於波

（中國船級社秦皇島分社，河（hé）北秦皇島　066000）

0　引言

隨著國內船舶工業的蓬勃發展,在中國建造船（chuán）舶成為越（yuè）來越多船東的選擇（zé）。截止到2015年（nián）底,我國造船產量占（zhàn）世界份額達35%以上,已成為世界一流造船大國（guó）。隨著船舶建（jiàn）造數量的增（zēng）加,近幾年船舶尾軸（zhóu）承高溫問（wèn）題在各大船廠的船舶建造過程中頻繁出現（xiàn）,這類事故的發生（shēng）一方麵影響交船進度（dù）,增加造船成本;另一方（fāng）麵會引發船東對中國造船質量問題的擔憂進而影響後續接單。本文（wén）在詳細介（jiè）紹某VLCC尾軸（zhóu）承高溫問題處理過程的基礎上（shàng）,剖析了影響軸係安裝質量的關鍵要點,形（xíng）成了整套修理（lǐ）方案並Z終解（jiě）決了問題,希望對從事軸係安裝及修理的相關人員有所幫助。

1　某VLCC軸係布（bù）置及（jí）其出（chū）現的問題

1.1某VLCC軸係布置

該輪主機選用瓦（wǎ）錫蘭二衝程低速柴油機,是通過一（yī）根中間軸和一根螺旋槳軸直接驅動螺旋槳體,具體內容詳見某（mǒu）VLCC軸係布置圖,如（rú）圖1所（suǒ）示。

尾軸管內設有前後尾軸承,為滿足螺旋（xuán）槳軸與尾管後軸承的（de）相對傾角,該輪尾後軸承采用雙斜度設計。其設計值分別為:0.25mm/m和0.45mm/m,並由尾軸承（chéng）生產廠家製造並確（què）保其滿足設計要（yào）求。

1.2尾軸承高溫事故描述

基於上述軸承設計（jì）,該輪經過四（sì）天海上試航,在主機負荷試驗過程中,尾軸承溫度正常,保持在36℃左右。在達到（dào）該輪設計吃（chī）水時,進（jìn）行主航速測定試驗,在操右舵25°後,尾（wěi）軸承溫度升至93℃,停車檢查發現尾管滑油濾器已被金屬堵塞，推測尾（wěi）部軸承高溫已引起部分白合金脫落,故停止試驗,返回船廠進（jìn）塢修理。

尾部尾軸承高溫問題導致了尾管後（hòu）軸承損壞。該輪（lún）係VLCC係列船的Z後一條（tiáo）在建船舶,其（qí）餘3條姐妹船已交付（fù）並（bìng）投入（rù）營運。該（gāi）4條係（xì）列船共用一套設計圖紙、軸係計（jì）算書及安裝工藝,基於（yú）其姐（jiě）妹船的軸係校中結果,設計（jì）上並不存在問題。根據（jù）船舶發生尾軸（zhóu）承高溫（wēn）時所處的工況,可以看出船舶直行（háng）時軸承沒有異常現象發生,但當船舶在做回轉試驗時,尾管後軸承溫度（dù）瞬間急劇上升,Z終（zhōng）導致軸承損壞。

這一現象說明螺旋槳在船艉不均勻伴流場運轉時產生的水動力與船舶的操縱（zòng）工況有關,對（duì）於出現（xiàn）問題的船舶,船艉不均勻伴流場產生的水動力對軸（zhóu）係校中的影響較大,Z終導致在達到設計吃水時,進行右向大舵角操作而引起尾管後軸承過熱,並Z終引發尾管後軸（zhóu）承白合金燒蝕。

2　後續修理措施的製定

基於尾管內後軸承（chéng）的高溫及其導致的軸承損壞情況,本研究擬（nǐ）通過激光測量對現有的尾（wěi）軸管內部狀況進行確認,對損壞時的冷態軸承負荷分配進行測量（liàng）,作為後續製（zhì）定修理措施（shī）的參考,提出優化方案,並重新校中（zhōng）計算。對螺旋槳軸與軸承（chéng）接觸位置進行表麵清潔。清潔後（hòu）進行探傷確認其狀態（tài）。

(1)分兩次進行激光測（cè）量。

①次激光測量是在不拆除尾管後軸承的情況下進行,即先對已損壞的尾管後軸承進行簡單打磨處理,再在尾軸管內進行激光（guāng）測（cè）量並完（wán）成對尾軸管內狀態的確認。安裝已損壞軸承情況下的尾後軸承的斜度測量結果如圖2所示。

