某船主推進裝置故障檢修過程分析與排除

李瑞宏

(湛江海濱船廠，廣東 湛江 524005)

1 故障現象

某船采用減振聯軸裝置的新型減振方式實現減振。近期一次廠修前，該船高工況航行時，左、右主機及軸系均有較為明顯的異常振動，船員反映在近4年使用中，因為振動，左主機第六檔B列基座橫向固定螺栓1支斷掉，右主機第七檔A列基座橫向固定螺栓1支斷掉，左、右主機基座橫向固定螺栓斷掉位置示意圖如圖1所示，需要結合本次廠修排除該故障。

圖1 左、右主機基座橫向固定螺栓斷掉位置示意圖

2 主推進裝置基本構成

該船主推進裝置是由柴油機、減振聯軸裝置、齒輪箱、推進軸系支點軸承和調距槳系統組成。其中，減振聯軸裝置是由萬向聯軸器、中間支點軸承及減振器、高彈性聯軸器[1]3大部件組成。

3 故障情況及分析

為排除主推進裝置振動故障，首先運用烏龜圖明確過程方法中的各項輸入和輸出要素，處理問題過程烏龜圖見圖2，進而充分收集主推進裝置的相關數據，并使用分層法對各種數據和可能因素分別加以分析、研究，從修前勘驗、拆前檢查測量、拆檢鑒定、原因分析4個方面跟蹤查找故障原因。

1)修前勘驗。動態勘驗表明，當左主機轉速為987 r/min、槳對應螺距比為94%和右主機轉速為983 r/min、槳對應螺距比為93%時，軸系振動值超標，主機振動值也偏高，不能長時間運行。

圖2 處理問題過程烏龜圖

2)拆前檢查測量。拆修主機前，測量左、右主機曲柄臂距差(開檔差)[2]，左主機第一檔垂直方向曲柄臂距差為+0.007 5 mm(計算值)，超出0～-0.130 mm的標準要求；右主機第一檔垂直方向曲柄臂距差為+0.035 mm(計算值)，超出0～-0.130 mm標準要求，其余各檔在標準范圍內。第一檔曲軸臂距差數值為正，說明主機軸線低于中間支點軸承軸線，不符合標準要求。

3)拆檢鑒定。拆檢關聯圖如圖3所示，運用圖3對主推進裝置各部件進行逐一檢查測量，細化拆檢鑒定過程。6個方面拆檢鑒定情況如下。

圖3 拆檢關聯圖

(1)主推調距槳裝置使用狀況正常。經檢查，左、右螺旋槳槳葉沒有缺損、變形等缺陷，使用狀況良好。對左、右螺旋槳槳葉上的FKB(F為最大正車止檔位置，K為設計螺距位置，B為最大倒車止檔位置)標記線與配油器機械指針刻度進行校對檢查，檢查數據正常。

(2)艉軸和艉軸賽龍軸承間隙符合要求。用塞尺原位檢查測量艉軸和艉軸賽龍軸承間隙，配合間隙符合要求。

(3)艉軸中間支點軸承使用狀況正常。原位檢查測量中間支點軸承間隙，軸瓦的工作表面使用狀況良好，配合間隙符合要求。

(4)齒輪箱使用狀況正常。左齒輪箱拆箱體觀察孔，檢查齒輪工作表面，齒輪工作狀況良好。右齒輪箱拆上蓋，吊出車轂，檢查剎車片和齒輪，剎車片和齒輪工作狀況良好。

(5)主機與中間支點軸承軸線對中數據超標。在拆卸主機高彈性聯軸器和萬向聯軸器后，以中間支點軸承的短軸為基準，測量中間支點軸承與主機的對中情況，在直徑230 mm位置測得數據超出“徑向對中(外圓)允差為±0.50 mm，角向對中(平面)允差為±0.25 mm/230 mm”的標準要求，調整前的主機與中間支點軸承軸線測量值見表1。

表1 調整前的主機與中間支點軸承軸線測量值 mm

2臺主機與中間支點軸承軸線對中測量數據均不滿足《高彈性聯軸器安裝使用維護說明書》的對中要求，說明2臺主機與中間支點軸承軸線調整前的對中情況不理想。

(6)主機及隔振器檢查情況。外觀檢查左、右主機隔振器橡膠表面，沒有裂紋、老化等現象，使用狀況正常。拆檢左、右主機各12套活塞環，發現活塞環嚴重異常磨損，活塞環的側面磨成臺階，活塞環表面存在麻點；右主機A1缸的第4道油環斷裂，B5缸的第3道氣環、第4道油環斷裂。左主機A6、B5缸和右主機A1、A3、A4、A6、B5、B6缸汽缸套的活塞行程區域異常磨損0.24 ～0.65 mm，磨成臺階；其余16個汽缸套內壁有明顯的縱向拉痕，工作狀態不好。左、右主機16個缸的噴油器啟噴試驗時，發現噴油器滴油或霧化不良，其余8個噴油器啟噴試驗正常。

4)原因分析。該船的高彈性聯軸器、中間支點軸承、萬向聯軸器3個部件軸線的對中方式較為特殊，技術要求高。通過對拆檢情況、測量數據、減振聯軸裝置、主機隔振裝置固有結構進行層層分析，確定2臺主機、軸系運行時振動異常的主要原因如下。

