艾純祥　王衝　杜善剛

（92848部隊）

　　摘　要：文章針對某船尾軸承結構及潤滑係統特點，對引發尾軸承溫度（dù）高原因（yīn）進（jìn）行（háng）了分析、查找，並製定（dìng）正確的維修方案，較好地解決了問題。

　　關鍵詞：尾軸承；結構；溫（wēn）度（dù）高；故障（zhàng）排除
　　某船裝（zhuāng）備主柴油機兩台，減速齒輪箱兩（liǎng）台，調距槳係統兩（liǎng）套，呈左右舷布置。柴油機型號為（wéi）12PA6V-280，額定轉速1000轉/分。齒輪箱型號為GWH6066，傳動比為4.0962：1。其中，尾軸承（chéng）采用的是油潤滑白合金軸承，在較長一段時間內，左機尾軸（zhóu）管（guǎn）軸承一直處於溫度偏高的狀態（tài），導致主機加不上轉速（sù），直接影（yǐng）響部隊執行任務及裝備使用安全。經分析研究，我們對原尾軸管軸承（chéng）進行了合理性維修，比較好地解決了這個問題。現將分析、排除故障的過程綜述如下。
　　1.故障現象
　　該軸係接排（pái）轉速為450轉/分。在主機450轉/分、600轉/分、760轉/分工（gōng）況時，尾軸管（guǎn）軸承及軸係各支點（diǎn）軸承均處於正常工（gōng）作（zuò）狀態，軸承溫度均處（chù）於正常值。在（zài）轉速加至930轉/分時（shí），左右軸係未出現振動等異常（cháng）現象，但左軸係尾（wěi）軸管軸承溫度出現異常，具體情況為：主機轉（zhuǎn）速930轉/分，調距槳螺距顯示為90%負荷，連續航（háng）行6小時後溫度斷續上升到65℃，而尾軸管軸承溫度極限為（wéi）60℃。在初期的2個小時內，該尾軸管軸承（chéng）溫度由（yóu）環境溫度值迅速上升至60℃，突破溫度極限後，溫度值上升緩慢（màn），Z後穩定在65℃左右，此時右（yòu）尾軸管軸承溫度穩定在51℃左右。
　　2.故障分析
　　應該講，該船尾軸所采用的油潤滑白合金軸承是相當普遍的一種尾軸承（chéng），其潤滑方式（shì）采用（yòng）的是重力式自（zì）然循環（huán），也是一種常見的潤滑方式。其主要工（gōng）作原理就是軸與軸承這對摩擦，在工作中始終浸泡於潤滑油之（zhī）中（zhōng），在運轉中摩擦副（fù）不斷地產生熱量，當熱量積累到一定程度，潤滑油就受熱膨脹，沿輸出管係向上直至重力油櫃，同時，重力油櫃中的（de）相對低溫潤滑油就（jiù）在重（chóng）力的（de）作用下沿尾（wěi）軸（zhóu）管輸入管係進入尾軸管中，啟（qǐ）到補充（chōng）與冷卻作用，從而達到保持摩擦副之間形成油膜的滑油供給。由於尾軸管位於水線下，海水、船體也可消散大部分熱量，在加上尾軸轉速是經過齒輪箱按一定減速比減速後的轉速，所以，與柴油機等高（gāo）轉速摩擦副相比，其尾（wěi）軸管軸承冷卻采用重力式滑油自然循環方式是完全能（néng）夠（gòu）滿足該船工作軸功率的（de）要求。由於尾軸管軸（zhóu）承位置的特殊（shū），以及其（qí）在艦船動力係統中的重要地位，因此其工作是否能（néng）夠正常運轉就顯得（dé）無比重要，無論是在艦船的建造過程還（hái）是在艦船的修理過程中，其相關（guān）工程（chéng）都是質量監控的關鍵環節。