新型多軸承尾軸管及尾軸護(hù)管裝置設(shè)計

楊澤濱， 鄒麗榕 ， 黃津津

(1.中船黃埔文沖船舶有限公司， 廣東 廣州 510715；2.中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院， 上海 200011)

0 引 言

船舶尾軸管裝置內(nèi)部裝設(shè)軸承、端部裝設(shè)密封裝置、內(nèi)設(shè)軸承潤滑系統(tǒng)(如有)，其是推進(jìn)裝置的重要組成部分，起到支撐推進(jìn)器軸或尾軸的質(zhì)量，保護(hù)推進(jìn)器軸或尾軸免受漁網(wǎng)和纜繩纏繞的作用；另外，由于尾軸管裝置內(nèi)部的冷卻/潤滑介質(zhì)不外泄且不受舷外水質(zhì)影響，可為尾軸管軸承提供良好的工作環(huán)境。

近年來，中國海上執(zhí)法維權(quán)的公務(wù)船趨于快速化、大型化，從黃水向藍(lán)水進(jìn)軍，進(jìn)一步遠(yuǎn)?；叫械乃颦h(huán)境更為復(fù)雜，傳統(tǒng)的尾軸管裝置已不能完全滿足現(xiàn)有需求。傳統(tǒng)的尾軸管裝置無論是整體式還是焊接式，其設(shè)計方案比較適合短軸系，即尾軸管內(nèi)僅設(shè)前、后兩道軸承。對于設(shè)有3道或以上軸承的多軸承尾軸管裝置，現(xiàn)有的尾軸管結(jié)構(gòu)難于實現(xiàn)。

對于快速性、操縱性要求較高的特殊用途船如公務(wù)船，其船體尾部線型明顯收攏，而且這些船舶基于可靠性、安全性考慮一般均采用雙軸系或多軸系，再者該類船的設(shè)計排水量大多介于1 000噸級～5 000噸級之間，該噸位級別決定了尾軸管裝置的結(jié)構(gòu)尺寸較小，加劇了尾軸管裝置的施工難度。本文闡述幾種尾軸管裝置的設(shè)計方案，并說明其技術(shù)特點。

1 油潤滑多軸承尾軸管裝置的設(shè)計

針對傳統(tǒng)尾軸管裝置的不足，設(shè)計1種適用于裝設(shè)3道或3道軸承以上的油潤滑尾軸管裝置。該裝置包括前軸承組件及密封裝置、中軸承組件、后軸承組件及密封裝置，以上軸承組件包含與船體結(jié)構(gòu)連接的(前、中、后)尾軸架、前尾軸管段組件、后尾軸管段組件和潤滑管系等[1]，上述組件形成1個封閉的焊接式油潤滑尾軸管裝置，其內(nèi)部的腔體可填充潤滑介質(zhì)。

船用焊接式油潤滑尾軸管裝置(3道或3道以上軸承)的結(jié)構(gòu)示例如圖1和圖2所示。由圖1和圖2可知：

圖1 船用焊接式油潤滑尾軸管裝置(3道軸承)結(jié)構(gòu)示例

圖2 船用焊接式油潤滑尾軸管裝置(3道軸承以上)結(jié)構(gòu)示例

(1) 設(shè)計該裝置的關(guān)鍵技術(shù)在于與中間尾軸架后端連接的后尾軸管段組件，該組件的前端直管段內(nèi)的正下方設(shè)有人孔蓋組件。人孔蓋組件的結(jié)構(gòu)示例如圖3所示。

圖3 人孔蓋組件的結(jié)構(gòu)示例

(2) 對比圖1和圖2可知：圖2設(shè)計方案是在圖1的基礎(chǔ)上增加1組尾軸管段組件。該設(shè)計模式實現(xiàn)了模塊化，適用于更多道軸承超長軸系的尾軸管裝置。

(3) 圖3顯示，裝設(shè)在尾軸管裝置內(nèi)部的潤滑/密封管系的連接接頭集中布置在人孔蓋組件附近，有利于潤滑/密封管系的安裝、清潔、試驗、維護(hù)。

(4) 前尾軸管段組件或后尾軸管段組件的后兩端均與其連接的尾軸架保持線型光順，有利于降低附加流體阻力。

(5) 人孔蓋組件的具體軸向位置和尺寸大小應(yīng)以有利于人員施工、拆卸和更換前方的尾軸管軸承為準(zhǔn)。

(6) 在新船建造時，先將尾軸管內(nèi)部清潔完畢，并完成推進(jìn)器軸、零部件等的安裝，再安裝人孔蓋組件的人孔蓋板和人孔封板；由于尾軸管內(nèi)部空間已不存在施焊工序問題，而后續(xù)外部的焊接工序?qū)ξ草S管內(nèi)部空間的清潔度并不造成影響，故能有效保證整個尾軸管內(nèi)部空間的清潔度。