從激光測量結果可知,磨損後的尾管後軸承的（de）雙斜度（dù）測量結果為:0.23mm/m和0.42mm/m,接近於原（yuán）始設計的理論雙斜度值:0.25mm/m和0.45mm/m。

②第二次激光（guāng）測量是在拆除損壞的尾後軸承後進行,其目的是為了檢查尾（wěi）軸管內部的狀（zhuàng）態,確認其是否符合設計要求,測量結果如圖（tú）3所示。

由測量結果（guǒ）可知,在尾軸管後軸承安裝位置處的內孔局部有輕微變形,尤其是（shì）靠近後軸承前端部分，後期需通過加工尾後軸承尺寸,調整尾（wěi）軸管內部變形量來解（jiě）決。

(2)由船級社審批的軸係校中計算書及軸係設計數據可知,該（gāi）輪試航（háng）前初始螺旋槳軸（zhóu）與尾管後軸承的相對傾角為2×10^-4rad。小於審批船級社規範規定的3×10^-4rad。當尾管中（zhōng）螺旋槳（jiǎng）軸與軸承之間的相對傾角超過3.0×10^-4rad時,應進行斜鏜孔2。中國船級社認為轉角超過3.5×10^-4rad時,應進行斜鏜孔3。各國船級社對尾軸承轉角的標準都製定了參考標（biāo）準其依據是尾（wěi）軸的彈性變形曲線4。核查初始的軸係安（ān）裝數據,其尾管後軸承的間隙數值為1.4mm,符合（hé）設計（jì）要求在軸係正常運轉的過程中,螺旋槳軸與尾管後軸承的相對傾角的大小影響著尾管後軸承與螺旋槳（jiǎng）軸之間的潤滑油膜的?立,當二者之間的相對（duì）傾角超過了規範規定的數值,二者之（zhī）間潤滑油膜不能有效建立（lì）。當螺旋槳（jiǎng）軸與尾管後軸承之間的潤滑油膜不能有效建立時,在二者的（de）接觸麵上就會發生異常磨損,導致尾管後軸承白合金（jīn）損壞,尾（wěi）管後軸承高溫。為了供後續製定修船方案參（cān）考,在尾管後軸承損壞（huài）的（de）情況下,測量和（hé）計算出各個軸承的冷態負荷分配如圖4所示（shì）。

從上述軸係負荷分配來看,損（sǔn）壞時尾後軸承（chéng）後端的負荷較大（dà）。即在（zài）潤滑狀況不理想的情況下,尾軸承表麵發生過熱,Z終導致尾軸（zhóu）白合金發生損壞。在初始（shǐ）設計中（zhōng）,軸承在（zài）各種工況下的負荷均在允許範圍之內,為使螺旋槳（jiǎng）軸與尾管後軸承更好地建立油膜,決定修（xiū）理時通過進一步加大尾軸承後部的第二斜度,尾管軸軸承斜度優化為0.25mm/m和0.70mm/m,有效減小螺旋槳軸（zhóu）與尾管後軸承的（de）相對傾角,確保其在各種工況下油膜（mó）均能有效建立。優化（huà）後的尾後軸承前後斜度對比如圖5所示。

基於激（jī）光測量（liàng）結果及擬采用的優化方法,重新對該軸係進行校中計算,並經過船級社的認可,Z終確定在（zài）冷態靜止（zhǐ）狀態,該輪各個軸承的負荷分配情況。采用負荷頂舉試驗測量冷態（tài）的軸係實際負（fù）荷,頂舉位置與原計算書保持一致。其餘（yú）工況對應的軸承負荷分配示意圖這裏不一一列（liè）舉,各個工況（kuàng）的校（xiào）中計算均（jun1）經過船級社的審批,符合（hé）船級社的規範要求。對螺旋槳軸與尾軸承接觸部位進（jìn）行了打磨處理,後經過探傷發（fā）現無缺陷,螺旋槳軸可繼（jì）續使用。

3　船上軸（zhóu）係安裝及軸係負荷測量

根據重新審批的軸係校中計算書編製軸係校中工藝,送驗船（chuán）師審批,按照審批的（de）軸係安裝工藝完成軸係（xì）安裝及校中。軸係的船上安裝過程簡介如下:

(1)船上尾後軸承的壓裝及（jí）安裝後激光尺寸測量。

基於激光測量尾軸管內的狀況（kuàng）(見圖2、圖3),以及優化後的尾軸承雙斜度對比示意圖(見圖5),對尾後軸（zhóu）承按照原設計重新訂（dìng）貨（huò）,並進行機械加工。在尾軸承內部增（zēng）大（dà）其第二斜（xié）度,對軸承外圓進行偏心加工,加工（gōng）示意圖如圖6、圖7所示。加工後進行測量,並確認軸（zhóu）承符合修理方案要（yào）求。在按照尾軸承壓裝工藝對該尾軸承進行實船安裝後,用激光測量法對尾管內的軸承雙斜度（dù）進行壓裝後的再次確認,其測（cè）量結果符合（hé）設計要求。

