0　引言

船用大型低速主機(jī)主軸承大多采用液體動(dòng)壓潤(rùn)滑。主滑油泵提供3.5～4.0 bar的滑油, 經(jīng)由主軸承上蓋管道注入軸承與曲軸間隙, 在二者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)面之間形成動(dòng)壓油膜, 在保證主機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速和滑油油壓正常的狀況下, 曲軸和軸承被動(dòng)壓油膜完全抬起、脫離接觸, 極大地減緩磨損, 有效提高主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和穩(wěn)定性。

Journal Bearing是大型主機(jī)靠近飛輪端的末位主軸承, 被業(yè)內(nèi)稱為期刊軸承。該軸承緊鄰倒車推力軸承組, 其注入的壓力滑油由軸體與軸承間隙向前后2個(gè)方向噴濺流出, 后部油流直接沖刷機(jī)體端蓋, 因此在端蓋與轉(zhuǎn)軸間設(shè)置軸封。

該處端蓋軸封大多采用迷宮式密封方式, 是大型低速柴油機(jī)Z常用也是Z簡(jiǎn)單有效的一種密封方式。各廠家依據(jù)主機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和輸出軸軸徑大小, 選擇設(shè)計(jì)1～3道刮油環(huán), 較高轉(zhuǎn)速的主機(jī)除選擇多道刮油環(huán)外, 還會(huì)在末端密封迷宮油槽內(nèi)增加羊毛氈, 進(jìn)一步增強(qiáng)密封效果。

盡管這種迷宮式密封的設(shè)計(jì)理念值得肯定, 但由于設(shè)計(jì)和制造安裝方面的瑕疵, 以及設(shè)備部件的磨損等原因, 絕大多數(shù)船舶的主機(jī)飛輪端軸封都存在不同程度的滑油滲漏現(xiàn)象。筆者接管某新船出廠時(shí)該處軸封就存在嚴(yán)重的泄漏狀況, 廠家工程師到船修理未果, 后經(jīng)船員自行修理得以成功解決泄漏故障。

1　軸封結(jié)構(gòu)和泄漏故障原因及檢修

1.1 故障概況

某62 487總噸的巴拿馬極限型散貨船的主機(jī)為MITSUI-MAN B&W 6S50 ME-B9.5型電噴主機(jī), Z大持續(xù)功率7 220 k W, 額定轉(zhuǎn)速94.0 r/min, 持續(xù)服務(wù)功率5 980 kW, 經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速88.3 r/min。應(yīng)租約要求, 航行期間主機(jī)轉(zhuǎn)速保持在75～81 r/min。

某航次離開日本富山港后, 主機(jī)軸封開始出現(xiàn)輕微的滴漏現(xiàn)象, 隨著大風(fēng)浪加劇和環(huán)境溫度的降低, 泄漏現(xiàn)象逐漸增加。在到達(dá)俄羅斯東方港加油駛出后, 航經(jīng)高緯度水域, 泄漏量進(jìn)一步增加 (2.5～3.0 L/d) 。主機(jī)軸封泄漏故障報(bào)請(qǐng)公司轉(zhuǎn)呈廠家分析, 廠家工程師表示某艘姊妹船也出現(xiàn)過相同故障, 系主機(jī)曲軸箱透氣管在某平鋪安裝處有下傾斜角度, 該處管路聚集較多的油霧冷凝滑油, 堵塞透氣通道, 造成曲軸箱內(nèi)壓力過高, 油氣從軸封處竄出, 帶出滑油造成泄漏。

船方根據(jù)廠家要求, 在航行中拆卸主機(jī)鏈輪箱首段透氣管, 持續(xù)觀察1 d, 軸封泄漏現(xiàn)象未有任何改變。3 d后裝復(fù)透氣管, 并嘗試將主機(jī)逐步加車至93 r/min, 發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速超過87 r/min時(shí)泄漏量減少, 當(dāng)轉(zhuǎn)速超過92 r/min時(shí)泄漏現(xiàn)象消失。

