楊世知1 劉國（guó）立2
（1.中國船級社江蘇分社，南（nán）京 210011；2.中國船級社總部船（chuán）舶建造（zào）檢驗管理處，北京 100006）
摘（zhāi） 要：美國環保署VGP2013單方麵強製生效，要求所有進入美國水域（yù）的（de）船舶在其油水界麵使用（yòng）環保潤（rùn）滑油（除非技術上不（bú）可行）。國內諸多船廠包括日韓船廠在使用環保潤滑油以後（hòu），多次發生尾管高溫報警，由此引發了行業對於環保潤（rùn）滑油的思考。文章結合環保（bǎo）潤滑油的調查反（fǎn）饋報告，對反饋數（shù）據進行分（fèn）類（lèi）統計，在此基礎上（shàng）梳理出若幹種（zhǒng）可能造成尾管（guǎn）高（gāo）溫的因素並進行逐一（yī）剖（pōu）析，Z後有針對性地（dì）提出一係列實施建議，供業界參考。
關（guān）鍵詞：環保潤滑油；VGP2013；尾管（guǎn）高（gāo）溫
引言
2013年12月19日，美國環保署（EPA）2013船舶通（tōng）用許可（VGP）正式生效。根據VGP2013第2部分（fèn）第2.2.9條規定：在美國水域，凡長（zhǎng）度超過79ft（約24m）的所有（yǒu）商船在油水界麵上必須使用環保潤滑油（Environmentally Acceptable Lubricants，以下簡稱EALs），除非（fēi）技術上不可行。這是EPA VGP2013對船舶正常營運中易（yì）於發生排放位（wèi）置提出的Z新要求。同時，美國環保（bǎo）署與海岸防衛隊之間簽署備（bèi）忘錄授權其監管VGP的實施[1]。
環保潤滑油的（de）概念早在（zài）10年前就已提出，其初（chū）衷在於緩解船舶碰撞、船舶水下維護保養等可能給港口等水域造成的環境汙染。自VGP2013強製生效以來，環保潤滑油在中國造船市場刮起一陣“熱潮”。伴隨（suí）EALs密集出現的船舶尾（wěi）管高溫頻發現（xiàn）象，讓環保潤滑油（yóu）熱度（dù）至今不（bú）減。業界紛紛展開尾（wěi）管高溫的相關調查（chá）研究，但研（yán）究結果層出不（bú）窮，至今（jīn）尚無定論。自2013年（nián）美國環保署發布VGP2013要求以來，中國船級社即開始關注並跟蹤市場使用情況。對於高溫報警（jǐng）案例，有針對性地編製調查信息反饋表，在高溫報警比較（jiào）集中的（de）轄區，開（kāi）展調查研究，並於2014年11月7日在江蘇南京成（chéng）功召開“美國環保署環保潤滑油應用研討會”。在此背景下，本（běn）文對尾管高溫的成（chéng）因進行係統（tǒng）性分（fèn）析，並將有關情況（kuàng）總結如下。
1 EALs的適用範圍
根據（jù）VGP2013第2.2.9條規定：EALs適用於2013年12月19日及以（yǐ）後進入美國（guó）水域，船（chuán）長大於等於79英尺所有商船，在其油水界麵必須（xū）使用EALs（除非技術（shù）上不可行）[2]。
EALs：係指“可生物降解”和“Z低限度毒性（xìng）”以及VGP定義的（de）“非生物積聚”三（sān）類潤（rùn）滑油（yóu）。就VGP的（de）目（mù）的而言，滿足通用許可定義的EALs包括那些通過以（yǐ）下認證並獲得標識的油品：
（1）German Blue Angel（藍天使）。
（2）European Eco-label（歐洲之花）。
（3）Nordic Swan（北歐天鵝）。
（4）The Swedish Standards SS 155434 and 155470（瑞典標準）。
