6.4萬噸級散貨船艉軸高溫損壞分析

王樹寶

(揚州中遠海運重工有限公司， 江蘇 揚州 225211)

0　引　言

由于環(huán)保力度加大，越來越多的國家要求到達其海域的船舶，艉軸需使用可降解的生物環(huán)保油作為滑油，以避免對海洋環(huán)境造成污染。2013年3月，美國環(huán)保署發(fā)布了《2013船舶正常航行中產(chǎn)生的污染物排放通用許可》，并于同年12月19日正式生效。由于生物油油膜對溫度敏感特性，高溫易造成油膜破壞導致艉軸承損壞，使很多船舶所有人認為軸承燒毀是由生物油導致的，但事實情況并非如此，船員操作不當同樣會導致軸承負荷加大乃至軸承燒毀?，F(xiàn)對某6.4萬噸級散貨船艉軸損壞及該系列船軸系運轉(zhuǎn)情況進行分析，以避免該類事故的發(fā)生。

1　主要船舶參數(shù)簡介

該6.4萬噸級散貨船是一艘單機、單槳、單舵的散貨船，設(shè)有風暴壓載艙(NO.3貨艙)?？傞L為199.9 m，型寬為32.26 m，型深為18.5 m，設(shè)計吃水為11.3 m，結(jié)構(gòu)吃水為13.3 m。主機機型為MAN B&W 5S60ME-C8.2-Tier II。主機最大選定功率為8 050 kW，最大轉(zhuǎn)速為89 r/min，持續(xù)服務(wù)功率為6 842.5 kW，持續(xù)轉(zhuǎn)速為84.3 r/min，轉(zhuǎn)速禁區(qū)為48～58 r/min。在設(shè)計吃水下，主機為額定轉(zhuǎn)速時的航速為14.4 kn。

圖1　艉管后軸承

該船軸系由一根螺旋槳軸(艉軸)和一根中間軸組成。艉軸承僅有后軸承(見圖1)，無前軸承，中間軸由中間軸承支承。

艉軸密封裝置采用傳統(tǒng)的油封方式，即采用高置重力油柜的方式來維持滑油與水位的壓力平衡，艉管裝置總圖中后軸承處見圖2。

圖2　艉管裝置總圖中后軸承處

艉軸的潤滑油依據(jù)航區(qū)要求需使用生物油，軸系布置見圖3。

2　艉軸損壞的發(fā)生的背景

該船在阿爾及利亞卸完貨開往直布羅陀，加注燃油的途中發(fā)生艉軸高溫報警。離港時的艉部吃水為7.12 m，艏部吃水為4.36 m，螺旋槳全部浸沒在水中，且離港時天氣狀況良好。

該船約11：40時，開始面對惡劣海況天氣，海況為6～7級，蒲氏風級7～8級；艉軸高溫約出現(xiàn)在16：00時；19：00時船舶開始向風暴壓載艙中加注壓載水；約21：30時艉軸高溫報警消失，此時船舶艉部吃水為7.57 m，艏部吃水為4.95 m。

隨后對該船的溫度傳感器進行檢測，無異常；對滑油進行檢查，發(fā)現(xiàn)金屬顆粒；檢查艉軸下沉量，測得下沉為0.3 mm。確認艉軸承燒毀后，就近尋找修船廠進行抽軸檢查。

圖3　軸系布置

3　軸系檢查

把艉軸抽出后發(fā)現(xiàn)在距艉軸承最后端約400 mm處，有巴氏合金高溫燒融排擠現(xiàn)象，其余部分正常，且燒融部位與正常部位沒有明顯的高低差，屬于輕微燒融(見圖4)。

通過第三方公司進行測量，檢查艉軸承斜度及軸系對中等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計要求，可見該船軸系設(shè)計及施工均符合要求。斜度實測數(shù)據(jù)見圖5。

a) 艉軸承損壞照片(近景)

b) 艉軸水損壞照片(遠景)

圖5　軸承斜度實測數(shù)據(jù)

4　確認艉軸承磨損的原因以及分析

4.1　艉軸磨損原因

根據(jù)以上的軸承損壞背景及對軸系的測量，確認造成艉軸承高溫及導致艉軸承損傷的主要原因有以下2點。

1) 船舶在離港時螺旋槳完全浸沒在水中，但船舶在行駛途中遇到惡劣的海況天氣，致使螺旋槳處于非正常工況條件。

2) 在上述條件下，該船船員未進行得當處理，未及時對風暴壓載艙進行壓載，螺旋槳長時間處于非正常工況(螺旋槳僅部分浸沒于水中)，致使艉軸承長時間處于高負荷狀態(tài)。

4.2　艉軸承磨損原因分析

船舶所有人始終認為是由于生物油油膜具有對溫度敏感特性，高溫造成油膜破壞導致艉軸承損壞。該船舶設(shè)計初即考慮到生物油受熱產(chǎn)生黏度降低的問題，所以采用CASTROL BIOSTAT 150生物油，該生物油比普通生物油的黏度高。生物油參數(shù)見表1，且造船廠同設(shè)計的船已交付14條，均未發(fā)生此類情況，可斷定艉軸承磨損非生物油本身的問題。

表1　油品技術(shù)

根據(jù)船舶設(shè)計，所有船舶運行的裝載工況需依據(jù)經(jīng)船級社認可的裝載手冊。船舶建造規(guī)范要求船舶正常長時間航行時，螺旋槳需處于全浸狀態(tài)。該船在離港時螺旋槳雖處于全浸沒狀態(tài)，但在惡劣天氣時船員并未妥當處置，導致船舶前后傾斜并與大浪發(fā)生共振，此時螺旋槳深處在部分浸沒的異常工作狀態(tài)。這種狀態(tài)下，外部流體對槳葉的作用力是其在靜水中自由狀態(tài)下的6倍，當槳葉浮出水面時，作用在螺旋槳上的彎曲力矩會傳遞到軸上，軸承受到的壓力會急劇增大(見圖6)。相對于艉軸負荷的增加及相對轉(zhuǎn)角的變大，會對軸系造成更大的危害。

在艉軸承支點處的相對轉(zhuǎn)角代表艉軸和軸承間的夾角。軸承與軸的相對轉(zhuǎn)角過大軸承間隙過小將不利于油膜的形成，同時相對轉(zhuǎn)角急劇增大意味著負荷更多的集中在軸承尾部，尾部的比壓會增大(見圖7)，軸瓦的受力不均會形成較大的邊緣負荷，影響軸與軸承間形成足夠厚度油膜，致使艉軸承高溫燒毀。

圖6　艉軸示意

圖7　艉軸示意

5　結(jié)　語

在惡劣海況下，船員未進行合理的處置，未對風暴壓載艙進行壓載，導致船舶長時間處于非正常的航行狀態(tài)，造成該船艉軸承由于高溫導致?lián)p傷。

建議船舶管理公司對船員加強培訓，傳授船員遇到大風大浪時的處置經(jīng)驗，面對惡劣天氣，需根據(jù)要求對船舶進行壓載，并增減主機轉(zhuǎn)速，加強對艉軸等重點區(qū)域的巡查及檢測，提前做好應(yīng)急預(yù)案。同時，建議在船舶開航前，造船廠應(yīng)編制一些簡要的細則和說明，并以警告銘牌的方式張貼在駕駛室和壓載控制室，避免此類狀況再次出現(xiàn)，以減少經(jīng)濟損失。

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