Z型推進軸系軸承高溫原因分析及解決對策

邢世陽 郝全亮 吳麗發(fā) 王吉江 王春雷 中國石化股份勝利油田分公司海洋石油船舶中心

1.引言

Z型推進裝置也就是全回轉(zhuǎn)推進裝置，其功率傳遞是通過輸入軸的一級傘齒輪轉(zhuǎn)動豎軸，再通過二級傘齒輪傳遞給推進軸帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)，由此形成Z字形傳動系統(tǒng)，此外該系統(tǒng)的舵槳裝置整體還可以360°回轉(zhuǎn)，使推進器在360°范圍內(nèi)產(chǎn)生推力，從而使船舶進退、回轉(zhuǎn)等操作機動靈活，可以實現(xiàn)船舶原地掉頭。因此，雖然該推進系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、價格比較昂貴，但具有良好的操作性能和靈活機動性能而被廣泛應(yīng)用于各類船舶，例如港口作業(yè)的輪駁、多用途拖輪、自航浮吊、半潛駁等。正由于該系統(tǒng)傳動和控制機構(gòu)比較復(fù)雜、安裝各項技術(shù)參數(shù)要求嚴格，軸系安裝工藝復(fù)雜且施工難度大，經(jīng)常導(dǎo)致安裝返工且時間長，實踐過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)因安裝技術(shù)參數(shù)不符合廠家技術(shù)要求導(dǎo)致軸系震動、軸承高溫等故障。現(xiàn)就某輪在航行期間曾出現(xiàn)推進軸系中間軸承溫度高的現(xiàn)象進行系統(tǒng)分析、研究提出相應(yīng)的解決對策。

2.推進裝置軸系軸承高溫的現(xiàn)象

某輪采用2 套Z 型定距推進系統(tǒng)，舵槳型號為SRP1212R/R，額定功率1600kw，轉(zhuǎn)速900rpm，在航行期間，經(jīng)常出現(xiàn)推進裝置軸系中間軸承高溫現(xiàn)象，但采取減速措施待軸承溫度降低后再次提高負荷，原來溫度高的軸承沒有大幅升溫，具體表現(xiàn)為：在90%負荷運行時，左推進裝置軸系第2、3、4、8道軸承（以主機輸出端向后排序，下同）出現(xiàn)不同程度高溫現(xiàn)象；右推進裝置軸系第2、3、4、8、9、10道軸承出現(xiàn)不同程度高溫現(xiàn)象，有時最高溫度高達110℃。為了避免軸承溫度過高導(dǎo)致軸承燒蝕或粘瓦事故的發(fā)生，船方加強值班巡視檢測各軸承溫度，當溫度超過90℃，一般主動采取主機降速措施后，使軸承溫度下降至60℃，平穩(wěn)運行一段時間后再次提高主機轉(zhuǎn)速運行，提高轉(zhuǎn)速運行一段時間后通過巡檢檢測各軸承溫度發(fā)現(xiàn)原來出現(xiàn)高溫的軸承溫升不大，而其他原來軸承溫度正常的反而出現(xiàn)溫升加快甚至高溫狀況。經(jīng)過多次觀察使用，軸系軸承溫度總是出現(xiàn)如此無規(guī)律的變化，為了揭示造成該問題的原因，現(xiàn)對該現(xiàn)象可能出現(xiàn)的問題進行系統(tǒng)分析。

3.推進裝置軸系軸承高溫的原因分析

該輪軸系由前一根短軸、兩根中間軸和后一根短軸組成，中間軸承多達10道，軸承潤滑方式為油脂潤滑，通過系統(tǒng)梳理分析，筆者認為Z型推進裝置軸系軸承高溫的原因是多方面的，參考過往研究可能存在的原因具體有：①水下對中時，軸系對中沒有按照廠家要求進行，各對中數(shù)據(jù)超出廠家允許范圍，造成各中間軸承負荷不均及軸承偏心；②各中間軸承的座架強度不夠，隨著負荷的變化，產(chǎn)生大的振動，造成軸中心線偏離；③航行試驗壓載不合理，壓載后船體存在大的扭曲變形，從而導(dǎo)致軸系中心線發(fā)生變化；④軸承采用油潤滑，漏加油、過量加油或添加的油牌號不正確；⑤軸承負荷過大，隨著主機負荷的增加，各軸承溫度升高，溫度升高造成徑向游隙變小，徑向游隙變小反之又加劇溫度上升；⑥船體受外力沖擊或擱淺，造成船體變形導(dǎo)致軸線不正而導(dǎo)致軸承磨損異常；⑦多年運行后軸承因保養(yǎng)不善導(dǎo)致了磨損、裂紋等損傷。通過以上原因分析，進行調(diào)閱資料、詢問等方式逐一排查，排除了①②③⑤可能性，初步認為造成本次軸承溫度高的原因主要是：