（5）Convention for the Protection of the Marine Environment of the North-East Atlantic （OSPAR） requirements ）（《東北（běi）大西洋海洋（yáng）環境（jìng）保護公約》（OSPAR）要求）。
（6）EPA’s Design for the Environment （DfE） （EPA的環境設計項目）。
油水界麵（miàn）：可調距（jù）槳、推進器液壓油及其他油水（shuǐ）界麵（明輪、尾軸管（guǎn）、螺旋槳軸（zhóu）承、減搖裝置、舵承（chéng）、全回轉推進器、吊艙式推進器、浸沒的鋼絲繩和機械（xiè）設備）。
技術上不可行，主要分為以下幾種情況：
（1）沒有經認可的滿足設備製造（zào）商（shāng）規格書要求的EALs產品（如油封）可供使用。
（2）需預潤滑的設備（如鋼絲繩）沒有可用EALs替代產品。
（3）船舶航經港（gǎng）口內無法獲得（dé）滿足製造商規格書要求的EALs產品。
（4）必須等到船舶下次（cì）進幹塢才能更換或（huò）使用EALs。
（5）美（měi）國水域：沿海（hǎi）3 n mile。
（6）商船：除私人遊艇（tǐng）和美國軍艦以外從事（shì）商業用途（tú）的船舶。
2 EALs高溫案例分析
自2013年12月19日VGP2013強（qiáng）製生效以來，環保潤（rùn）滑油在中國的造船廠（特別是江蘇地區船廠）獲得廣泛應用，但環保潤滑油在使（shǐ）用過程中尾管高溫的現象比較明顯。部分船廠在使用環保潤滑油以後，都不同程度出現尾管高溫，甚至出現尾管軸瓦燒毀情況（kuàng）（如圖1所示）。
業界對於尾管高溫成因眾說紛紜、莫衷一是，軸（zhóu）係設計、安裝工藝、校中工藝、精度控製以及油品特性等都有（yǒu）可能造成尾管高溫。根據（jù）初（chū）步掌握的高溫報警情況，我分社全（quán）麵梳理可能影響尾管高溫的主要因（yīn）素，以調查報告的形式發至轄區各船廠。根據反饋情況，調（diào）查報告中重點保留以下三個方麵，供後續進一步分析（統計結果截止至2014年12月1日）：
（1）尾軸支撐型式（有無尾（wěi）管前軸（zhóu）承）。
（2）高溫時船舶狀態（螺旋（xuán）槳附（fù）加（jiā）彎矩），例如係泊擬或試航，螺旋槳是否（fǒu）全浸沒、是（shì）否全回轉階段、螺旋槳轉速（sù）。
（3）環保潤滑（huá）油特性。例如（rú）：粘度、牌號、尾管高溫（wēn）報警時是否乳化（水（shuǐ）溶（róng）性問題）。注：調查反饋滑油均無乳化，保留粘度等級進行分（fèn）析。
2.1尾軸支撐（chēng）型式
尾軸（zhóu）支撐型（xíng）式分單支撐（chēng）（無尾（wěi）管前（qián）軸承）和（hé）雙支撐（設（shè）尾管前軸承）。考慮（lǜ）到單支撐的受力、軸（zhóu）係載荷分布同雙支撐不一致，且兩（liǎng）者之（zhī）間安裝、校中工藝要（yào）求存（cún）在細微變化（huà）。因此，在調查報告中，重點對於尾軸支撐型式作了統計分析。尾管高溫多出現在單支撐（無尾管前軸承）的情況。統計結果如表1所示。
據（jù）不完全的現有統計結果（guǒ）來看，尾管高溫案例中單支撐情況居多。於是，我們提出疑問：單支撐和雙支撐之間有何區別，如何在兩者之（zhī）間進行合理選擇？研究表明（míng）：在無尾管前（qián）軸承的情況下，尾管後軸承局部載荷加大，則會同時要（yào）求（qiú）船廠提高施工（gōng）工藝精度。表（biǎo）2詳細對比了兩者（zhě）之間的優勢和劣（liè）勢。
建（jiàn）議：
在軸係頂升階段，如果船廠工（gōng）藝能夠做到不（bú）需要調整中間軸承，推薦采用無前軸承的布置。因為這種布置對於船體梁變形的適（shì）應性更強。
