jù)以上修理措施，更換艉軸軸承后，測量軸承間隙值，同時對艉軸軸承負(fù)荷進(jìn)行測量。利用圖2所示校中模型，結(jié)合軸承間隙對軸系校中狀態(tài)進(jìn)行模擬校中計算，將計算得到的軸承負(fù)荷與實測值進(jìn)行比較，見表6所示。

由表6可知，修后艉軸架軸承、艉軸管前軸承均較理論值有所降低，并在允許范圍內(nèi)，綜合表5所示軸承負(fù)荷影響系數(shù)，若對艉軸管后軸承進(jìn)行2 mm偏心處理，軸系狀態(tài)將更加良好。

6 結(jié)束語

船舶推進(jìn)軸系賽龍軸承按本文所述方案更換后，船舶運行正常。結(jié)合本文對賽龍軸承異常磨損原因分析及由此制定的修理方案、檢驗方案，可得出以下幾點結(jié)論。

表6 軸系實際狀態(tài)(修理后)撓度與支反力理論計算值與實測值的比較

1)對于船舶推進(jìn)軸系軸承異常磨損，可在修理前進(jìn)行軸承負(fù)荷測量，結(jié)合軸承間隙確定軸系校中模型，得到軸系校中狀態(tài)，根據(jù)校中狀態(tài)分析軸承異常磨損的原因。

2)結(jié)合軸承負(fù)荷影響系數(shù)，分析軸承布置情況，對負(fù)荷偏大的艉軸管軸承可采用偏心處理。

3)對超過軸承使用比壓的軸承，如果條件允許，可以對軸承軸瓦進(jìn)行適當(dāng)延長。

4)在更換軸承時，如果時間充足，優(yōu)先考慮準(zhǔn)確測量軸承間隙后再進(jìn)行軸承精加工，消除軸上銅套磨損的影響。

[1]周瑞平，姚世衛(wèi)，張平，等.三彎矩方程的理論研究及在軸系校中中的應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2005,27(5)：76-79.

[2] CB/Z 338—2005，船舶推進(jìn)軸系校中[S].

[3] 周繼良，鄒鴻鈞.船舶軸系校中原理及應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，1985.

In this paper,the reason for bearing's abnormal wear is analyzed by simulating the condition of shaft alignment according to the clearance and load measurement,with the calculation of which,the angles in everybearing and the bearing load influence matrix are achieved.To add another 500 mm length bearing shell for bracket bearing and lower 1 mm for after stern tube bearing，an effective repairing plan can be demonstrated by measuring the bearing loads and simulating the shaft alignment.

bearing shell;abnormal wearing;canse analysis;repairing plan

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.06.003

冷坳坳(1986-)，男，湖北大悟人，在讀碩士研究生，研究方向為船舶動力裝置性能分析。

2015-06-03