圖2

圖3

（1）該輪曾經(jīng)出現(xiàn)船舶擱淺事件，因此本次軸承高溫有可能因船體擱淺導(dǎo)致船舶變形，從而引起軸系不正造成軸承高溫。

（2）該輪表示對適量添加軸承潤滑油脂以滿足滑油需要難于把握，因此也有可能是該因素導(dǎo)致的軸承高溫。但排除了使用油牌號不正確問題。

（3）可能出現(xiàn)軸承磨損或裂紋造成了軸承外套與軸承座發(fā)生滑移運動導(dǎo)致的高溫。

為了進一步驗證初步判斷的可能原因，組織進行了現(xiàn)場檢查測量分析。經(jīng)過現(xiàn)場拆解發(fā)現(xiàn)，左軸系第2道和右軸系第4道的軸承外套與軸承座發(fā)生滑移運動，軸承座內(nèi)孔有明顯燒損痕跡、磨損嚴重。如圖1、2、3所示。

圖1

為了進一步檢查確認軸承座與軸中心偏差以及軸承間隙的技術(shù)指標情況，進行了測量，測量結(jié)果具體見表1。

表1 技術(shù)指標測量結(jié)果

通過現(xiàn)場檢查及測量結(jié)果分析，有些軸承座與軸中心偏差太大已經(jīng)超出了廠家安裝技術(shù)要求，因此初步判定認為：軸線偏差、軸承外套與軸承座發(fā)生滑移運動是導(dǎo)致軸承高溫的主要原因，其根本原因是船舶擱淺導(dǎo)致船體變形引起軸線不正。主機輸出端短軸與主機高彈的軸線偏移和軸向間隙不良，引起左軸系第2道和右軸系第4道軸承承受過大推力，致使軸承外套緩慢滑移，經(jīng)過長時間帶隱患運行導(dǎo)致軸承內(nèi)孔磨損不斷加大，導(dǎo)致問題進一步擴大。短軸后端兩根中間軸各軸承存在上下、左右軸線偏差，同樣引起第3道推力軸承和各道定向軸承受力不均，隨著運轉(zhuǎn)時間推移和磨合，出現(xiàn)高溫軸承游移不定現(xiàn)象。

此外，通過對該類軸承潤滑方式分析，初步判斷為：該類型軸承受油脂潤滑條件所限，船員適量添加軸承潤滑油脂以滿足滑油需要難于把握，容易出現(xiàn)因添加油脂過量或過少導(dǎo)致散熱不良引起軸承溫度高，這屬于先天性缺陷或技術(shù)操作性缺陷。經(jīng)過調(diào)研了解到目前國內(nèi)同類型船舶Z型推進軸系使用該類潤滑方式的軸承也經(jīng)常出現(xiàn)不連續(xù)高溫現(xiàn)象，尤其像該輪軸系中間軸長，軸承多達10道，軸系受船體、壓載、風浪等客觀影響很大，更容易出現(xiàn)不連續(xù)高溫現(xiàn)象。

4.對策研究

根據(jù)檢查檢測結(jié)果和對推進裝置軸系軸承高溫原因的系統(tǒng)分析，初步得出了2個判斷，下面研究相應(yīng)的解決對策。

（1）因該類型軸承受油脂潤滑條件所限，適量添加軸承潤滑油脂以滿足滑油需要難于把握，容易出現(xiàn)因添加油脂過量或過少導(dǎo)致散熱不良引起軸承溫度高。解決對策是：通過現(xiàn)場操作人員不斷反復(fù)地實踐、測量來獲取合適的潤滑油脂添加量經(jīng)驗，加強檢查巡視監(jiān)測工作，定期對潤滑油脂進行質(zhì)量檢查或更換以確保油質(zhì)和良好潤滑散熱效果。

（2）該輪因船體變形引起軸系偏差導(dǎo)致軸承溫度高，需要對該輪軸系進行重新調(diào)整和校驗，要求調(diào)整后的技術(shù)參數(shù)要達到說明書初始安裝的要求。下面著重介紹本次軸系重新進行校驗和調(diào)整工藝。基本工藝流程為：滿足軸系校驗和調(diào)整的施工條件→短軸拆解與校驗（換軸承座測量軸承座與軸承間隙）→短軸調(diào)整與安裝→中間軸對中及調(diào)整→中間軸承的校驗與調(diào)整→萬向節(jié)安裝與測量→加注潤滑油脂并固定軸承壓蓋→軸承座固定→試驗（測量記錄各軸承溫度）→結(jié)束。具體工藝步驟簡述如下：