針對大型（xíng）船舶的軸承安裝（zhuāng）,在尾軸承壓裝後（hòu）對帶（dài）有斜度的尾管軸承進行複測,確保其符合設計要求,這非常必要。因為其斜（xié）度數值直（zhí）接影響尾軸承與尾軸之間的潤滑效果（guǒ）,而複測所（suǒ）需成本相較於出現高溫導致（zhì）損壞（huài）後的處理成（chéng）本少得多,故建議有條件的船（chuán）廠增加該質量控製過程。目前,某些船級社已經將複測（cè）過程納入規範要求,從（cóng）而有效降低尾軸（zhóu）承出現高溫（wēn）的風險。

(2)軸係（xì）安裝。

尾軸承安裝到位後,由於該輪（lún）主機位置未動,根據校中計算書的內容,將軸係進行連接安裝,固定中間（jiān）軸承位置,用（yòng）頂舉法對各軸承的負荷進行Z終測量,確保（bǎo）各軸（zhóu）承的負荷數（shù）值工藝與校中計算書的要求一致。船（chuán）上軸承安裝過（guò）程,均需符合（hé）由船級社批準的軸承校中及負荷（hé）測量（liàng）工藝要（yào）求。

(3)按上述方案對軸係進行（háng）優化後,重新進行航海試驗。

並根據航海試（shì）驗（yàn）大綱內容,完成了所有（yǒu）關於主機的試驗項目,全（quán）程均未發生尾軸承高溫報警（jǐng）,其熱態（tài）負荷測量也（yě）在（zài）允許的計算範圍（wéi）內。目前（qián）,該輪交付已有（yǒu）一年多,從未出現尾軸承高溫事故,充分說明本次（cì）修理工作合理、有（yǒu）效。

4　結論

軸係是整（zhěng）個船舶推進（jìn）係統中的核心部分,現代大型（xíng）船舶對軸係布（bù）置引入了合理校中的概念（niàn）,將整個軸係的負荷合理分（fèn）配（pèi）到主機、中間軸承、尾管前軸承和尾管後軸承上,該理論在實船上的應用效果比較理想。

針對大型新造船項目,對（duì）於使用尾軸管焊接一鏜孔一尾軸承壓裝的船舶,建議在以下（xià）三個方麵（miàn）予（yǔ）以重點（diǎn）關注,確保軸係安裝建造質量。

(1)軸係（xì）施工開始前,應根據審批的軸係校（xiào）中計算書和施工工藝核查船廠提交的現場施工文件,杜絕施（shī）工文件（jiàn）與（yǔ）批準文件要（yào）求（qiú）不一致的情況,並在施工過程嚴格執行批準的工藝（yì）文件。

(2)對於船舶（bó）建造而（ér）言（yán）,考慮到因螺旋槳（jiǎng）重量而引起的尾軸折角,在軸（zhóu）係安裝及校（xiào）中環節（jiē）,需核查圖紙（zhǐ）和計算書是否有斜鏜孔要求,確（què）保軸承間隙檢驗與（yǔ）圖紙/計算書中要求一致。針對軸承傾斜設計,需在尾軸承製作時由製造（zào）廠家（jiā）按圖紙要求加工（gōng）成對應的斜率,待（dài）設備運至車間後進行複測,並同時核查其出廠記錄。

(3)對於使用尾軸管焊（hàn）接一鏜孔（kǒng）一尾軸承壓裝的工藝,需重點關注尾管（guǎn）內孔質量、尾管與尾軸承配合過盈量,以及船廠是否有適當的工藝能力、配套工裝和（hé）設備。在（zài）裝配過程中（zhōng）,對於（yú）各個節點的（de）現場檢驗與裝配過程進（jìn）行有（yǒu）效監控。針對尾軸管內雙斜度設計需在進行尾軸承壓裝後,在（zài）船上采用激光或紅外線照光等方法驗（yàn）證其斜度是否（fǒu）與設計要（yào）求一致。多數船（chuán）廠尚未進行該複測工作,建議船廠進行該（gāi）測量工作,降低質量風險。總之,影響軸係狀態的因素很多,但隻要嚴格執行工藝要（yào）求,嚴格進行過程的質量控製,軸係的（de）建造（zào）質量還是有保障的。

來源：《造船技術》2016年03期