于波

（中國船級社秦皇島分社，河北秦皇島　066000）

0　引言

隨著國內(nèi)船舶工業(yè)的蓬勃發(fā)展,在中國建造船舶成為越來越多船東的選擇。截止到2015年底,我國造船產(chǎn)量占世界份額達(dá)35%以上,已成為世界一流造船大國。隨著船舶建造數(shù)量的增加,近幾年船舶尾軸承高溫問題在各大船廠的船舶建造過程中頻繁出現(xiàn),這類事故的發(fā)生一方面影響交船進(jìn)度,增加造船成本;另一方面會引發(fā)船東對中國造船質(zhì)量問題的擔(dān)憂進(jìn)而影響后續(xù)接單。本文在詳細(xì)介紹某VLCC尾軸承高溫問題處理過程的基礎(chǔ)上,剖析了影響軸系安裝質(zhì)量的關(guān)鍵要點(diǎn),形成了整套修理方案并Z終解決了問題,希望對從事軸系安裝及修理的相關(guān)人員有所幫助。

1　某VLCC軸系布置及其出現(xiàn)的問題

1.1某VLCC軸系布置

該輪主機(jī)選用瓦錫蘭二沖程低速柴油機(jī),是通過一根中間軸和一根螺旋槳軸直接驅(qū)動螺旋槳體,具體內(nèi)容詳見某VLCC軸系布置圖,如圖1所示。

尾軸管內(nèi)設(shè)有前后尾軸承,為滿足螺旋槳軸與尾管后軸承的相對傾角,該輪尾后軸承采用雙斜度設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)值分別為:0.25mm/m和0.45mm/m,并由尾軸承生產(chǎn)廠家制造并確保其滿足設(shè)計(jì)要求。

1.2尾軸承高溫事故描述

基于上述軸承設(shè)計(jì),該輪經(jīng)過四天海上試航,在主機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)過程中,尾軸承溫度正常,保持在36℃左右。在達(dá)到該輪設(shè)計(jì)吃水時(shí),進(jìn)行主航速測定試驗(yàn),在操右舵25°后,尾軸承溫度升至93℃,停車檢查發(fā)現(xiàn)尾管滑油濾器已被金屬堵塞，推測尾部軸承高溫已引起部分白合金脫落,故停止試驗(yàn),返回船廠進(jìn)塢修理。

尾部尾軸承高溫問題導(dǎo)致了尾管后軸承損壞。該輪系VLCC系列船的Z后一條在建船舶,其余3條姐妹船已交付并投入營運(yùn)。該4條系列船共用一套設(shè)計(jì)圖紙、軸系計(jì)算書及安裝工藝,基于其姐妹船的軸系校中結(jié)果,設(shè)計(jì)上并不存在問題。根據(jù)船舶發(fā)生尾軸承高溫時(shí)所處的工況,可以看出船舶直行時(shí)軸承沒有異常現(xiàn)象發(fā)生,但當(dāng)船舶在做回轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí),尾管后軸承溫度瞬間急劇上升,Z終導(dǎo)致軸承損壞。

這一現(xiàn)象說明螺旋槳在船艉不均勻伴流場運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的水動力與船舶的操縱工況有關(guān),對于出現(xiàn)問題的船舶,船艉不均勻伴流場產(chǎn)生的水動力對軸系校中的影響較大,Z終導(dǎo)致在達(dá)到設(shè)計(jì)吃水時(shí),進(jìn)行右向大舵角操作而引起尾管后軸承過熱,并Z終引發(fā)尾管后軸承白合金燒蝕。

2　后續(xù)修理措施的制定

基于尾管內(nèi)后軸承的高溫及其導(dǎo)致的軸承損壞情況,本研究擬通過激光測量對現(xiàn)有的尾軸管內(nèi)部狀況進(jìn)行確認(rèn),對損壞時(shí)的冷態(tài)軸承負(fù)荷分配進(jìn)行測量,作為后續(xù)制定修理措施的參考,提出優(yōu)化方案,并重新校中計(jì)算。對螺旋槳軸與軸承接觸位置進(jìn)行表面清潔。清潔后進(jìn)行探傷確認(rèn)其狀態(tài)。

(1)分兩次進(jìn)行激光測量。

①次激光測量是在不拆除尾管后軸承的情況下進(jìn)行,即先對已損壞的尾管后軸承進(jìn)行簡單打磨處理,再在尾軸管內(nèi)進(jìn)行激光測量并完成對尾軸管內(nèi)狀態(tài)的確認(rèn)。安裝已損壞軸承情況下的尾后軸承的斜度測量結(jié)果如圖2所示。

從激光測量結(jié)果可知,磨損后的尾管后軸承的雙斜度測量結(jié)果為:0.23mm/m和0.42mm/m,接近于原始設(shè)計(jì)的理論雙斜度值:0.25mm/m和0.45mm/m。

