嚴波

（中遠海（hǎi）運船員管理有限公司廣州分公（gōng）司高級輪機長）

一、事情經過

某輪為23萬噸礦砂船，壓載泵電動機/馬達的（de）廠家（jiā）為ABB MOTORS，額定功率為450KW，額定電流為735A，高度1680mm，外（wài）徑（jìng）880mm，輸出端軸承型號6324/C3，非輸出端軸承型號6319/C3，重量400KG。

筆者上船接班伊始，發現NO.2壓載泵軸封漏水（shuǐ）較大。第二天組織人員拆檢，發現軸封定環裂開幾（jǐ）段，裂開的原始位置是定環的定位（wèi）半圓（yuán）孔，據此初步認為是定環外徑過（guò）小、安裝在壓蓋上過鬆、泵軸旋轉過程中（zhōng）定環隨動環旋轉撞擊定位（wèi）銷引起的。作為（wéi）國（guó）產（chǎn）仿製軸封，定環與壓蓋上的定環座之間是通過O-ring密（mì）封的；因該O-ring線徑過小，改用其它粗線徑的O-ring，就將其（qí）剪開（kāi），自行粘了一條（tiáo）O-ring裝複。後續開往澳洲途中換了一次壓載水，無漏水情況，於是以（yǐ）為問題得到了解決。但在澳（ào）洲靠泊後，排水接近尾聲（shēng）時，軸封出現了漏水，說明（míng）問（wèn）題（tí）依舊存在。上一任輪機長交班時曾（céng）解釋過原因，認為是水泵軸變形導致整台泵振動過大而（ér）損壞（huài）軸（zhóu）封的（de）。從澳洲回國靠泊後，有鑒於泵的（de）軸封易於損壞之情況，就安（ān）排外協單（dān）位修理（lǐ）。原計（jì）劃將泵軸連（lián）帶葉輪吊岸，檢查泵軸是否變形，並對泵軸及葉輪進行（háng）動（dòng）平（píng）衡試（shì）驗。後來考慮馬達軸承自出廠到現在已10年未更換，便安排都送岸維修。靠泊期間，航修人員（yuán）校正過中線，對做了動平衡的（de）葉輪、泵軸及換新（xīn）的馬達兩端軸承進行回（huí）裝。令人始（shǐ）料不及的是，在開往澳洲途中用該壓（yā）載泵（bèng）換水，第一天使用了12小時，第二天下午（wǔ）約（yuē）1530L時聞到一（yī）股（gǔ）燒焦的味道，發（fā）現NO.2壓載泵正在冒（mào）煙。停下檢查，發現聯軸節（jiē）處馬達側已變藍，馬達下端（輸出端）蓋燒焦、油漆皮發黃/翹（qiào）起/脫開，用工具試圖盤車未能成功，說明馬達軸承（chéng）已被咬住。因水（shuǐ）泵處無軸承（chéng），故可認定是馬達軸承損（sǔn）壞。測量馬達三相電（diàn）阻及絕緣，所幸未接地（dì）及短（斷）路。

二、原因分析

1.受力（lì）分析

該壓載泵是豎/立式泵，電動（dòng）機轉子旋轉運動所產生的周向力/切向力（lì）由（yóu）軸承的滾珠和圓槽承受；轉子自重（chóng）及葉輪的重量主要由軸承（chéng）內圈承（chéng）受，因葉輪是雙向吸入式，所以工作過程中產生的軸向力幾乎可以（yǐ）抵消。內圈的力由軸承下端/密封蓋承擔，外圈垂直向（xiàng）下（xià）的力也是由（yóu）軸承下端/密封蓋承擔，而軸承的（de）下端/密封蓋則通過（guò）四個螺（luó）絲與馬達下端蓋連接。也就是說，下端蓋同時承（chéng）受葉輪、轉子的（de）重量及旋轉產生的（de）力。

2.損壞分析

通常情況下，馬達的（de）軸承安裝在前/下、後（hòu）/上端（duān）蓋時，軸承的前（qián）、後端都有軸承密封端蓋，以便（biàn）於裝配、檢查軸承。臥/平式泵馬達的軸承蓋起定位及承受軸向力的作用，不承受馬達轉子及葉輪（lún）重量，受力較輕；豎/立（lì）式馬達軸承端/密封蓋承受較大的力（前麵已作了分析）。