其軸係的運轉平穩、潤（rùn）滑油的適（shì）宜溫度、潤滑油的密閉性等等，都是（shì）反映其工作是否正常（cháng）的性能指標。在本文中溫（wēn）度超標是比較直觀地反映尾軸（zhóu）管軸承出現了故障，其後果是（shì）嚴重損害尾軸（zhóu）管摩擦副的安全使用（yòng），摩擦副的油膜建立是需要合理的間隙的，當滑油較（jiào）長時（shí）間處於高溫（wēn）狀態時，摩擦（cā）副軸承合金就（jiù）會（huì）發生徑向（xiàng）膨脹，嚴重時（shí）會將尾軸卡死，就是我們經常講述（shù）的“抱軸”，即使未出（chū）現“抱軸”的極端情況，也會發生（shēng）滑油高溫變稀的情形，滑油粘度下降則會直接破壞摩擦副油膜的形成效果，使得尾軸承的承載能力大大下降，進而使得尾軸（zhóu）承發（fā）生局部欠（qiàn）油摩擦，即破壞了摩擦副表明的光潔度，使得摩擦增大和（hé）溫度（dù）上升（shēng）。Z後形成惡性循環。如果此（cǐ）時（shí）不降低（dī）轉速運行，就會極可能發生軸（zhóu）承合金局部融化、尾軸抱死的嚴重後果。
　　由於艦船軸係的實際工作條件是複雜而多變的，海流的作用、船體負載的變化（huà）以及船體的變形的影響都會以變化（huà）的軸承力出現，各個軸承的受力情（qíng）況都不會一成不變，大小、頻率等都在變化，各個軸（zhóu）承出現的少許溫（wēn）差也是（shì）允（yǔn）許的，同時也（yě）是（shì）不可避免（miǎn）的，但出現大的溫差及突如其來的變化就要給予必要的（de）重視，因為這（zhè）往往是故（gù）障發生的前兆。
　　另外，從原理上講，工作（zuò）中（zhōng）的摩擦副是在不斷地產（chǎn）生熱量，而很大（dà）一部分（fèn）熱量是無（wú）益的，需要借助專門（mén）的冷卻係統將其消除。尾（wěi）軸管軸承工作（zuò）中（zhōng）產生的熱量，一部分經過（guò）白合金軸承構架向船體乃至包圍船體的海水傳遞，另一部（bù）分是由滑油帶走，到重力油櫃散熱。當產生的熱量與被攜（xié）帶走的熱量達到（dào）一個平衡時，尾軸管（guǎn）軸承的溫度就表（biǎo）現為（wéi）一個穩定值。當主機轉（zhuǎn）速或（huò）負載（zǎi）提高或降低，以前所建立的平衡（héng）就會被打破，溫度會持續上升或下降，直至新的建平衡建立（lì）後，溫度值才會穩定。從該船尾軸管軸（zhóu）承溫度上（shàng）升超標的過程來看，當主機轉速上升930轉/分、螺旋槳負荷達90%負荷後，尾軸管軸承溫度隨工作時間有一個先急劇上升後又緩慢上升至平衡（超標）的過程，正是說明了尾軸管（guǎn）軸承（chéng）或係統實際存在的缺陷或故障而導致的必然現象，即實際（jì）故障產生了較多（duō）的熱量，其係統維持溫度平衡的能力已大（dà）大低於原始設計的水準。
　　下麵，我們結合該船尾軸承潤滑係統的實際（jì）特點具體分析引發尾軸承溫度高（gāo）故障的可能原（yuán）因。
　　（1）負荷過載。負荷過載直接體現在軸係的推力及扭矩過載，其後果會導致尾軸管軸承出現單邊負荷過載，即軸承的有效承載麵積縮小，導致合金軸（zhóu）承局部發生變形，破壞了摩擦副正常工作的條件，直接導致軸承溫（wēn）度異常上升。至於溫度異常為何（hé）未發生在其它部位的軸承，這正如前文所分析的那樣，軸係各軸（zhóu）承負荷分布的不確定性，該船左軸（zhóu）係尾軸承可能是係統的短板所在。對此（cǐ）類性質（zhì）故障，如果打開軸承，可發現軸承工（gōng）作麵痕跡呈黃黑褐色，軸與軸（zhóu）承接觸麵積、方式等均不符合（hé）標準要求。