當(dāng)船舶靠泊日本橫濱港卸貨時(shí), 主機(jī)廠家工程師到船檢修。拆卸主機(jī)軸封端蓋后檢查, 研判為某部位缺少液態(tài)密封膠, 清潔后重新涂抹密封膠并裝復(fù)。猜測(cè)可能是技術(shù)保密原因, 廠家工程師未與船員認(rèn)真溝通討論, 且不允許留下任何技術(shù)圖紙的復(fù)印件 (船方的主機(jī)說明書也缺少該部件的詳細(xì)圖紙) , 其檢修報(bào)告未能詳細(xì)說明故障原因。

船舶駛離橫濱港后, 軸封泄漏現(xiàn)象再次出現(xiàn), 持續(xù)觀察泄漏量未有任何改善, 筆者將泄漏狀況報(bào)請(qǐng)主機(jī)廠家后一直未收到進(jìn)一步的檢修建議。

1.2 軸封結(jié)構(gòu)及工作原理

該型主機(jī)迷宮式軸封由甩油環(huán)、密封環(huán)和端蓋等3部分組成。刮油環(huán)固定在軸體上, 隨曲軸一起轉(zhuǎn)動(dòng), 該主機(jī)只設(shè)置1道密封環(huán), 鑲嵌在端蓋環(huán)槽內(nèi)保持靜止不動(dòng)。環(huán)槽寬18 mm, 密封環(huán)厚17 mm, 僅留有1 mm的裝配間隙;環(huán)槽深30 mm, 密封環(huán)高30mm, 嵌入環(huán)槽的深度為20 mm, 留有5 mm高度的油流腔道。密封環(huán)和甩油盤都為兩半等分圓面式結(jié)構(gòu), 也即由2個(gè)半圓環(huán)結(jié)合成1個(gè)圓盤, 由緊固螺栓鎖緊。密封環(huán)與輸出軸間周向間隙為5 mm, 與軸體間保持相對(duì)運(yùn)動(dòng), 環(huán)帶上部嵌入上端蓋, 借由1個(gè)M16細(xì)牙螺栓與上端蓋固定, 與下端蓋間沒有固定螺栓方便拆卸。密封環(huán)在2個(gè)半圓的結(jié)合面各自設(shè)計(jì)有1個(gè)中斷的環(huán)周向端面, 以便裝配鎖緊螺栓, 見圖1。這個(gè)斷面的垂直高度大于密封環(huán)嵌入環(huán)槽的深度, 即該斷面有一部分沒有被端蓋環(huán)槽遮蓋, 而是形成1個(gè)開放式的契形空間, 主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)甩油環(huán)甩出的部分滑油進(jìn)入該空間, 沿密封環(huán)外圓流入環(huán)槽間隙通道, 經(jīng)由環(huán)槽底部的3個(gè)泄油孔流回曲軸箱。

圖1 主機(jī)飛輪端軸封

甩油環(huán)固定在曲軸上, 二者接觸面由圓度面緊密密封, 環(huán)厚24 mm;一側(cè)與密封環(huán)導(dǎo)流槽間距5mm, 另一側(cè)緊鄰期刊軸承, 與機(jī)體間距10 mm。在其左右2個(gè)盤面均沿周向以45°傾斜角形成2個(gè)不同斜線長(zhǎng)度的圓錐形輪廓外形 (見圖2) , 使受離心力到達(dá)盤面邊緣時(shí)的油液突然改變方向進(jìn)入錐形斜面, 加速脫離甩油環(huán)盤面, 不至于因液流慣性而濺落甩油環(huán)后部的軸體上造成泄漏。

圖2 主機(jī)軸封結(jié)構(gòu) (下半部分) 示意

1—曲軸;2—飛輪;3—密封環(huán);4—端蓋;5—端蓋固定螺栓;6—泄放孔;7—甩油環(huán);8—機(jī)體;9—期刊軸承

考慮到甩油環(huán)的圓面周向不宜中斷, 故在半圓結(jié)合處設(shè)計(jì)成不同于密封環(huán)的斷面裝配緊固螺栓, 而是采用圓周切?鉆孔, 兩側(cè)各使用1只內(nèi)六角螺栓進(jìn)行緊配固定。