(7) 當(dāng)需要對船舶尾軸管系統(tǒng)進(jìn)行維修時，因尾軸管段組件設(shè)置有人孔蓋組件，可通過火焰切割、碳刨等方法在人孔蓋組件的相應(yīng)部位切開人孔封板，再拆卸人孔蓋組件，有效保證整個尾軸管內(nèi)部空間的清潔度不受影響。

此設(shè)計方案有利于降低油潤滑尾軸管裝置的軸承布置難度、裝置的安裝難度、系統(tǒng)的清潔難度、軸承維修及更換難度等，可滿足絕大多數(shù)大中型公務(wù)船等特殊用途船的需求，為其快速性、高可靠性、高安全性提供強有力的技術(shù)支撐。

由于油潤滑多軸承尾軸管裝置內(nèi)部的潤滑介質(zhì)與舷外水質(zhì)無關(guān)，能有效與泥沙水隔離，故避免泥沙對尾軸及軸承的損害，提高軸承的可靠性，改善其工作環(huán)境，可適用于航行在較多泥沙水域的船只。

該設(shè)計已在廣東省等省級1 000噸級和1 500噸級海監(jiān)船成功應(yīng)用。

需要指出的是，如采用普通潤滑油作為系統(tǒng)的冷卻/潤滑劑，一旦發(fā)生尾軸管裝置油泄漏，不僅污染水域，還可能被迫停航，造成經(jīng)濟(jì)損失，這是油潤滑尾軸管裝置的不足。為解決可能發(fā)生的漏油現(xiàn)象所造成的污染問題，油商和專業(yè)廠家已先后研發(fā)出“可生物降解”和“最低限度毒性”環(huán)保潤滑油。其有機物成分含量很低，并且有機成分可以被海水中微生物迅速降解，所以即使發(fā)生泄漏，對海洋環(huán)境造成的影響也是極小的，如加拿大Thordon公司推出的TL3G潤滑劑、瑞安勃、藍(lán)天使、歐洲之花、北歐天鵝等多種性能優(yōu)越的環(huán)保潤滑油[2]。在選用環(huán)保潤滑油時，應(yīng)注意其黏度等級、冷卻、耐壓、流動性以及潤滑油膜形成的最低轉(zhuǎn)速等。

2 水潤滑半封閉式多軸承尾軸管裝置的設(shè)計

水潤滑半封閉式多軸承尾軸管裝置，采用來自海水總管的海水通過專用水處理裝置處理后送至尾軸管內(nèi)部作為軸承的冷卻/潤滑劑，再從尾軸管的尾端直接排至舷外，可用消防水作為備用。該設(shè)計方案具有經(jīng)濟(jì)性好、環(huán)保、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)成本低的特點，設(shè)計方案與上述的油潤滑多軸承尾軸管裝置的設(shè)計方案基本相似，主要差別在于：

(1) 無尾密封裝置，尾管內(nèi)部無潤滑管系，裝置結(jié)構(gòu)較為簡單；

(2) 須配套設(shè)置專用水處理裝置，除去泥沙、雜質(zhì)等；

(3) 裝置內(nèi)外壁需要按水下要求刷油漆；

(4) 軸的表面須包敷玻璃鋼等防腐處理；

(5) 冷卻/潤滑的海水應(yīng)經(jīng)過殺生處理，防止海生物在尾軸管內(nèi)生長造成污損等。

水潤滑半封閉式尾軸管裝置包括前軸承組件及密封裝置、中軸承組件、后軸承組件。以上組件包含與船體結(jié)構(gòu)連接的(前、中、后)尾軸架、前尾軸管段組件、后尾軸管段組件等。上述組件形成1個封閉的焊接式水潤滑尾軸管裝置，其內(nèi)部的腔體可填充潤滑介質(zhì)。具體結(jié)構(gòu)示例可參考圖1～圖3。

該設(shè)計已在遼寧省等省級1 000噸級海監(jiān)船成功應(yīng)用。

另一種全封閉式水潤滑尾軸管裝置設(shè)計方案，其冷卻/潤滑劑選用淡水，設(shè)計方案與油潤滑尾軸管裝置設(shè)計相似，配置有尾密封裝置和潤滑系統(tǒng)，冷卻/潤滑劑循環(huán)使用，具體可參考文獻(xiàn)[3]。