　　（2）異物進入摩擦副空間。軸承正常工（gōng）作時，滑油的潔淨是（shì）Z起碼的條件。當不慎滑油混入（rù）異物時，特別堅硬的顆類狀的異物會嚴重破壞油膜的形成質量，對軸（zhóu）頸、軸承本身都會造成嚴重的損（sǔn）害，通常白合金軸承表（biǎo）麵硬（yìng）度較低，直徑較大異物嵌入使得（dé）白合金突起，更是嚴（yán）重破壞油膜的形成，因此，尾軸承高溫現（xiàn）象更是不可避免了。這種可能性一般會出（chū）現在軸係維修後的次加油，其原（yuán）因可能是軸係修（xiū）理後現場清潔不夠；或者是重力油櫃及係統出現了顆粒玷汙而未清潔。
　　（3）油量不足。當尾軸（zhóu）管首（shǒu）尾密封出現了漏油故障，重力油櫃係統相關管路堵塞或相關閥門故障，導致潤滑油（yóu）油（yóu）量供給不足。油量不足會（huì）直接影（yǐng）響油膜形（xíng）成質量，低速低負荷時故障現象並不明顯，當主機轉（zhuǎn）速、螺旋槳負荷達到一定程度後，軸承溫度就會（huì）攀（pān）升到一個較高的平衡點，即溫度超（chāo）標（biāo）。

　　（4）冷卻效果差。冷（lěng）卻效果差的原（yuán）因主要與它的散熱方式及冷卻（què）路徑有關，一（yī）是軸（zhóu）瓦合金可能（néng）出現了脫殼，直接影響或阻斷熱量向船體（tǐ）傳遞；二是重力油櫃循環（huán）係統出現了管係堵塞或係統閥（fá）門（mén）故障阻斷了滑油自循環。
　　（5）軸（zhóu）線變化。考慮（lǜ）到該船是一條服（fú）役多年的老（lǎo）齡（líng）艦船（chuán），船（chuán）體變形、軸線變形是不可避免的現象（xiàng），特別對摩擦副油膜形（xíng）成要素的接觸麵積、油楔角、軸承工作角等（děng）都有較大影響與改（gǎi）變，這就（jiù）對軸係摩擦副的工作效果影（yǐng）響極大，都極可能導致相關軸承高溫、密封漏油及軸係振動等故障發生（shēng）。
　　（6）管理問題。這主要是（shì）指機艙管理人員對（duì）上述問題產生的現象或過程重視不夠或疏（shū）於管理，如維修後有關部位配合數據、著色質（zhì）量等關鍵過（guò）程的驗收，以及加油前清潔性的檢（jiǎn）查等等。
　　3.故障的查找
　　按照由簡至（zhì）繁的原則，我們首先對尾軸承的溫度傳感器（qì）及（jí）儀表進行校（xiào）核，發現其溫度顯示（shì）基本（běn）準確，說明左主（zhǔ）機尾軸（zhóu）管軸承溫度高不存在溫度傳感器的誤報。其次，檢查左（zuǒ）軸係滑油品質，經油樣分析（xī）未發現有異樣物（wù）體進（jìn）入或（huò）進水現象。第三檢查滑油重（chóng）力自循環係統，對相關管係進行了吹除，未發現堵塞現象，又對係統相（xiàng）關閥門進行了（le）檢查，發現係（xì）統閥門工作（zuò）正（zhèng）常，未對滑油重力循環係統（tǒng）造成阻斷現象，重力油櫃進（jìn）出係統工作正常（cháng）。第四，我們又檢查了主機（jī）的記錄資料，發現主機諸參數工（gōng）作正常，並無主機（jī）超負荷的現象，隻是（shì）主機轉速有緩慢下降的趨勢，這主要是由於左軸係尾軸管（guǎn）軸（zhóu）承溫度超標的影響而船方不得以采取的措施（shī）。