1.3 故障檢修

主機(jī)軸封滑油泄漏, 不但造成滑油的浪費(fèi)以及地板和管路的油污染, 而且需要定時(shí)更換接油盤收集泄漏的滑油, 同時(shí)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有正在運(yùn)轉(zhuǎn)的飛輪和艉軸, 對(duì)操作人員造成較大的安全隱患。

考慮到船舶仍處于保修期內(nèi), 未接到公司指示不敢貿(mào)然拆檢。在等待無果的情況下, 筆者決定按自己的思路擇機(jī)進(jìn)行檢修。利用錨泊機(jī)會(huì), 拆卸軸封端蓋進(jìn)行檢查:甩油盤與密封盤的對(duì)接緊固螺栓正常, 無移位可能, 測(cè)量各盤面間距也未見異常;吊出端蓋運(yùn)至工作間, 檢查端蓋油槽底部的3個(gè)泄油孔, 測(cè)量其孔徑均為7 mm, 油槽墻壁厚度為16 mm, 即泄放孔的流通長(zhǎng)度為16 mm。

為檢驗(yàn)泄放孔的流通能力, 將主機(jī)用滑油分別以不同的流量從油槽圓面兩端2個(gè)方向注入。在注入量稍大于200 m L/min時(shí), 均會(huì)出現(xiàn)油槽溢流現(xiàn)象, 即泄放孔流通能力太小, 泄放流量受限。假設(shè)工作間的溫度為30℃, 初步判定故障原因?yàn)樾狗趴卓讖教?(見圖3) , 導(dǎo)致軸封滑油泄漏。

圖3 改造前的端蓋油槽泄放孔

將軸封端蓋抬至車床鉆臺(tái), 先后用8、10、12 mm的鉆頭將泄放孔孔徑擴(kuò)大至12 mm (見圖4) , 并在3個(gè)泄放孔排列的圓周方向等間距各增加1個(gè)孔徑為10 mm的泄放孔 (見圖5) 。為防止加工面出現(xiàn)裂紋, 在各個(gè)新孔兩端均打磨倒角, 油槽墻壁平面修配光滑, 端蓋清潔后裝復(fù)。

圖4 端蓋油槽泄放孔鉆孔加大孔徑

圖5 改造后的端蓋油槽泄放孔

開航后, 主機(jī)在各種轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)、航經(jīng)上述相同航區(qū)時(shí), 都未出現(xiàn)軸封滑油泄漏現(xiàn)象, 主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)4個(gè)多月后軸封密封工況一直保持正常。

1.4 故障機(jī)理分析

進(jìn)入端蓋油槽的滑油主要是密封環(huán) (見圖6) 半圓結(jié)合處緊固螺栓安裝斷面與端蓋環(huán)槽形成的契形空間所接納的滑油, 這部分滑油基本來自甩油環(huán) (見圖7) 半圓結(jié)合處安裝緊固螺栓的切向鉆孔。即甩油環(huán)盤面上的切向鉆孔和密封環(huán)與端蓋間的契形空間的設(shè)計(jì)理念, 使得滑油泄漏故障成為必然。

圖6 密封環(huán)結(jié)構(gòu)

1—內(nèi)六角螺栓;2—密封環(huán)下半部分;3—緊固螺栓;4—螺母;5—密封環(huán)下半部分;6—密封環(huán)總成

圖7 甩油環(huán)結(jié)構(gòu)

1—緊固螺栓;2—甩油環(huán)上半部分;3—甩油環(huán)總成

甩油環(huán)半圓結(jié)合處的鉆孔凹陷部分面積較大, 2段錐形斜面基本完全被破壞, 2個(gè)鉆孔在正車和倒車旋轉(zhuǎn)方向上行時(shí), 都會(huì)使得較多的滑油聚集容納在鉆孔內(nèi):下行轉(zhuǎn)至楔形空間位置時(shí), 剛好以Z大量?jī)A倒出容納的滑油, 使得此處聚集的油流甩出方向不同于甩油環(huán)盤面正常錐面的甩油方向, 而是偏向軸線, 致使一部分滑油進(jìn)入密封環(huán)與環(huán)槽間的楔形空間。