如圖（tú）1所示，軸承的（de）下端/密封蓋由內圈與外圈兩部分組成（二者可以相對運動）。端蓋內圈與軸承內圈對應，軸承（chéng）轉動時，端蓋內圈也一起轉動。也就是（shì）說，端蓋的內圈（quān）與馬達轉子軸同步旋（xuán）轉。端蓋的外圈與軸承外圈對應且是靜止的，故可形成（chéng）動態的迷宮密封，以（yǐ）對潤滑油進行密封，多餘的潤滑油（yóu）則由管（guǎn）子排出。損壞的原因主要是潤滑（huá）油的質量及/或牌號有問題，所以在使用初（chū）期就有（yǒu）潤滑油從迷（mí）宮密封處漏出，這或者是潤滑油脂過稀，或者是潤滑油不耐高溫。當軸承內的潤滑油脂失去潤滑功能後，軸承的滾珠開始幹磨，隨著發熱量的增大，滾珠發熱變大，滾珠在圓槽的自由轉動受阻，與圓（yuán）槽的摩擦阻力增大，於是軸承外圈的狀態開（kāi）始發生變化。正常情況（kuàng）下，軸承外（wài）圈與軸承座是過盈配合的，由於軸承外（wài）圈受到滾珠（zhū）拖動，由靜止狀態開始轉動，即所謂的“走外圈”。軸承外圈與軸承座（zuò）摩擦，隨著摩擦增強、溫度增加，磨（mó）損進（jìn）一步加劇——經測量，軸承的外徑與軸承座（zuò）/孔的間（jiān）隙達0.4mm。正（zhèng）常情（qíng）況下，軸承下端/密封蓋內圈隨著軸（zhóu）承內圈的轉動而同步旋轉。當軸承下端/密封蓋內圈缺乏潤滑而與外圈幹磨時（shí），隨著摩擦阻力的增加，軸承下端/密封蓋內圈與（yǔ）外圈不再是相對運（yùn）動，而是逐漸變成不（bú）動，相當於一體。但是馬達轉子軸的（de）力足以克製摩擦力而旋轉，於是軸（zhóu）承與軸（zhóu）的配合麵（端麵及圓柱麵）就由靜止狀態變（biàn）成相對運動狀（zhuàng）態——剛開始，軸承的溫度高於（yú）軸的溫度，馬達軸脫離軸承內圈的（de）束縛自由轉動，隨著（zhe）軸溫度的升高，間隙變小，再（zài）後來在高溫下軸承內圈與軸配合的圓（yuán）柱麵及（jí）端麵發生熔裂、咬（yǎo）著，臨末（mò）演變成軸承材料部分熔在軸上，軸表麵上的部分材料同（tóng）樣也被撕裂在軸承內圈。軸承廠家——SKF的資料顯（xiǎn）示，軸承是2011年的隨機（jī）備件（jiàn），所以質量（liàng）肯定是有問題的。這表現在：（1）軸承座/孔的尺（chǐ）寸保持完好，幾乎毫發無損（sǔn）（所幸軸承座/孔完好，不然將更難修複（fù））；（2）部分（fèn）材料粘結在軸上，說明軸承的材質比軸差，正常情況下，軸承的材（cái）質如強度、硬度等應該（gāi） 比軸（zhóu）好。

圖1 軸承下端蓋

三、修複措施

將馬達吊出，聯軸節經（jīng）加溫後拆出，軸承下（xià）端/密封蓋拆開，試圖（tú）把損壞的軸承拉出。因為過緊，采用加溫+拉碼的方式也未能將其拉出。據此（cǐ）估計軸承內圈、軸粘結在一起。無奈之下，隻能（néng）采取（qǔ）破開軸承的（de）辦法。因（yīn）為（wéi）軸承大，使用手（shǒu）提式切割機費時、費工具，於是決定使用（yòng）氣割（務必防止灰（huī）塵、火星等（děng）雜物飛濺到電動機內部而引起電動機絕緣電（diàn）阻的變化，可以用一塊鍍鋅鐵皮擋（dǎng）在（zài）轉子、定子前麵）：外圈離軸較遠，隻好在軸上鋪墊保護物，再使用（yòng）氣割（gē）把外圈割掉，取走滾珠及（jí）擋圈；內圈靠軸太（tài）近，不易控（kòng）製，為了安全起見，使用手提打（dǎ）磨/切割機小心切削（特（tè）別是軸（zhóu）的位置要更加小心）。

如圖2所示，軸（zhóu）承內圈全部清理（lǐ）後，轉子軸上軸承位置的殘留物及軸磨損情況讓人吃驚；軸的圓柱麵拉痕（絲（sī））及台階位的堆（duī）積物讓人難以找（zhǎo）到參考麵、無從下手。圓柱麵（miàn）的修複（fù），既要考慮表麵的平整度、同心度，又（yòu）要（yào）考慮過（guò）盈配合（hé）。因為轉子長且重，船上無法把轉子從馬（mǎ）達上取出，隻能就地修複（fù）。就地修複的難處在於位置受限，轉子軸不能（néng）像在車（chē）床上勻速旋轉，從而難以保證轉子的尺寸精度。為了解（jiě）決（jué）問題，就在轉（zhuǎn）子軸上安裝了一個臨時軸承，下端用一個支撐架托著軸（zhóu）承，保持轉子軸的水平，並（bìng）用一台（tái）減速電動機帶動勻速轉動軸（zhóu），從而在一定（dìng）程（chéng）度上彌補了無法上（shàng）車床的不足。因操作（zuò）中受限於使用銼刀，修複異常艱難，隻能在不斷的（de）轉運過程中依靠目測修整（zhěng），費時、費力且需（xū）不斷地測量軸的外徑（jìng），以免過度（dù）修整而破（pò）壞軸。將原馬達（dá）換下來的舊軸承放在油（yóu）鍋（guō）加溫至100℃,再（zài）快速地安裝到轉子軸（zhóu）上，然後將部件逐一回（huí）裝；調整好中線後水泵試運行，電流正常，盡管振動略偏大，但可以（yǐ）短時間使用。因排水的需要，兩台壓載泵需同時工作（zuò），並適當調整兩台壓載泵使用的時間，配合（hé）裝貨進度快速排水，並未影響裝貨時間。