3 敞開式舷外水潤滑尾軸護(hù)管裝置的設(shè)計

對于航行于含泥沙量較少水域的船舶，可用舷外海水直接作為推進(jìn)軸系的橡膠/高分子材料軸承的冷卻/潤滑劑。為避免網(wǎng)繩纏繞推進(jìn)器，傳統(tǒng)推進(jìn)裝置僅在螺旋槳轂前端方位附近安設(shè)防網(wǎng)繩切割裝置，未設(shè)置尾軸護(hù)管裝置，顯然僅靠防網(wǎng)繩切割裝置仍不能有效防止?jié)O網(wǎng)、纜繩纏繞推進(jìn)器軸的其他部位，且纏繞情況一旦發(fā)生，防網(wǎng)繩切割裝置也無法起到切割作用，勢必導(dǎo)致船舶的推進(jìn)系統(tǒng)功能受到削弱，情況嚴(yán)重者將導(dǎo)致推進(jìn)系統(tǒng)部分或全部受損，對船舶和船員的安全造成嚴(yán)重威脅。

敞開式舷外水潤滑尾軸護(hù)管裝置嚴(yán)格意義上不能被稱作尾軸管，只能被稱作尾軸護(hù)管裝置，其主要作用在于保護(hù)推進(jìn)器軸或尾軸免受漁網(wǎng)、纜繩纏繞，與防網(wǎng)繩切割裝置配合可更有效地防止?jié)O網(wǎng)、纜繩纏繞推進(jìn)軸系。

該設(shè)計方案直接采用舷外水對尾軸管軸承進(jìn)行冷卻/潤滑，因省去裝置內(nèi)部的潤滑管系，故無需配套設(shè)置專用水處理裝置，與前述的油潤滑多軸承尾軸管裝置和水潤滑半封閉式多軸承尾軸管裝置相比，具有結(jié)構(gòu)更簡單、施工更容易、維護(hù)更方便、成本更低的特點，但僅限于水潤滑軸承，對航行水域的水質(zhì)要求較高，泥沙等雜質(zhì)不能過多。敞開式舷外水潤滑尾軸護(hù)管裝置的設(shè)計也可采用模塊化設(shè)計思路，詳見圖4敞開式舷外水潤滑尾軸護(hù)管裝置總裝圖和圖5敞開式舷外水潤滑尾軸護(hù)管裝置結(jié)構(gòu)詳圖。為更好地顯示重點，圖4和圖5省略了尾軸架前后端的導(dǎo)流罩。

敞開式舷外水潤滑尾軸護(hù)管裝置主要包括1段或1段以上的護(hù)管。護(hù)管的兩端焊接有法蘭，護(hù)管和兩端的法蘭被分成兩半式(剖分式)，護(hù)管上分布有若干進(jìn)出水孔，以便舷外水進(jìn)出護(hù)管。兩半式護(hù)管上均焊接有連接耳板，并在連接耳板的正上下方位留有耳板工藝孔，以便安裝緊固件。兩半式護(hù)管通過緊固件連接各自的連接耳板，形成推進(jìn)器軸或尾軸的護(hù)管裝置。船用可拆式尾軸護(hù)管裝置還包括法蘭等固定用的一系列緊固件[4]。

上述的兩半式護(hù)管上分布有若干進(jìn)出水孔，孔的大小和數(shù)量應(yīng)根據(jù)軸承的潤滑和冷卻需求進(jìn)行設(shè)計；另外，在護(hù)管裝置下護(hù)體的靠近尾部方位正下方處設(shè)計有流沙孔，以便隨水流進(jìn)入護(hù)管裝置的泥沙等雜物及時排出，泥沙等碎物不至于在護(hù)管裝置內(nèi)部滯留影響冷卻和潤滑效果。護(hù)管裝置的大小和長度、護(hù)管裝置的流水孔大小和間距、連接耳板具體布置位置和形狀、兩端法蘭大小以及護(hù)管裝置的連接緊固件根據(jù)實際需求確定。

該設(shè)計已在福建省等省級1 000噸級和1 500噸級海監(jiān)船成功應(yīng)用。

圖4 敞開式舷外水潤滑尾軸護(hù)管裝置總裝圖

圖5 敞開式舷外水潤滑尾軸護(hù)管裝置結(jié)構(gòu)詳圖

4 結(jié) 語

實船應(yīng)用證明，前述幾種尾軸管裝置設(shè)計方案，即新型油潤滑多軸承尾軸管裝置、水潤滑半封閉式多軸承尾軸管裝置、敞開式舷外水潤滑尾軸護(hù)管裝置的設(shè)計，克服傳統(tǒng)尾軸管裝置的弊端和不足，有效提高尾軸管系統(tǒng)的可靠性、安全性和可維修性，進(jìn)而提高主推進(jìn)系統(tǒng)的生命力，為現(xiàn)代中大型公務(wù)船在更復(fù)雜水域的航行提供有力的技術(shù)保障。

對幾種尾軸管裝置設(shè)計方案的關(guān)鍵設(shè)計要點的闡述，為在中大型公務(wù)船上尾軸管裝置的方案設(shè)計提供參考。