　　在上述查找問題的同時，我們對該（gāi）船的航海日誌等資料進行查閱，未出現任何碰撞（zhuàng）、擱淺等（děng）事故記（jì）錄（lù）。經分析，我（wǒ）們懷疑相關軸承高溫原因（yīn）是船體變形造成的軸線變形所致。於是，我們調閱了該（gāi）船原始的建造資料，利用軸承負荷法對該（gāi）船左軸（zhóu）線進行校核。主要對左軸（zhóu）係尾軸管（guǎn）前軸承、1號支點軸承、2號支點軸承進行負荷校核，經專業人員測量（liàng）計算後，基本滿足原設計要求（qiú），這說明左主機尾軸管軸承等實際（jì）承擔的負荷沒有超過允許（xǔ）值。為更可靠地說明（míng）問題，我們鬆開了尾軸與後中間軸法（fǎ）蘭、後中間軸與前中間軸（zhóu）法蘭螺栓，在（zài）規定條件（jiàn）下（xià）用百（bǎi）分表（biǎo）逐個法蘭進行了法蘭偏移、偏（piān）斜量值的（de）複核，發現各值均在範（fàn）圍之（zhī）內。我們又選擇左軸係相關位置對工作軸頸進行了跳動量（liàng）檢查，其跳（tiào）動量值（zhí）為0.08mm，而無故障的右軸係相關位置的工作軸頸跳動量卻為0.10mm，均在標準範圍內，這說（shuō）明左軸係尾軸管軸承溫度高還是另有原因。
　　在排（pái）除船體變形造成的軸線（xiàn）變形可能性後（hòu），問題的查（chá）找似乎（hū）陷入僵（jiāng）局。這時，先前（qián）所發現的（de）一個原設計問題引起我（wǒ）們的注意，即軸係（xì）重力滑油自循環係（xì）統的布置問（wèn）題。在檢查中（zhōng）發現，左右軸係重力滑油自循環係（xì）統的布置大同小（xiǎo）異，但（dàn）係統回油管采取回油共用布置，而二軸係的尾軸管滑油回油管匯（huì）集點偏向右舷，然後再回到同一個重力油櫃。這種布置（zhì）是不符合大多數艦船的設計原理的，通常是左（zuǒ）右軸係尾（wěi）軸管滑油（yóu）係統各（gè）成獨立係統（tǒng）。有人就提（tí）出是否是兩個回油係統互相幹擾後導致了左軸（zhóu）係故障。於是，我們重新對（duì）左右軸係重力滑油自循環（huán）係統的布置進行詳細檢查，結果現場中發現左右兩（liǎng）個回（huí）油管係相比，左軸係回油管路（lù）偏長一些，另外由（yóu）於布置原（yuán）因該管係多了兩個（gè）曲折，這似乎找到了問題（tí）的（de）根源，如果左尾軸管軸承溫度高是由（yóu）其回油係統回油不（bú）暢（chàng）造成的冷卻效果差的話，這似乎與實際故障能對應起來，即在對應負荷與轉速（sù）下，溫度先是快速（sù）上升（shēng），然後緩慢上升至（zhì）平衡點。於是我們重新設計布置了左右軸係（xì）尾軸（zhóu）管滑（huá）油（yóu）回油係統，按照現重力油櫃容積（jī）大小及相應管路通徑複製到左軸係（xì）回油係統。