某拖船中間軸承高溫故障分析與排除

孫潤哲

(中國船級社天津分社，天津 300457)

船舶推進軸系連接主機和螺旋槳，一方面將主機功率傳遞給螺旋槳，另一方面將螺旋槳產生的軸向推力傳遞給船體，從而推動船舶前行[1]。軸系主要由軸承、傳動軸及其它附件組成，其工作性能直接決定了整個推進裝置性能的好壞，本船主動力裝置復雜，軸系運行好壞取決于中間軸承受力情況[2]。本文在介紹中間軸承高溫故障處理的基礎上，分析了故障原因，最終形成了修理方案并解決了問題。

1 故障現象

本船為采用雙機雙槳驅動的全回轉拖船，左、右軸系對稱布置[3]，其Z型推進軸系通過彈性連軸節連接主機，軸系軸承采用SKF雙列調心滾子軸承。從主機到舵機依次設有5道軸承，軸系布置如圖1所示。該船在航行試驗過程中，以右舷軸系為例，當主機以不同轉速運轉時，測得各軸承溫度如表1所示。

圖1 軸系布置圖

由表1知，當主機轉速為750 r/min時，右軸系4#軸承平均溫度達到了94.25 ℃，明顯高于其它軸承平均溫度，雖然符合“安裝技術說明”中規定的軸承溫度極限值120 ℃，但是明顯高于服務商提供的經驗值，即軸承溫度一般不超過環境溫度的30～40 ℃(當時機艙環境溫度約為40 ℃)。當主機轉速達到774 r/min后，4#軸承溫度達到100 ℃，并無下降趨勢。經與船東商量，決定查找軸承溫度高的原因并解決。

表1 不同轉速下各軸承溫度

2 故障原因分析

2.1 原因分析

軸承存在高溫的現象，有很多方面原因[4]，經綜合分析大致有以下幾點。

1)軸系水下對中時沒有按照廠家要求進行，各對中參數超出了廠家允許的范圍值，進而造成各軸承偏心及負荷不均。

2)各軸承基座架強度不夠，在負荷變化的時候會產生大的振動，造成軸系中心線偏移。

3)航行試驗壓載不合理導致船體發生了較大扭曲變形，進而使軸系中心線產生變化。

4)軸承采用固態潤滑油，加油過量、漏加油、添加不正確牌號滑油或者有異物進入摩擦副空間，都會破壞油膜建立，從而不斷積累摩擦生熱，導致軸承溫度逐漸上升。

5)軸承存在軸向和徑向間隙，并且二者有一定正比例關系。軸承主要用于承受徑向載荷和較大的軸向載荷，徑向載荷承載能力越高，越適用于在振動或者重載情況下工作，當軸承軸向和徑向間隙減小時，會使軸承負荷集中，并且導致軸承潤滑油減少，出現潤滑不良、散熱不好的問題，進而引發軸承高溫。

2.2 故障排查

針對可能引發故障的各項原因，我們逐項進行了排查。

1)該軸系的理論中心線是通過拉線法確定的，軸系所有軸承實際中心線與理論軸系中心線重合安裝，軸系中所有法蘭的曲折與偏移值嚴格符合校中計算書的規定。

2)該軸系軸承采用固態潤滑油，油量由廠家定量添加，打開軸承蓋與服務商一同檢查后，未發現存在過量或者漏加油現象，軸承外圈和軸承外殼內圈狀態如圖2所示，同時未發現有異物進入摩擦副空間。

(a)軸承外圈 (b)軸承外殼內圈

3)航行試驗經過穩性計算，左右舷對稱壓載，盡量使船體各結構受力均勻，避免船體結構的扭曲變形。

4)對于該滾子軸承，其軸向方向由于已被鎖緊螺母固定，所以其本身的軸向間隙不會發生改變，對該中間軸承徑向間隙進行測量，用塞尺檢查滾珠與外圈的間隙，發現該中間軸承的徑向間隙數值是0.15 mm(0.15 mm的塞尺可以塞進并能旋轉1周，0.17 mm的塞尺不可以塞進并無法旋轉)。根據軸的直徑170 mm(在160～180 mm之間), 可以從滾珠與外圈的間隙推薦值表查得間隙應該是(0.15±0.01) mm,故軸承徑向間隙正常。

5)最終將問題的焦點放在了軸承基座上，通過服務商提供的安裝說明書,發現廠家推薦的軸承支架安裝后外形高度較低且支架四周均采用外“八”字形加固，軸承基座示意圖如圖3所示，但實際上該船軸承座支架偏高，而且支架結構在沿軸系方向上采用半“八”字形結構。進而初步懷疑該基座支架的強度不夠，并且該軸系的軸承使用的是SKF雙列調心滾子軸承，軸承廠家要求軸承的軸向和徑向振動值都不要超過10 mm/s。服務商對軸承振動值進行了測量，發現4#中間軸承徑向振動值超標，甚至達到了18 mm/s，嚴重超出了軸承廠家的允許值。

(a)側視圖 (b)正視圖

找到故障原因后，經過與船東、服務商協商，決定對軸承座強度進行整改加強。由于4#中間軸承的基座周圍有管路，所以采取焊接固定板并橫拉至隔艙墻板的辦法，中間軸承基座加強示意圖如圖4所示，對于其它中間軸承也進行了加強，對于下面有油艙的中間軸承則采取間隙焊，分多次焊接，這樣既能達到加強的效果，又能防止船體變形和安全事故。

圖4 中間軸承基座加強示意圖

2.3 修理效果

軸承座加強固定完畢后，重新進行了航行試驗，當主機以不同轉速運轉時，測得各軸承(以右舷軸系為例)溫度如表2所示。

表2 加固后,不同轉速下各軸承溫度

由表2知，當主機轉速為750 r/min時，右舷軸系4#軸承平均溫度為62 ℃，相較于軸承基座固定加強前的平均溫度下降了約34.2%，軸承負荷得到了顯著改善。當主機轉速達到770 r/min后，該4#軸承溫度僅達到70 ℃，也無上升趨勢，而且軸承振動值為9 mm/s，符合廠家要求。船東、服務商均對本次基座整改加固結果表示滿意。

3 結束語

造成中間軸承溫度高的原因有很多，由于該船軸承基座未按照廠家建議設計安裝，導致軸承基座強度不夠。當負荷發生變化時，會產生較大振動，使軸承應力集中、局部負荷急劇增加，進而導致軸承高溫。通過焊接固定板的方法對軸承基座進行了強度加固，從而消除了中間軸承高溫的故障。作為船舶行業從業人員，必須積累豐富的工作經驗和技術，才能保證船舶設備的正常安全運轉[5]。