某拖船中間軸承高溫故障分析與排除

孫潤(rùn)哲

(中國(guó)船級(jí)社天津分社，天津 300457)

船舶推進(jìn)軸系連接主機(jī)和螺旋槳，一方面將主機(jī)功率傳遞給螺旋槳，另一方面將螺旋槳產(chǎn)生的軸向推力傳遞給船體，從而推動(dòng)船舶前行[1]。軸系主要由軸承、傳動(dòng)軸及其它附件組成，其工作性能直接決定了整個(gè)推進(jìn)裝置性能的好壞，本船主動(dòng)力裝置復(fù)雜，軸系運(yùn)行好壞取決于中間軸承受力情況[2]。本文在介紹中間軸承高溫故障處理的基礎(chǔ)上，分析了故障原因，最終形成了修理方案并解決了問(wèn)題。

1 故障現(xiàn)象

本船為采用雙機(jī)雙槳驅(qū)動(dòng)的全回轉(zhuǎn)拖船，左、右軸系對(duì)稱(chēng)布置[3]，其Z型推進(jìn)軸系通過(guò)彈性連軸節(jié)連接主機(jī)，軸系軸承采用SKF雙列調(diào)心滾子軸承。從主機(jī)到舵機(jī)依次設(shè)有5道軸承，軸系布置如圖1所示。該船在航行試驗(yàn)過(guò)程中，以右舷軸系為例，當(dāng)主機(jī)以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)得各軸承溫度如表1所示。

圖1 軸系布置圖

由表1知，當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速為750 r/min時(shí)，右軸系4#軸承平均溫度達(dá)到了94.25 ℃，明顯高于其它軸承平均溫度，雖然符合“安裝技術(shù)說(shuō)明”中規(guī)定的軸承溫度極限值120 ℃，但是明顯高于服務(wù)商提供的經(jīng)驗(yàn)值，即軸承溫度一般不超過(guò)環(huán)境溫度的30～40 ℃(當(dāng)時(shí)機(jī)艙環(huán)境溫度約為40 ℃)。當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到774 r/min后，4#軸承溫度達(dá)到100 ℃，并無(wú)下降趨勢(shì)。經(jīng)與船東商量，決定查找軸承溫度高的原因并解決。

表1 不同轉(zhuǎn)速下各軸承溫度

2 故障原因分析

2.1 原因分析

軸承存在高溫的現(xiàn)象，有很多方面原因[4]，經(jīng)綜合分析大致有以下幾點(diǎn)。

1)軸系水下對(duì)中時(shí)沒(méi)有按照廠家要求進(jìn)行，各對(duì)中參數(shù)超出了廠家允許的范圍值，進(jìn)而造成各軸承偏心及負(fù)荷不均。

2)各軸承基座架強(qiáng)度不夠，在負(fù)荷變化的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生大的振動(dòng)，造成軸系中心線偏移。

3)航行試驗(yàn)壓載不合理導(dǎo)致船體發(fā)生了較大扭曲變形，進(jìn)而使軸系中心線產(chǎn)生變化。

4)軸承采用固態(tài)潤(rùn)滑油，加油過(guò)量、漏加油、添加不正確牌號(hào)滑油或者有異物進(jìn)入摩擦副空間，都會(huì)破壞油膜建立，從而不斷積累摩擦生熱，導(dǎo)致軸承溫度逐漸上升。

5)軸承存在軸向和徑向間隙，并且二者有一定正比例關(guān)系。軸承主要用于承受徑向載荷和較大的軸向載荷，徑向載荷承載能力越高，越適用于在振動(dòng)或者重載情況下工作，當(dāng)軸承軸向和徑向間隙減小時(shí)，會(huì)使軸承負(fù)荷集中，并且導(dǎo)致軸承潤(rùn)滑油減少，出現(xiàn)潤(rùn)滑不良、散熱不好的問(wèn)題，進(jìn)而引發(fā)軸承高溫。

2.2 故障排查

針對(duì)可能引發(fā)故障的各項(xiàng)原因，我們逐項(xiàng)進(jìn)行了排查。

1)該軸系的理論中心線是通過(guò)拉線法確定的，軸系所有軸承實(shí)際中心線與理論軸系中心線重合安裝，軸系中所有法蘭的曲折與偏移值嚴(yán)格符合校中計(jì)算書(shū)的規(guī)定。

2)該軸系軸承采用固態(tài)潤(rùn)滑油，油量由廠家定量添加，打開(kāi)軸承蓋與服務(wù)商一同檢查后，未發(fā)現(xiàn)存在過(guò)量或者漏加油現(xiàn)象，軸承外圈和軸承外殼內(nèi)圈狀態(tài)如圖2所示，同時(shí)未發(fā)現(xiàn)有異物進(jìn)入摩擦副空間。