當(dāng)轉(zhuǎn)速低于74 r/min時(shí), 甩油環(huán)盤面油流的離心力較小, 油流不能到達(dá)契形空間;當(dāng)轉(zhuǎn)速超過88r/min時(shí), 油流的離心力較大, 甩出方向又趨于遠(yuǎn)離軸線, 進(jìn)入楔形空間的油流減少。這2種狀況下進(jìn)入油槽的滑油量較小, 聚集的滑油都可以經(jīng)泄油孔及時(shí)流出, 不會(huì)從油槽滿溢造成泄漏。當(dāng)轉(zhuǎn)速介于74～88 r/min時(shí), 進(jìn)入楔形空間的滑油較多, 泄油孔來不及流通, 油槽與密封環(huán)之間的油流通道聚集較多的滑油, 由二者側(cè)面間隙滲出造成泄漏。

另外, 端蓋油槽泄放孔的流通能力也會(huì)受到滑油黏度的影響, 軸封端蓋緊靠飛輪, 主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)飛輪區(qū)域空氣擾動(dòng)較為強(qiáng)烈, 對(duì)端蓋板和密封環(huán)都形成一定的冷卻效果, 使得沿密封環(huán)外圓流下的滑油溫度下降較快, 到達(dá)泄放孔時(shí)可能會(huì)更加接近機(jī)艙的環(huán)境溫?, 黏度增加、流通受阻。該船首航時(shí)水域環(huán)境溫度較高, 未見泄漏;而后2個(gè)航次均在高緯度水域航行, 環(huán)境溫度較低, 軸封一直泄漏。這種情況也從側(cè)面說明, 泄放滑油的溫度較低也是造成泄漏的原因之一。

2　軸封設(shè)計(jì)和裝配的改進(jìn)措施

(1) 在密封環(huán)半圓結(jié)合處取消緊固螺栓的安裝斷面, 改用類似甩油環(huán)切向鉆孔內(nèi)六角螺栓裝配方式, 這樣既不破壞密封環(huán)外圓輪廓, 又可以消除密封環(huán)與油槽間的開放式楔形空間。

(2) 甩油環(huán)安裝后, 其2個(gè)半圓環(huán)結(jié)合處的切向鉆孔可以用液態(tài)密封膠進(jìn)行密封, 并恢復(fù)錐形外圓輪廓, 以減少進(jìn)入楔形空間的油量。

(3) 加大端蓋油槽泄放孔孔徑或增加泄放孔數(shù)量。

(4) 密封環(huán)與下端蓋間增加固定鎖緊螺栓, 使得密封環(huán)與油槽后槽 (飛輪側(cè)) 壁間緊密配合, 加強(qiáng)密封;前槽壁 (機(jī)體側(cè)) 間可以讓出較大間隙, 加快溢流。

3　結(jié)束語

主機(jī)廠家對(duì)軸封的設(shè)計(jì)理念非常好, 主機(jī)在2種模式下運(yùn)行時(shí)軸封都不會(huì)出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。但基于當(dāng)前航運(yùn)市場(chǎng)的經(jīng)營(yíng)狀況, 營(yíng)運(yùn)船舶大多以租約要求的經(jīng)濟(jì)航速運(yùn)行, 主機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速往往明顯低于廠家給定的優(yōu)選轉(zhuǎn)速, 因此或多或少會(huì)出現(xiàn)一些非額定工況?的隱性故障。

雖然大型船用主機(jī)廠家的技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化設(shè)計(jì)大多偏重于設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性能、環(huán)保觀念, 突出可控電噴、在線監(jiān)測(cè)、柔性控制、自檢診斷等, 但輪機(jī)管理人員仍需要不斷加強(qiáng)自身的專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí), 提高動(dòng)手能力和主觀能動(dòng)性, 不過分依賴設(shè)備廠家和技術(shù)圖紙的指導(dǎo), 敢于積極探索, 勤于積累經(jīng)驗(yàn), 及時(shí)正確處理設(shè)備故障, 確保船機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐繼林.某型主機(jī)軸封泄漏?障實(shí)例[J].航海技術(shù),2018(06):41-43.

作者簡(jiǎn)介：徐繼林，輪機(jī)長(zhǎng)，廈門泛海船舶管理有限公司

（來源：輪機(jī)課堂）