6.4萬(wàn)噸級(jí)散貨船艉軸高溫?fù)p壞分析

王樹(shù)寶

(揚(yáng)州中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225211)

0　引　言

由于環(huán)保力度加大，越來(lái)越多的國(guó)家要求到達(dá)其海域的船舶，艉軸需使用可降解的生物環(huán)保油作為滑油，以避免對(duì)海洋環(huán)境造成污染。2013年3月，美國(guó)環(huán)保署發(fā)布了《2013船舶正常航行中產(chǎn)生的污染物排放通用許可》，并于同年12月19日正式生效。由于生物油油膜對(duì)溫度敏感特性，高溫易造成油膜破壞導(dǎo)致艉軸承損壞，使很多船舶所有人認(rèn)為軸承燒毀是由生物油導(dǎo)致的，但事實(shí)情況并非如此，船員操作不當(dāng)同樣會(huì)導(dǎo)致軸承負(fù)荷加大乃至軸承燒毀。現(xiàn)對(duì)某6.4萬(wàn)噸級(jí)散貨船艉軸損壞及該系列船軸系運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行分析，以避免該類事故的發(fā)生。

1　主要船舶參數(shù)簡(jiǎn)介

該6.4萬(wàn)噸級(jí)散貨船是一艘單機(jī)、單槳、單舵的散貨船，設(shè)有風(fēng)暴壓載艙(NO.3貨艙)。總長(zhǎng)為199.9 m，型寬為32.26 m，型深為18.5 m，設(shè)計(jì)吃水為11.3 m，結(jié)構(gòu)吃水為13.3 m。主機(jī)機(jī)型為MAN B&W 5S60ME-C8.2-Tier II。主機(jī)最大選定功率為8 050 kW，最大轉(zhuǎn)速為89 r/min，持續(xù)服務(wù)功率為6 842.5 kW，持續(xù)轉(zhuǎn)速為84.3 r/min，轉(zhuǎn)速禁區(qū)為48～58 r/min。在設(shè)計(jì)吃水下，主機(jī)為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的航速為14.4 kn。

圖1　艉管后軸承

該船軸系由一根螺旋槳軸(艉軸)和一根中間軸組成。艉軸承僅有后軸承(見(jiàn)圖1)，無(wú)前軸承，中間軸由中間軸承支承。

艉軸密封裝置采用傳統(tǒng)的油封方式，即采用高置重力油柜的方式來(lái)維持滑油與水位的壓力平衡，艉管裝置總圖中后軸承處見(jiàn)圖2。

圖2　艉管裝置總圖中后軸承處

艉軸的潤(rùn)滑油依據(jù)航區(qū)要求需使用生物油，軸系布置見(jiàn)圖3。

2　艉軸損壞的發(fā)生的背景

該船在阿爾及利亞卸完貨開(kāi)往直布羅陀，加注燃油的途中發(fā)生艉軸高溫報(bào)警。離港時(shí)的艉部吃水為7.12 m，艏部吃水為4.36 m，螺旋槳全部浸沒(méi)在水中，且離港時(shí)天氣狀況良好。

該船約11：40時(shí)，開(kāi)始面對(duì)惡劣海況天氣，海況為6～7級(jí)，蒲氏風(fēng)級(jí)7～8級(jí)；艉軸高溫約出現(xiàn)在16：00時(shí)；19：00時(shí)船舶開(kāi)始向風(fēng)暴壓載艙中加注壓載水；約21：30時(shí)艉軸高溫報(bào)警消失，此時(shí)船舶艉部吃水為7.57 m，艏部吃水為4.95 m。

隨后對(duì)該船的溫度傳感器進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)異常；對(duì)滑油進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)金屬顆粒；檢查艉軸下沉量，測(cè)得下沉為0.3 mm。確認(rèn)艉軸承燒毀后，就近尋找修船廠進(jìn)行抽軸檢查。

圖3　軸系布置

3　軸系檢查

把艉軸抽出后發(fā)現(xiàn)在距艉軸承最后端約400 mm處，有巴氏合金高溫?zé)谂艛D現(xiàn)象，其余部分正常，且燒融部位與正常部位沒(méi)有明顯的高低差，屬于輕微燒融(見(jiàn)圖4)。

通過(guò)第三方公司進(jìn)行測(cè)量，檢查艉軸承斜度及軸系對(duì)中等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計(jì)要求，可見(jiàn)該船軸系設(shè)計(jì)及施工均符合要求。斜度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5。

a) 艉軸承損壞照片(近景)

b) 艉軸水損壞照片(遠(yuǎn)景)