如果不能保證船廠工藝，則可能需要調整中（zhōng）間軸承。為安（ān）全起見（jiàn），推（tuī）薦采用前軸承的設計。因為頂升（shēng）階段（duàn）對於中間軸承的調整，無前軸承的設置對尾管後軸承與軸的相對傾角影響很大；稍有不慎，就可（kě）能造成邊緣（yuán）負荷過大（dà）。此外，軸（zhóu）係校中計算書對於船體梁變形量（特別是校中階段的船體梁狀態）以及（jí）主機和（hé）中間軸承的支（zhī）撐區（qū）域結（jié）構變（biàn）形情況無法準確估計。對於此種情況，建議采用尾管前軸承的設計方案（àn）[3]。
2.2螺旋槳附加彎矩（jǔ）
據（jù）統計分析，軸承（chéng）損壞大多出現在尾管後部（bù）。於是在調查反饋表中，特別添加船舶高溫時（shí）的狀態（tài），例（lì）如係泊階段、全回轉階段、螺旋槳是否全浸沒等。
從現有統（tǒng）計（jì）結果（guǒ）來（lái）看，係泊階段和高速（sù）操舵全回轉階段為尾管（guǎn）高溫現象（xiàng）多發階段，其中係泊階段高溫問題居多，其次為右滿舵全回轉階段（duàn）（右旋槳）。可能原因分析如下：
（1）係泊（bó）階段螺旋槳非全浸（jìn）沒，軸係校中計算書一般要求為螺旋槳50%浸沒。此時，螺旋槳轉動產生推力，推力直接（jiē）作用在（zài）螺旋槳下（xià）部，產生附加彎矩，使得尾管（guǎn）後軸承負荷加大，軸-軸承相對傾角增大（dà），尾（wěi）部（bù）軸係間隙變小，油膜較難建立。
（2）係泊試驗階段，主機低速運轉（zhuǎn），油膜尚未完（wán）全建立。
（3）全回轉階段，特別是高速操舵全回轉階（jiē）段，螺旋槳尾流場不均勻，導致螺旋槳產生不定常的附加彎矩；尤其在惡劣海況（螺旋槳可（kě）能出現飛車現（xiàn）象），容易造成尾管高溫。
（4）右滿舵全回（huí）轉時（shí），尾管溫（wēn）度一般均略有上升，其原因是右旋槳的推力中心一般集中在象限（右上角），右滿舵時，受舵葉影響，螺旋槳（jiǎng）象限（xiàn）尾流場壓力增大，同螺（luó）旋槳推力呈疊加效應，因此，右旋槳在右滿舵全回轉（zhuǎn）時，容易高溫。
注：部分船級社建議，附加彎矩區間限定在螺旋槳扭矩的-15%~40%之間。由建（jiàn）議值可見，對於負值要求相對嚴格（gé）得多。
建（jiàn）議：
（1）優化（huà）軸係設計，盡量降（jiàng）低尾軸承載荷，提高尾軸承可承受載荷冗餘度。
（2）盡（jìn）量避免螺旋槳非全浸沒下高速運（yùn）轉。低速運轉試驗時，在滿足我社要求（qiú）的前提下（xià），盡量選擇油品提供商提供的建議轉速區間。
（3）主機盡量避免在惡（è）劣工況下（特別是螺旋槳飛車時（shí））高速運轉。
2.3EALs粘度等級
調查結（jié）果分析（xī）：
（1）據目前掌握情況，有船廠先采（cǎi）用礦物油做係泊試驗，然後在試航（háng）後期更換成環保油，特別是提高滑（huá）油粘度至（zhì）150等級後獲得較好效（xiào）果，但也有（yǒu）失敗（bài）案例發生。
（2）從現場（chǎng）反饋來看，滑油粘度等級提（tí）高以後，異常高溫現象（xiàng）相對減少。
油品提供商指出：試驗數據表明，環保潤滑（huá）油和礦物油相比（bǐ）在粘度等級、冷卻、耐壓、流動性等特性上無較大差異，有關粘度問題部分船廠也通過後期化驗得以驗證。因此（cǐ）對於尾密封廠家推薦的油品清單中不包括（kuò）150粘度等（děng）級（jí）的情況（kuàng），油品提供商不建議船廠單方麵更改滑油粘度等級。
3 尾管高溫的成因分析