(a)軸承外圈 (b)軸承外殼內(nèi)圈

3)航行試驗(yàn)經(jīng)過(guò)穩(wěn)性計(jì)算，左右舷對(duì)稱(chēng)壓載，盡量使船體各結(jié)構(gòu)受力均勻，避免船體結(jié)構(gòu)的扭曲變形。

4)對(duì)于該滾子軸承，其軸向方向由于已被鎖緊螺母固定，所以其本身的軸向間隙不會(huì)發(fā)生改變，對(duì)該中間軸承徑向間隙進(jìn)行測(cè)量，用塞尺檢查滾珠與外圈的間隙，發(fā)現(xiàn)該中間軸承的徑向間隙數(shù)值是0.15 mm(0.15 mm的塞尺可以塞進(jìn)并能旋轉(zhuǎn)1周，0.17 mm的塞尺不可以塞進(jìn)并無(wú)法旋轉(zhuǎn))。根據(jù)軸的直徑170 mm(在160～180 mm之間), 可以從滾珠與外圈的間隙推薦值表查得間隙應(yīng)該是(0.15±0.01) mm,故軸承徑向間隙正常。

5)最終將問(wèn)題的焦點(diǎn)放在了軸承基座上，通過(guò)服務(wù)商提供的安裝說(shuō)明書(shū),發(fā)現(xiàn)廠家推薦的軸承支架安裝后外形高度較低且支架四周均采用外“八”字形加固，軸承基座示意圖如圖3所示，但實(shí)際上該船軸承座支架偏高，而且支架結(jié)構(gòu)在沿軸系方向上采用半“八”字形結(jié)構(gòu)。進(jìn)而初步懷疑該基座支架的強(qiáng)度不夠，并且該軸系的軸承使用的是SKF雙列調(diào)心滾子軸承，軸承廠家要求軸承的軸向和徑向振動(dòng)值都不要超過(guò)10 mm/s。服務(wù)商對(duì)軸承振動(dòng)值進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)4#中間軸承徑向振動(dòng)值超標(biāo)，甚至達(dá)到了18 mm/s，嚴(yán)重超出了軸承廠家的允許值。

(a)側(cè)視圖 (b)正視圖

找到故障原因后，經(jīng)過(guò)與船東、服務(wù)商協(xié)商，決定對(duì)軸承座強(qiáng)度進(jìn)行整改加強(qiáng)。由于4#中間軸承的基座周?chē)泄苈?，所以采取焊接固定板并橫拉至隔艙墻板的辦法，中間軸承基座加強(qiáng)示意圖如圖4所示，對(duì)于其它中間軸承也進(jìn)行了加強(qiáng)，對(duì)于下面有油艙的中間軸承則采取間隙焊，分多次焊接，這樣既能達(dá)到加強(qiáng)的效果，又能防止船體變形和安全事故。

圖4 中間軸承基座加強(qiáng)示意圖

2.3 修理效果

軸承座加強(qiáng)固定完畢后，重新進(jìn)行了航行試驗(yàn)，當(dāng)主機(jī)以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)得各軸承(以右舷軸系為例)溫度如表2所示。

表2 加固后,不同轉(zhuǎn)速下各軸承溫度

由表2知，當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速為750 r/min時(shí)，右舷軸系4#軸承平均溫度為62 ℃，相較于軸承基座固定加強(qiáng)前的平均溫度下降了約34.2%，軸承負(fù)荷得到了顯著改善。當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到770 r/min后，該4#軸承溫度僅達(dá)到70 ℃，也無(wú)上升趨勢(shì)，而且軸承振動(dòng)值為9 mm/s，符合廠家要求。船東、服務(wù)商均對(duì)本次基座整改加固結(jié)果表示滿意。

3 結(jié)束語(yǔ)

造成中間軸承溫度高的原因有很多，由于該船軸承基座未按照廠家建議設(shè)計(jì)安裝，導(dǎo)致軸承基座強(qiáng)度不夠。當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，使軸承應(yīng)力集中、局部負(fù)荷急劇增加，進(jìn)而導(dǎo)致軸承高溫。通過(guò)焊接固定板的方法對(duì)軸承基座進(jìn)行了強(qiáng)度加固，從而消除了中間軸承高溫的故障。作為船舶行業(yè)從業(yè)人員，必須積累豐富的工作經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，才能保證船舶設(shè)備的正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)[5]。