船舶主發電機非驅動端軸承增加潤滑泵的必要性

王福泉

摘 要：為了實現5000T起重鋪管船的DP3功能，必須采用電力推進，同時還有起重，鋪管等大功率設備，因此需要電站及時輸出適當功率而達到系統平衡。為符合此要求，柴油機設立了慢轉功能，相應的發電機軸承也必須要建立慢轉條件下的良好潤滑。

關鍵詞：柴油發電機組；慢轉；發電機非驅動端軸承；壓力潤滑

中圖分類號：TK42 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）4-0060-02

1 背景

煙臺5000T船是一艘具有DP3動力定位全電力推進的起重和深水鋪管船（DPV）。根據本船具備的13種工況（包括故障模式下的工況），每一種工況下具有不同的使用功率，這樣就需要電站輸出相應的功率來滿足不同的工況。為了實現主發電機組的快速響應，瓦錫蘭進行了功能補加。由此需要探討西門子發電機非驅動端軸承在慢轉下的潤滑狀況。

2 柴油發電機組的配置情況

2.1 瓦錫蘭柴油機工況的配置

（1）本船采用的6臺主柴油機是瓦錫蘭12V32型號四沖程柴油機，輸出功率6960KW/750轉。為保證備用柴油機組快速投入電網，瓦錫蘭設備廠商制定了主柴油機快速啟動的措施，所有主柴油機均配置了慢轉功能。

（2）當本船的柴油機處于自動備用狀態時，每隔30分鐘使慢轉電磁閥CV331通電20秒，節流降壓的壓縮空氣進入氣缸，驅動柴油機以6r/min的速度慢轉，具體見圖1所示。

（3）通過柴油機慢轉，運動副表面建立了良好的油膜，使柴油機能夠快速啟動；同時可以避免柴油機由于某些故障而冒然啟動引起的液擊。

（4）當慢轉功能由于某些原因導致過載等故障時，會產生慢轉故障報警同時發出應急停車信號，阻塞柴油機的啟動，提示管理人員進行柴油機等相關設備的檢修。

2.2 西門子發電機軸承潤滑系統的配置

西門子發電機采用六臺6600KV，6680KW的發電機，其兩端軸承均采用德國RENK公司的EF系列滑動軸承，其軸承配置情況如下：

在發電機非驅動端采用使用RENK公司法蘭式滑動軸承，其型號為EFNLQ，該軸瓦在瓦殼內澆注有RENK V6 熱金屬（一種鉛制軸承金屬）作為軸承襯；為適應重型設備的工作，采用厚壁軸瓦，好處是在現場可以重新澆注軸承襯。軸承內部由于無推力塊（非定位軸承），是一個浮動滑動軸承；同時內部裝有油環，完全靠油環轉動來潤滑滑動軸承。

而發電機驅動端比非驅動端只多出了一副推力軸承。由于該推力軸承的止推面是兩塊組合的浮動鍥形面，廠家要求安裝循環潤滑的油泵。因此軸承內部不但有油環潤滑各個部件，還通過外部壓力潤滑系統進行潤滑推力塊等部位。另外，該油泵還通過裝有冷卻器進行滑油的冷卻，以保證滑油合適的粘度。

3 西門子發電機的配置不足之處及可能造成的隱患

3.1 發電機軸承潤滑

兩個運動面之間形成的流體膜的種類決定了滑動軸承的承載能力，該流體膜的形成與兩個因素有關：①滑動軸承的結構；②軸承支撐的轉軸轉速。軸承具有三種運行狀態，分別是邊界潤滑狀態、混合膜潤滑狀態和完全油膜潤滑狀態。

邊界潤滑狀態。邊界潤滑狀態是指邊界潤滑的滑動面間只有一層極薄的邊界膜存在，其厚度一般處在1.25um以下，強度很低，相對滑動時兩個表面的接觸次數會很高，所以摩擦系數比較大。通常其相對速度小于0.05m/s。則兩個表面的摩擦系數一般在0.05～0.15之間。

混合膜潤滑狀態。混合膜潤滑狀是指處于完全油膜運行狀態與邊界潤滑運行狀態之間的運行方式，該潤滑膜厚度一般在1.251um～2.51um之間，在這個厚度下不能完全使滑動面分離。這種潤滑狀態要求滑動面間相對滑動速度范圍在0.05～0.13m/s，兩表面間的摩擦系數一般在0.005～0.05之間，軸承在運行過程中溫升比較高，磨損也隨之增大，這樣會減少軸承的壽命。