從目前掌握的情況來看，每個船廠使用的環保潤滑油品質可能存在（zài）差異。不同的船型設計、船廠施工工藝、施工隊伍精度控製都存在差異（yì），具體到每一個案例可能（néng）形（xíng）成尾管高（gāo）溫的（de）原因也各不相同。因此，形成尾管高溫具有（yǒu）多方麵因素，很難單（dān）方麵歸罪於某種因（yīn）素，準確地說，是多種因素綜合起（qǐ）來共同（tóng）導致尾管高溫現象頻發。就目前統計來看，可（kě）能情況歸納為：無尾管前軸承設置，導（dǎo）致尾軸承負荷整體增大；同時對於施工工藝精度要求增高，造（zào）成軸-軸承之（zhī）間相對轉角過大；軸瓦受力不均；形（xíng）成較大的邊緣負荷；軸瓦較（jiào）難形成足夠厚度油膜；在邊緣（yuán）負荷較大的情況下，EALs相對礦物油更難形成足夠厚度油膜，Z終導致尾管高溫。
4 建議與措施
盡管尾管高溫由多方麵因素造成，但任何單個因素的改進也可（kě）能較大程度地避免高溫現象的發生。因此，我們提出以下建議：
（1）盡可能采用技術（shù）成熟（shú）、粘度等級相對較高的環保潤滑油產品。
（2）優化軸係載荷布置，盡量降低尾（wěi）管後軸承上的比壓和相對傾角（雙斜（xié）度尾管（guǎn））。視情況考慮增加前軸承方案（可以考（kǎo）慮抬高前軸承或後軸承斜（xié）鏜孔情況而不取消前軸承）。
（3）為降（jiàng）低尾軸相對傾（qīng）角和比壓，可以視情（qíng）況考慮適當加大軸承（chéng）位移量。
（4）優化軸係（xì）校中計算，充（chōng）分考慮可能影響船體變形的因素（sù）。充分考慮螺旋槳附加彎矩的影響。
（5）完善（shàn）施工工藝，確保施工精度。無前軸承布置時，在軸係頂升階段，盡量避免對中間軸承的調整。如無法避免，則盡量減少其對於尾軸相對傾角的（de）影響（xiǎng），例如在軸係校中計算書中，對尾軸位置進行適（shì）當標定，從而有效判斷中間軸承的調整是否對尾軸存在過大影響。
（6）如能（néng）確保EALs置換充分（fèn），可先采用礦物油開展係泊試驗和試航，然後再更換（huàn）成環保潤滑油試驗，以消除磨合期的影響；或在操舵試驗、全回轉試驗等高（gāo）速運轉之前，進（jìn）行小舵角、小進（jìn）速充（chōng）分磨合（Run-in time），以消除磨合期的（de）影響。
（7）建（jiàn）議提升螺旋槳軸（zhóu）和尾管後軸承的加工工（gōng）藝。例如可視情（qíng）況將螺旋（xuán）槳軸的表麵粗糙度從1.6提升至0.8。
（8）建議（yì）優化（huà）尾管內滑油的泄放（fàng）和取樣。例如，將尾（wěi）管後部的注入泄放口進一步後移，或在尾管後軸承的後部增設取樣泄放管路，必要時可以考慮在尾管後端（duān）增加泄放槽，以盡量減少更換滑油時尾管（guǎn）中滑油的（de）殘（cán）留。
（9）建議改善投油工（gōng）藝。盡量減少環（huán）保潤滑油被參雜其他雜質的可能性。
5 結論
（1）進一（yī）步完善（shàn）“EALs調查反饋表”信息，收集新造船和現有船環保油使用情況，建立數（shù）據庫，分析新造船磨合期（qī）影（yǐng）響；分析尾軸承比壓（0.6N/mm2）和相對傾角（0.2×10-3rad）區間對於尾管（guǎn）高溫影響（xiǎng）。
（2）調查統計尾管高（gāo）溫案（àn）例中，軸係頂升階段調整中間軸承（chéng）的情（qíng）況，進一步分析有無尾管前軸承對於軸係校中工藝的（de）影響。
（3）密切關注提高EALs粘度（dù）等級（jí）的情況。
［參考文（wén）獻］
［1］Vessel General Permit for Discharges Incidental to the Normal Operation of Vessels （VGP）. 2013.
［2］楊世知. EPA環保潤滑油要求及（jí）實施要點［J］. 中國船檢，2014（12）.
［3］ABS. Guidance Notes on Propulsion Shafting Alignment［S］. 2014.
來源：《船舶》2015年3期
