某船艉軸異響故障原因分析及解決措施

王慧敏

(4808工廠 威海修船廠，山東 威海 264200)

某船為雙機、雙槳、雙軸系高速柴油機推進。推進系統(tǒng)主要由柴油機、高彈聯(lián)軸器、中間軸、艉軸、艉軸密封及定距槳組成。水下部分由艉管、艉管前軸承、艉管后軸承、艉軸支架、艉軸支架軸承、定距槳等裝置組成。艉軸由艉管前軸承、艉管后軸承、艉軸支架軸承支撐。

1 故障分析

系泊試驗時，當(dāng)主機轉(zhuǎn)速在750 r/min時，異響較大。隨著主機轉(zhuǎn)速的增高，異響逐漸減小。當(dāng)主機轉(zhuǎn)速升高至1 000 r/min時，異響消失。異響產(chǎn)生后，對后住艙、舵機艙固定物及設(shè)備安裝固定檢查，對主機組、艉軸、艉軸密封及前后艉管軸承溫度測量檢查，對水下推進器、艉軸支架及軸承進行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。航行試驗時，當(dāng)主機轉(zhuǎn)速在750 r/min時，異響較系泊試驗聲音較大且鋒利，隨著主機轉(zhuǎn)速的增加，聲音逐漸減小，當(dāng)主機轉(zhuǎn)速升高至1 400 r/min時，異響消失。對推進系統(tǒng)、艉軸密封、艉軸、軸承進行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

該型柴油機未設(shè)計檢爆閥，無法測量爆炸壓力，可以通過觀察柴油機的排氣溫度來判斷主機的實際運行負荷。表1為主機系泊試驗數(shù)據(jù)，表2為主機航行試驗數(shù)據(jù)，其中該主機為V型結(jié)構(gòu)，單列分別為A排、B排。

表1 主機系泊試驗數(shù)據(jù)

表2 主機航行試驗數(shù)據(jù)

通過對比表1、表2可以看出，系泊試驗主機轉(zhuǎn)速1 000 r/min與航行試驗主機轉(zhuǎn)速1 470 r/min的主機輸出負荷差不多，且產(chǎn)生異響的轉(zhuǎn)速區(qū)間與主機負荷基本符合。

通過上述分析，初步診斷為當(dāng)主機轉(zhuǎn)速較低時，主機負荷小，艉軸抬升較小，導(dǎo)致艉軸與軸承下部間隙偏小，水膜未完全產(chǎn)生，不能起到很好的潤滑作用，艉軸與軸承摩擦產(chǎn)生異響。

2 故障確認

為了確認故障原因，該船安排了上排塢內(nèi)抽軸工作，檢查軸系對中、艉軸跳動、軸承配合間隙。檢查結(jié)果如下：①軸系對中符合要求；②艉軸銅套與賽龍軸承配合間隙局部偏小；③艉軸跳動超標。

對不符合要求的②、③進行分析，得出以下幾方面原因。

1)賽龍軸承受溫度和膨脹系數(shù)影響。在環(huán)境溫度不同時，賽龍軸承的熱脹系數(shù)不同，海水浸泡也會導(dǎo)致其膨脹，造成間隙縮小。表3為軸承安裝設(shè)計尺寸，從表3可以看出，賽龍軸承尺寸會隨著環(huán)境溫度的變化而變化。當(dāng)環(huán)境溫度升高時，軸承外部受艉軸支架和艉管限制無膨脹空間，從而向內(nèi)膨脹，造成軸承內(nèi)徑尺寸縮小，進而導(dǎo)致軸承間隙縮小。

表3 軸承安裝設(shè)計尺寸

圖1為位置測量示意圖，上排后我們依據(jù)工藝，按照圖1所示的位置，分別對賽龍軸承內(nèi)徑、艉軸銅套外徑進行測量。表4為環(huán)境溫度6℃時，下水前賽龍軸承測量數(shù)據(jù)；表5為環(huán)境溫度16℃時，上排抽軸后軸承測量數(shù)據(jù)。通過分析對比表4和表5的數(shù)據(jù)，可以得出賽龍軸承受環(huán)境溫度影響較大，從而軸承間隙縮小，導(dǎo)致艉軸與軸承摩擦產(chǎn)生異響的結(jié)論。

圖1 位置測量示意圖

表4 環(huán)境溫度6℃時，下水前賽龍軸承測量數(shù)據(jù) mm

表5 環(huán)境溫度16℃時，上排抽軸后軸承測量數(shù)據(jù) mm

2)軸承配合間隙局部偏小。軸承安裝采用冷凍法-液氮冷凍安裝，并預(yù)先安裝和固定各軸承止動復(fù)板，待軸承完全恢復(fù)常溫后，安裝固定螺釘。軸承熱脹過程中，軸承和艉管與周圍環(huán)境接觸的位置、面積不同，吸熱速度不同，導(dǎo)致軸承位置兩端先膨脹固定；外部受止動腹板固定，內(nèi)部無向外伸縮的膨脹空間，只能徑向向其內(nèi)部膨脹，從而導(dǎo)致了軸承內(nèi)孔尺寸出現(xiàn)“兩頭大中間小”的現(xiàn)象，配合間隙局部偏小，具體數(shù)據(jù)見表4。

3)此船艉軸屬于細長軸，吊裝作業(yè)是造成艉軸跳動超標的主要原因。

通過對艉軸異響故障的分析及確認，判定為艉軸銅套與賽龍軸承配合間隙偏小和艉軸跳動超標是造成艉軸異響的主要原因。

3 解決措施

針對造成艉軸異響的幾個原因制定以下措施。

1)與設(shè)計院及賽龍軸承廠家溝通，調(diào)整其配合間隙，盡量放大其配合間隙，放大至范圍允許要求的最大值。

2)制作專用胎具對軸承內(nèi)部進行著色檢查，測量數(shù)據(jù)標定基準點，根據(jù)調(diào)整的配合間隙，對不符合部位進行修研，調(diào)整至標準范圍內(nèi)，環(huán)境溫度16℃時，修研后軸承測量間隙見表6。

表6 環(huán)境溫度16℃時，修研后軸承測量間隙 mm

3) 上車床進行裝夾找正，根據(jù)軸系校直方法中的反擊校直法，使用手錘對其變形凹面進行敲擊，使工件局部產(chǎn)生延展擠壓力而校正變形，使其艉軸跳動量符合要求。吊裝時更換吊點，盡量減小變形，并進行驗證。

4 故障驗證

推進系統(tǒng)安裝完成后，下水航行試驗進行驗證，艉軸異響基本解決，異響區(qū)間由原來的主機轉(zhuǎn)速750～1 400 r/min減小至750～900 r/min。因為經(jīng)過軸承修研法，無法實現(xiàn)軸承內(nèi)部的均勻化，少數(shù)高點存在，導(dǎo)致異響依然存在。通過后期的離靠碼頭主機運轉(zhuǎn)試驗，該聲音逐步減小，后期交船航渡時，異響消除。

對于該船出現(xiàn)的艉軸異響故障，后期制定相關(guān)措施，在下一艘船的建造過程中，從軸系材料進廠檢驗、加工、軸系校中、軸承加工、安裝、軸承配合尺寸、艉軸船裝前跳動量方面追蹤落實檢查，未發(fā)生該故障。結(jié)果證明對某型船艉軸異響的原因定位準確，解決措施合理有效，成功解決了某型船艉軸異響故障。