1）軸系校驗和調(diào)整的施工條件：①船舶在軸系校中其間應(yīng)停止敲打、強烈振動作業(yè)并應(yīng)在無日光直接照射下進行，最好在夜間進行；②在軸系校中時應(yīng)調(diào)整船舶浮態(tài)，使船舶處于正浮狀態(tài)且左右無橫傾，海面風平浪靜、潮流平穩(wěn)，船舶系纜應(yīng)保持松弛且不得靠泊其他船舶；③船尾吃水不少于螺旋槳直徑浸沒75%，并且在整個軸系校中數(shù)據(jù)測量期間，艏、艉吃水應(yīng)基本維持不變；④所有需要對中的軸應(yīng)調(diào)整到合適的位置并且使之處于自由狀態(tài)。

2）短軸拆解與校驗：將主機高彈與短軸分解，短軸與中間軸之間的萬向節(jié)拆除，將左軸系第2道和右軸系第4道軸承換新；軸承與軸承座進行測量記錄，分析軸承在軸承座內(nèi)狀態(tài)，調(diào)整軸承座與軸的垂直度，如出現(xiàn)軸承與軸承座配合間隙過盈量小，必須對軸承座哈弗平面進行研磨，達到軸承在軸承座內(nèi)固定牢固。根據(jù)拆解情況來看各軸承壓蓋存在壓不緊軸承現(xiàn)象，軸線調(diào)整完成后對整個軸承座進行壓鉛測量修復(fù)。

3）短軸調(diào)整與安裝：調(diào)整短軸與主機高彈對中，用磁座表測量短軸與主機輸出端偏移和曲折，用塞尺測量主機高彈間隙，調(diào)整至說明書安裝相關(guān)技術(shù)要求范圍內(nèi)，進行軸承座固定〔按標準，軸承座與軸的打表測量值在0-0.15mm〕。磁座表安裝測量如圖4所示。

圖4

4）中間軸對中及調(diào)整：拆除萬向節(jié)后，制作1套專用工裝進行中間軸的對中和調(diào)整，直至對中工具滿足說明書安裝相關(guān)技術(shù)要求。調(diào)整測量如圖5所示。

圖5

5）中間軸承的校驗與調(diào)整：將軸承壓蓋拆掉，安裝專用工裝，將軸承壓緊在軸承座內(nèi)，把磁力表吸在軸上，表頭打在軸承套的端面上，對表至零位，旋轉(zhuǎn)軸半圈，并記錄數(shù)據(jù)，按標準值調(diào)整。各軸承座均需調(diào)整，將數(shù)據(jù)調(diào)整到最佳狀態(tài)，調(diào)整中間軸承座與軸的同心度，研磨調(diào)整墊塊以滿足技術(shù)要求。

6）萬向節(jié)安裝與測量：各道軸承調(diào)整至要求范圍內(nèi)并預(yù)固定后，安裝萬向節(jié)，并按照出廠說明書對所有萬向節(jié)進行測量調(diào)整。

7）加注潤滑油脂并固定軸承壓蓋：添加適量軸承潤滑油脂以滿足滑油需要，盡可能避免因添加油脂過量或過少導(dǎo)致散熱不良，加注完畢后固定軸承蓋。這個步驟在試驗過程中可能因加注滑油量問題引起軸承散熱效果不理想，因此可能需要反復(fù)試驗實踐以獲取經(jīng)驗。

8）軸承座固定：萬向節(jié)安裝完成后，一般靜態(tài)24h后對軸系對中情況進行復(fù)核確認無誤后，對軸承座進行鉸孔固定。

9）試驗：通過系泊試驗和航行試驗，測量記錄各軸承溫度以驗證軸系校中效果，做好試驗記錄。

10）結(jié)束：條件是軸系調(diào)整和校驗后的技術(shù)參數(shù)要達到說明書初始安裝的要求，且船舶在各種負荷試驗時各軸承溫度保持在廠家說明書技術(shù)要求允許的范圍內(nèi)。

5.結(jié)束語

我們通過檢查分析、揭示了該推進裝置軸系軸承溫度高的根本原因和先天缺陷，并研究相應(yīng)的解決對策。我們經(jīng)過實踐對該輪軸系進行重新調(diào)整和校驗，調(diào)整后的技術(shù)參數(shù)要達到說明書初始安裝的要求；同時通過現(xiàn)場操作人員不斷反復(fù)的實踐、測量來獲取合適的潤滑油脂添加量經(jīng)驗，加強檢查巡視監(jiān)測工作，定期對潤滑油脂進行質(zhì)量檢查或更換以確保油質(zhì)和良好潤滑散熱效果，經(jīng)過嚴格的試驗測量各軸承溫度均在合理的范圍內(nèi)，徹底解決了該軸系軸承高溫問題。