圖2 磨損的軸蓋

四、振動的解決

此次修（xiū）理的初始原因是密封裝（zhuāng）置容易損壞，而密封裝置損壞的原因在於水泵振動過大，所以如何（hé）解決振動問題是根（gēn）本。水泵擋水盤與（yǔ）裝軸封的孔是同心的，通過測量軸的表麵與擋水（shuǐ）盤的距離可以確定泵軸是否（fǒu）在泵的中心（xīn）位置。經測量（liàng），前（艏）距離是95mm，後（艉）98mm，定環的內徑（jìng）是（shì）102mm，定環的外徑與定（dìng）環座有幾絲的（de）間隙（xì），泵軸在此（cǐ）處的直徑是100mm。也就是說（shuō），泵軸外徑與定環內（nèi）徑之（zhī）間的間隙是2mm，前後各1mm。如果軸晃/振（zhèn）動厲害或定環和軸不同心，就會碰到定環的內壁，從而損壞定環。從以前拆出的已損壞的軸封可以看到，幾乎都是定環損壞。消除軸封易損壞的故障，需從以下三（sān）方麵著手：（1）確保泵軸與馬達輸出軸的同心度；（2）確保泵（bèng）軸與壓蓋/定環同心；（3）減少泵的振動。

1.確保泵軸與馬達輸出軸的（de）同心度。其方法是（shì）：盤車，測量（liàng）馬達聯軸節的跳動量，評估馬達軸承的跳動量。若經測量，跳動量隻有幾絲，就說明馬達軸承沒問題；若裝上舊泵軸後，在端（duān）部測量的跳（tiào）動量達幾十絲（sī），或者裝上新泵軸後，情況有所改善，則說明舊泵軸還是存（cún）在一定程度的彎曲、變形。泵軸聯軸節與馬達聯軸節通過精加工，凹凸（tū）圓（yuán）環將達（dá）到很好的定位作用，從而確（què）保馬達與泵軸的對中，同（tóng）心度高。正常情況下，兩邊聯軸節上緊螺（luó）栓後（hòu），兩（liǎng）個端麵之間若0.02mm的塞尺不能（néng）插入，外表麵就在同一圓麵內，拆開螺栓後，泵軸連同葉輪會自行掉下來，自然分開；不能自然分開的話，說明存在卡阻，需要查明原因。

2.確保泵（bèng）軸（zhóu）與壓蓋/定（dìng）環的同（tóng）心度。其方法是：將泵蓋向船艉方向拉動1.5mm，如果拉不動（dòng），就說明馬達的下端蓋凸緣與機架上內孔相接觸（凸圓、內孔起定位作用）。這時把壓蓋轉動180度後裝配，情況將（jiāng）會有（yǒu）所改（gǎi）善——軸封定環（huán）的內圈/環與軸的距離較轉動前均勻（軸封定環與泵軸的距離通過前後、左右四個位（wèi）置確定，一旦距離不一，泵軸旋（xuán）轉中就會晃動，從而容易觸碰定環而將定環損壞）。

3.減少泵的振動。俗語雲：基礎不牢（láo），地動山搖。泵（bèng）架（jià）是用鋼板彎曲成圓（yuán）形、兩端加蓋鋼板燒焊而成的，上、下有兩個大孔，用於裝馬達並固定在水泵上。泵架前、後（hòu）（艏艉方向）開了兩（liǎng）個大小不一的檢查（chá）/檢（jiǎn）修方孔，用於（yú）拆裝聯軸節和盤車（chē），兩端鋼板之間由四（sì）條加強（qiáng）肋板支撐，以增強上蓋板的支撐力，承受馬達的（de）重量。有些船舶是在馬達的吊孔環位置加固，方法是通過兩根帶可調節的撐杆，一（yī）端固定在牆壁上或其它結（jié）實牢固（gù）的地方，一端通過螺栓連接到馬達（dá）的（de）吊孔環，通過（guò）轉動調節頭而使撐杆頂住（zhù）馬達，但作用/收（shōu）效甚微。

如圖3所示，多加裝了四根肋板，有效地加強了泵架上（shàng）、下兩塊圓板的力，能更好地承受重達3噸的重量及水泵葉輪旋轉（zhuǎn）的力，減振效果明顯。

圖3 泵架加裝肋板

本文來自（zì）《中遠海運安（ān）全》

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