②第二次激光測量是在拆除損壞的尾后軸承后進(jìn)行,其目的是為了檢查尾軸管內(nèi)部的狀態(tài),確認(rèn)其是否符合設(shè)計(jì)要求,測量結(jié)果如圖3所示。

由測量結(jié)果可知,在尾軸管后軸承安裝位置處的內(nèi)孔局部有輕微變形,尤其是靠近后軸承前端部分，后期需通過加工尾后軸承尺寸,調(diào)整尾軸管內(nèi)部變形量來解決。

(2)由船級社審批的軸系校中計(jì)算書及軸系設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可知,該輪試航前初始螺旋槳軸與尾管后軸承的相對傾角為2×10^-4rad。小于審批船級社規(guī)范規(guī)定的3×10^-4rad。當(dāng)尾管中螺旋槳軸與軸承之間的相對傾角超過3.0×10^-4rad時(shí),應(yīng)進(jìn)行斜鏜孔2。中國船級社認(rèn)為轉(zhuǎn)角超過3.5×10^-4rad時(shí),應(yīng)進(jìn)行斜鏜孔3。各國船級社對尾軸承轉(zhuǎn)角的標(biāo)準(zhǔn)都制定了參考標(biāo)準(zhǔn)其依據(jù)是尾軸的彈性變形曲線4。核查初始的軸系安裝數(shù)據(jù),其尾管后軸承的間隙數(shù)值為1.4mm,符合設(shè)計(jì)要求在軸系正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中,螺旋槳軸與尾管后軸承的相對傾角的大小影響著尾管后軸承與螺旋槳軸之間的潤滑油膜的?立,當(dāng)二者之間的相對傾角超過了規(guī)范規(guī)定的數(shù)值,二者之間潤滑油膜不能有效建立。當(dāng)螺旋槳軸與尾管后軸承之間的潤滑油膜不能有效建立時(shí),在二者的接觸面上就會發(fā)生異常磨損,導(dǎo)致尾管后軸承白合金損壞,尾管后軸承高溫。為了供后續(xù)制定修船方案參考,在尾管后軸承損壞的情況下,測量和計(jì)算出各個(gè)軸承的冷態(tài)負(fù)荷分配如圖4所示。

從上述軸系負(fù)荷分配來看,損壞時(shí)尾后軸承后端的負(fù)荷較大。即在潤滑狀況不理想的情況下,尾軸承表面發(fā)生過熱,Z終導(dǎo)致尾軸白合金發(fā)生損壞。在初始設(shè)計(jì)中,軸承在各種工況下的負(fù)荷均在允許范圍之內(nèi),為使螺旋槳軸與尾管后軸承更好地建立油膜,決定修理時(shí)通過進(jìn)一步加大尾軸承后部的第二斜度,尾管軸軸承斜度優(yōu)化為0.25mm/m和0.70mm/m,有效減小螺旋槳軸與尾管后軸承的相對傾角,確保其在各種工況下油膜均能有效建立。優(yōu)化后的尾后軸承前后斜度對比如圖5所示。

基于激光測量結(jié)果及擬采用的優(yōu)化方法,重新對該軸系進(jìn)行校中計(jì)算,并經(jīng)過船級社的認(rèn)可,Z終確定在冷態(tài)靜止?fàn)顟B(tài),該輪各個(gè)軸承的負(fù)荷分配情況。采用負(fù)荷頂舉試驗(yàn)測量冷態(tài)的軸系實(shí)際負(fù)荷,頂舉位置與原計(jì)算書保持一致。其余工況對應(yīng)的軸承負(fù)荷分配示意圖這里不一一列舉,各個(gè)工況的校中計(jì)算均經(jīng)過船級社的審批,符合船級社的規(guī)范要求。對螺旋槳軸與尾軸承接觸部位進(jìn)行了打磨處理,后經(jīng)過探傷發(fā)現(xiàn)無缺陷,螺旋槳軸可繼續(xù)使用。

3　船上軸系安裝及軸系負(fù)荷測量

根據(jù)重新審批的軸系校中計(jì)算書編制軸系校中工藝,送驗(yàn)船師審批,按照審批的軸系安裝工藝完成軸系安裝及校中。軸系的船上安裝過程簡介如下:

(1)船上尾后軸承的壓裝及安裝后激光尺寸測量。

基于激光測量尾軸管內(nèi)的狀況(見圖2、圖3),以及優(yōu)化后的尾軸承雙斜度對比示意圖(見圖5),對尾后軸承按照原設(shè)計(jì)重新訂貨,并進(jìn)行機(jī)械加工。在尾軸承內(nèi)部增大其第二斜度,對軸承外圓進(jìn)行偏心加工,加工示意圖如圖6、圖7所示。加工后進(jìn)行測量,并確認(rèn)軸承符合修理方案要求。在按照尾軸承壓裝工藝對該尾軸承進(jìn)行實(shí)船安裝后,用激光測量法對尾管內(nèi)的軸承雙斜度進(jìn)行壓裝后的再次確認(rèn),其測量結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