完全油膜潤滑狀態。完全油膜潤滑狀態是指潤滑時產生一個相對滑動面的完全隔離，運動兩摩擦面間完全被一層潤滑膜隔開，潤滑膜的厚度一般在2.5um以上。根據相關試驗數據與實際經驗，數據表明其表面相對滑動速度一般應超過0.13m/s。運動副兩表面間的摩擦系數一般在0.001～0.005之間。

3.2 動壓潤滑

產生液體動壓潤滑的條件是：①兩表面間的間隙是收斂的（這一間隙實際很小），即兩個摩擦表面必須形成鍥形；②潤滑劑有適當的粘度；③兩摩擦面有足夠的相對運動速度。

本船瓦錫蘭柴油機慢轉時，由于非驅動端軸瓦使用油環潤滑方式，根據有關資料介紹油環潤滑方式只適用于50～2000r/min范圍的轉速，而本船柴油機以6r/min速度慢轉，因此不能保證油環及時將滑油送到軸瓦處，也就不能在軸瓦處形成足夠隔開兩摩擦表面的油膜，即不能夠形成完全油膜潤滑，容易出現磨損，即使制造軸瓦或軸承襯選用能在直接接觸條件下工作的滑動軸承材料，在如此頻繁慢轉下也不可避免地產生磨損。

另外，柴油機慢轉時，由于該軸瓦對應的軸徑為225mm，柴油機慢轉速度為2r/20S，由此可以計算出其相對速度約為0.07m/s，從上述潤滑方式提供的數據可知，此時軸承處于混合膜潤滑狀態，也證明了發電機非驅動端軸承在慢轉下不能得到良好的潤滑。

4 解決方案

對于西門子發電機非驅動端只有油環潤滑的情況下，為滿足柴油機的慢轉功能，必須在非驅動端采取相應的措施。

4.1 解決措施一：采用靜壓潤滑方式潤滑發電機軸承

靜壓軸承是利用靜壓潤滑原理潤滑的滑動軸承。通過外部壓力油把主軸支承起來，在任何轉速下（包括起動和停車）軸頸和軸承均有一層油膜分離摩擦表面，與軸的轉數和油的粘度無關，摩擦副處于流體潤滑狀態，不發生金屬接觸。因此有極低的摩擦，其摩擦系數為0.0003～0.001。流體靜壓軸承的優點在起動時為流體摩擦、幾乎沒有磨損。因此這種模式完全滿足柴油機的慢轉下的軸承潤滑，也是最好的潤滑方式。

采用該種潤滑方式，需要更換軸承裝置，因為該軸承裝置僅適用于動壓潤滑；同時還要使發電機軸瓦處的軸有油孔。軸承裝置改動比較大。

4.2 解決措施二：在軸承端增加滑油頂驅裝置

在發電機軸承裝置附近加裝滑油壓力頂驅裝置，當發電機不管慢轉還是正常啟動時，頂驅裝置會自動將具有一定壓力的滑油送到軸瓦處，將轉子頂起，使油膜分布在軸瓦處。不足之處是必須提高柴油機運轉速度，使軸承處的相對速度達到0.13m/S以上，才能符合完全油膜潤滑狀態；但這時增加了柴油機慢轉的耗氣量。

4.3 解決措施三：增加外部壓力潤滑系統

如圖3所示，西門子發電機非驅動端采用外部壓力潤滑，在右端是外部壓力滑油進口，直接將滑油送到上下瓦搭扣處。柴油機慢轉時，不僅彌補了油環潤滑的不足；同時由于軸瓦處具有相對流速的滑油，也提高了發電機的潤滑方式。由于該潤滑方式是動壓潤滑，為保證軸瓦處油膜的良好建立，需要外部滑油泵一直運行保持潤滑，直到發電機啟動后才能停止運轉。

5 結論

發電機要符合慢轉工況，必須改進其軸承的潤滑狀態，否則在頻繁的慢轉次數下會縮短發電機軸承的壽命。柴油機與發電機組合時，兩個設備廠家并沒有針對本船的工作性質而進行設備的優化，也就是沒有對兩個設備的細節進行通盤考量。通過我們電氣監造人員的及時發現和提醒，廠家進行了設備改進，使發電設備得到進一步完善。