圖5　軸承斜度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

4　確認(rèn)艉軸承磨損的原因以及分析

4.1　艉軸磨損原因

根據(jù)以上的軸承損壞背景及對(duì)軸系的測(cè)量，確認(rèn)造成艉軸承高溫及導(dǎo)致艉軸承損傷的主要原因有以下2點(diǎn)。

1) 船舶在離港時(shí)螺旋槳完全浸沒(méi)在水中，但船舶在行駛途中遇到惡劣的海況天氣，致使螺旋槳處于非正常工況條件。

2) 在上述條件下，該船船員未進(jìn)行得當(dāng)處理，未及時(shí)對(duì)風(fēng)暴壓載艙進(jìn)行壓載，螺旋槳長(zhǎng)時(shí)間處于非正常工況(螺旋槳僅部分浸沒(méi)于水中)，致使艉軸承長(zhǎng)時(shí)間處于高負(fù)荷狀態(tài)。

4.2　艉軸承磨損原因分析

船舶所有人始終認(rèn)為是由于生物油油膜具有對(duì)溫度敏感特性，高溫造成油膜破壞導(dǎo)致艉軸承損壞。該船舶設(shè)計(jì)初即考慮到生物油受熱產(chǎn)生黏度降低的問(wèn)題，所以采用CASTROL BIOSTAT 150生物油，該生物油比普通生物油的黏度高。生物油參數(shù)見(jiàn)表1，且造船廠同設(shè)計(jì)的船已交付14條，均未發(fā)生此類情況，可斷定艉軸承磨損非生物油本身的問(wèn)題。

表1　油品技術(shù)

根據(jù)船舶設(shè)計(jì)，所有船舶運(yùn)行的裝載工況需依據(jù)經(jīng)船級(jí)社認(rèn)可的裝載手冊(cè)。船舶建造規(guī)范要求船舶正常長(zhǎng)時(shí)間航行時(shí)，螺旋槳需處于全浸狀態(tài)。該船在離港時(shí)螺旋槳雖處于全浸沒(méi)狀態(tài)，但在惡劣天氣時(shí)船員并未妥當(dāng)處置，導(dǎo)致船舶前后傾斜并與大浪發(fā)生共振，此時(shí)螺旋槳深處在部分浸沒(méi)的異常工作狀態(tài)。這種狀態(tài)下，外部流體對(duì)槳葉的作用力是其在靜水中自由狀態(tài)下的6倍，當(dāng)槳葉浮出水面時(shí)，作用在螺旋槳上的彎曲力矩會(huì)傳遞到軸上，軸承受到的壓力會(huì)急劇增大(見(jiàn)圖6)。相對(duì)于艉軸負(fù)荷的增加及相對(duì)轉(zhuǎn)角的變大，會(huì)對(duì)軸系造成更大的危害。

在艉軸承支點(diǎn)處的相對(duì)轉(zhuǎn)角代表艉軸和軸承間的夾角。軸承與軸的相對(duì)轉(zhuǎn)角過(guò)大軸承間隙過(guò)小將不利于油膜的形成，同時(shí)相對(duì)轉(zhuǎn)角急劇增大意味著負(fù)荷更多的集中在軸承尾部，尾部的比壓會(huì)增大(見(jiàn)圖7)，軸瓦的受力不均會(huì)形成較大的邊緣負(fù)荷，影響軸與軸承間形成足夠厚度油膜，致使艉軸承高溫?zé)龤А?/p>

圖6　艉軸示意

圖7　艉軸示意

5　結(jié)　語(yǔ)

在惡劣海況下，船員未進(jìn)行合理的處置，未對(duì)風(fēng)暴壓載艙進(jìn)行壓載，導(dǎo)致船舶長(zhǎng)時(shí)間處于非正常的航行狀態(tài)，造成該船艉軸承由于高溫導(dǎo)致?lián)p傷。

建議船舶管理公司對(duì)船員加強(qiáng)培訓(xùn)，傳授船員遇到大風(fēng)大浪時(shí)的處置經(jīng)驗(yàn)，面對(duì)惡劣天氣，需根據(jù)要求對(duì)船舶進(jìn)行壓載，并增減主機(jī)轉(zhuǎn)速，加強(qiáng)對(duì)艉軸等重點(diǎn)區(qū)域的巡查及檢測(cè)，提前做好應(yīng)急預(yù)案。同時(shí)，建議在船舶開(kāi)航前，造船廠應(yīng)編制一些簡(jiǎn)要的細(xì)則和說(shuō)明，并以警告銘牌的方式張貼在駕駛室和壓載控制室，避免此類狀況再次出現(xiàn)，以減少經(jīng)濟(jì)損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]荀振宇, 孫長(zhǎng)江, 沈紅宇,等. 船舶艉軸承接觸壓力分布及其影響因素研究[J]. 船海工程, 2010, 39(3):48-50.

[2]魏海軍, 王捍東. 艉軸承過(guò)度磨損原因分析與修理[J]. 中國(guó)修船, 1998(4):61-61.

[3]楊世知. EPA環(huán)保潤(rùn)滑油要求及實(shí)施要點(diǎn)[J]. 中國(guó)船檢, 2014(12):72-74.

[4]楊世知, 劉國(guó)立. 淺談應(yīng)用環(huán)保潤(rùn)滑油情況下的尾管軸承高溫現(xiàn)象[J]. 船舶, 2015(3):92-96.