針對大型船舶的軸承安裝,在尾軸承壓裝后對帶有斜度的尾管軸承進(jìn)行復(fù)測,確保其符合設(shè)計(jì)要求,這非常必要。因?yàn)槠湫倍葦?shù)值直接影響尾軸承與尾軸之間的潤滑效果,而復(fù)測所需成本相較于出現(xiàn)高溫導(dǎo)致?lián)p壞后的處理成本少得多,故建議有條件的船廠增加該質(zhì)量控制過程。目前,某些船級社已經(jīng)將復(fù)測過程納入規(guī)范要求,從而有效降低尾軸承出現(xiàn)高溫的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)軸系安裝。

尾軸承安裝到位后,由于該輪主機(jī)位置未動,根據(jù)校中計(jì)算書的內(nèi)容,將軸系進(jìn)行連接安裝,固定中間軸承位置,用頂舉法對各軸承的負(fù)荷進(jìn)行Z終測量,確保各軸承的負(fù)荷數(shù)值工藝與校中計(jì)算書的要求一致。船上軸承安裝過程,均需符合由船級社批準(zhǔn)的軸承校中及負(fù)荷測量工藝要求。

(3)按上述方案對軸系進(jìn)行優(yōu)化后,重新進(jìn)行航海試驗(yàn)。

并根據(jù)航海試驗(yàn)大綱內(nèi)容,完成了所有關(guān)于主機(jī)的試驗(yàn)項(xiàng)目,全程均未發(fā)生尾軸承高溫報(bào)警,其熱態(tài)負(fù)荷測量也在允許的計(jì)算范圍內(nèi)。目前,該輪交付已有一年多,從未出現(xiàn)尾軸承高溫事故,充分說明本次修理工作合理、有效。

4　結(jié)論

軸系是整個(gè)船舶推進(jìn)系統(tǒng)中的核心部分,現(xiàn)代大型船舶對軸系布置引入了合理校中的概念,將整個(gè)軸系的負(fù)荷合理分配到主機(jī)、中間軸承、尾管前軸承和尾管后軸承上,該理論在實(shí)船上的應(yīng)用效果比較理想。

針對大型新造船項(xiàng)目,對于使用尾軸管焊接一鏜孔一尾軸承壓裝的船舶,建議在以下三個(gè)方面予以重點(diǎn)關(guān)注,確保軸系安裝建造質(zhì)量。

(1)軸系施工開始前,應(yīng)根據(jù)審批的軸系校中計(jì)算書和施工工藝核查船廠提交的現(xiàn)場施工文件,杜絕施工文件與批準(zhǔn)文件要求不一致的情況,并在施工過程嚴(yán)格執(zhí)行批準(zhǔn)的工藝文件。

(2)對于船舶建造而言,考慮到因螺旋槳重量而引起的尾軸折角,在軸系安裝及校中環(huán)節(jié),需核查圖紙和計(jì)算書是否有斜鏜孔要求,確保軸承間隙檢驗(yàn)與圖紙/計(jì)算書中要求一致。針對軸承傾斜設(shè)計(jì),需在尾軸承制作時(shí)由制造廠家按圖紙要求加工成對應(yīng)的斜率,待設(shè)備運(yùn)至車間后進(jìn)行復(fù)測,并同時(shí)核查其出廠記錄。

(3)對于使用尾軸管焊接一鏜孔一尾軸承壓裝的工藝,需重點(diǎn)關(guān)注尾管內(nèi)孔質(zhì)量、尾管與尾軸承配合過盈量,以及船廠是否有適當(dāng)?shù)墓に嚹芰?、配套工裝和設(shè)備。在裝配過程中,對于各個(gè)節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場檢驗(yàn)與裝配過程進(jìn)行有效監(jiān)控。針對尾軸管內(nèi)雙斜度設(shè)計(jì)需在進(jìn)行尾軸承壓裝后,在船上采用激光或紅外線照光等方法驗(yàn)證其斜度是否與設(shè)計(jì)要求一致。多數(shù)船廠尚未進(jìn)行該復(fù)測工作,建議船廠進(jìn)行該測量工作,降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)?？傊?影響軸系狀態(tài)的因素很多,但只要嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求,嚴(yán)格進(jìn)行過程的質(zhì)量控制,軸系的建造質(zhì)量還是有保障的。

來源：《造船技術(shù)》2016年03期