改裝完畢經（jīng）過海試，發現左尾軸管軸承溫度高效果略有改觀，在主機轉速930轉/分，調距（jù）槳螺距顯示為90%負荷，連續航行6小時後溫度斷續上升到63℃，在初期的2個小時（shí）內，該尾軸管軸承溫度由環境溫度值還是迅速上升至60℃，突破溫度極限後（hòu），溫度值上升（shēng）緩慢，Z後穩定在63℃左右，此時右尾軸（zhóu）管軸承溫度還是穩定在（zài）51℃左（zuǒ）右。海試結果說明，該左軸（zhóu）係尾軸管軸（zhóu）承溫度高（gāo）故障與其回油係（xì）統（tǒng）共用布置有一定關聯，在一定程度上多少削弱了係統冷卻能力，但絕不是（shì）引發故障（zhàng）的關鍵原因。
　　Z後，經研究分析，我們把解決（jué）問題（tí）的重點放在左軸係有關摩擦副工（gōng）作是否正常（cháng）上，決定進塢（wù），對左軸係抽軸檢查，並視情（qíng）製定修理方案。
　　抽軸檢查（chá）情（qíng）況如下：①尾軸尾密（mì）封裝置安裝正常，其白鋼套（tào）與尾軸承端麵相距18mm，無接（jiē）觸。②前（qián）、後支點軸（zhóu）承工作麵無異物嵌（qiàn）入。③前、後支點軸承下瓦聽聲法檢測正常。④前、後兩個支點軸承磨損痕跡不正常或不符合標準要求，後支（zhī）點軸承設計長580mm，實際工作長度520mm，前後兩端有嚴重的磨（mó）痕，而中間部（bù）位基本呈線性磨合，有較（jiào）嚴重的虛空現象。前支點軸承設計長310mm，實際工作長度250mm，磨合痕跡情況與後軸承基本相似，但中間虛空不是很嚴（yán）重，但還有（yǒu）一個現象，就是軸承接觸角較大，大致為70餘度，接近平角的80%。
　　至此，該船左軸係尾（wěi）軸管軸承溫度高故障原因可歸納如下（xià）：①左軸係尾軸前後支點軸承接觸麵不符合相關標準（zhǔn）內容，即軸向接觸程（chéng）度應大於總長度的75％，且著色均勻，25mm×25mm不少於3個油點。②後支點軸承前後偏磨，中（zhōng）間虛空。③左軸係尾軸管後軸承除了像前支點軸承的問題外，其軸承工作接觸角過（guò）大，正（zhèng）常應在（zài）40度～60度範圍內。
　　可見，上述三個原因都不符合有關（guān）標準要求，或多或（huò）少都破壞了油膜的（de）正（zhèng）常建立，直接導致軸係運轉過程中軸承異常發熱，再考慮（lǜ）其重力滑油自（zì）循環回油（yóu）管路的（de）布置問題，所有不（bú）利的因素疊加在一起導致了左軸係（xì）尾軸管（guǎn）軸承溫度高故障的發生。
　　4.修理方案及（jí）海試
　　經過分析研究，歸納後修（xiū）理工作內（nèi）容如下：①對左軸係兩個（gè）尾軸（zhóu）承修刮前，測量其相關尺寸。②對軸承底部40度～60度範圍內進（jìn）行修刮，靠近50度左右。③修（xiū）刮應保證瓦底（dǐ）軸向接觸程度應大於總長度的75%，且著色（sè）均勻，25mm×25mm不少（shǎo）於3個油點。④修刮後著色檢查。⑤測量、複核各部（bù）間隙。
　　在完成（chéng）上述工作基礎上，我們編製了合理的試車大綱，並按試車大綱進行了（le）係泊（bó）試（shì）驗及航行試驗，兩台主機順利地加至980轉/分，其左軸（zhóu）係尾軸管軸承溫度為55℃，與右機齒輪箱尾支（zhī）點軸（zhóu）承溫度相差不大。至此，該船（chuán）左尾軸管軸承速溫度高故障得（dé）到較圓滿地解決。

來源：《珠江水運（yùn）》2014年12期