(1) 不同于其他船柴油機剛性機座安裝或公共機架隔振器安裝，該船主機的安裝方式較為特殊，主機座采用單層隔振器的彈性安裝，每臺主機共裝設8個橡膠隔振器，這種設計有利于消除主機工作時產生的振動，但是對主機的對中安裝工作影響較大。因為主機基座與船體基座間的隔振器為橡膠部件，其受載荷后變形較大，且性能隨著使用時間變長會逐漸變差，造成主機整體下降，導致主機、高彈性聯軸器、中間支點軸承、萬向聯軸器、齒輪箱軸線對中狀況變差。

(2) 對裝有橡膠隔振器的柴油機，考慮到新安裝隔振器的壓縮變形，按規范應使柴油機軸線高于中間支點軸承軸線，但其高出量不能超過徑向對中允差。因此，有可能柴油機上船安裝時沒有控制好軸線的高出量，導致使用一段時間后軸系對中出現超差的情況。

(3) 主機活塞環、汽缸套存在異常磨損，噴油器霧化不良，會導致主機工況不均，尤其是在高負荷時，主機各缸爆炸壓力不均勻，使主機產生不均勻的振動[3]，進一步導致軸系異常振動，以及主機基座橫向固定螺栓斷掉。

4 故障排除及實施

結合該船主推進裝置固有結構特點以及對中數據進行分析，若采用傳統的方法，分別單獨對高彈性聯軸器與中間支點軸承安裝對中，或者中間支點軸承與萬向聯軸器安裝對中，短時間無法糾正原有的對中偏差，甚至需要移動主機或齒輪箱來調整，工作量非常大，修理周期無法保證。

考慮到修前測量的數據偏差不算很大，經多次計算確認，可在不移動主機或齒輪箱的情況下，通過調整中間支點軸承來滿足對中要求，具體實施過程如下。

1) 更換主機全部噴油器噴嘴，以及左、右主機各12缸的汽缸套和活塞環。主機各部件裝復完整后，拆卸外圍主管系附件(如排氣管，滑油、燃油管，海、淡水管等)的聯接管，安裝淡水管和滑油管法蘭封板，加注滑油、淡水，待主機隔振器在主機自重預壓足夠長時間、靜變形穩定，即后續蠕變非常小后，再進行對中。

2) 左、右齒輪箱各部件裝復完整后，拆卸齒輪箱外圍主管系附件(如滑油、冷卻水管等)的聯接管，安裝冷卻水管和滑油管法蘭封板，加注滑油、冷卻水，再進行對中。

3) 制作用于萬向聯軸器對中用的等長(即L1=L2)的雙針尖式對中工具一對，雙針尖式對中工具示意圖如圖4所示。用雙針尖式對中工具對中間支點軸承與齒輪箱間的萬向聯軸器進行對中。

(a)主動端 (b)從動端圖4 雙針尖式對中工具示意圖

4) 為盡量消除由于因加工(主機飛輪或中間支點軸承法蘭等)引起的同心度和平行度誤差的影響，在每次對中測量時，主、從動軸都旋轉90°，然后測量第2點，一圈共測量4點。對高彈性聯軸器與中間支點軸承、中間支點軸承與萬向聯軸器進行同步對中，對每座中間支點軸承的8塊基座鋼質墊片進行打磨調整，改變基座鋼質墊片高低及傾角，并對中間支點軸承前后左右移動調整，使主機高彈性聯軸器、中間支點軸承、萬向聯軸器3種部件的軸線對中都符合標準要求。

5) 重新對中間支點軸承4塊基座鋼質墊片配鉸定位孔，加工配鉸定位螺栓，并擰緊4支配鉸的定位螺栓。再擰緊其余4支松配的基座緊固螺栓。

6) 再次對主機高彈性聯軸器、中間支點軸承、萬向聯軸器進行對中檢查，調整后的主機齒輪箱與中間支點軸承軸線對中數據符合“專用對中工具兩尖端的不對中度不大于2 mm，用卡尺或鋼皮尺測量，目測即可”的標準要求，調整后的主機齒輪箱與中間支點軸承軸線測量值見表2。調整后的主機與中間支點軸承軸線測量值見表3。

7) 裝復高彈性聯軸器、中間支點軸承和萬向聯軸器后，對左、右主機曲軸臂距差測量檢查，測量左、右主機曲柄臂距差(計算值)：左主機第一檔垂直方向曲柄臂距差為-0.020 mm，符合標準要求，其余各檔在標準范圍內；右主機第一檔垂直方向曲柄臂距差為-0.010 mm，符合標準要求，其余各檔在標準范圍內。

表2 調整后的主機齒輪箱與中間支點軸承軸線測量值 mm

表3 調整后的主機與中間支點軸承軸線測量值 mm

5 驗證情況及效果分析

該船主推進裝置裝復完整后，進行了3天修后航行試驗，試驗情況如下。

1)主機100%負荷時，雙機進10，左主機進10工況：轉速是994 r/min，對應槳角或螺距比是95%。右主機進10工況：轉速是987 r/min，槳對應螺距比是97%，2臺主機及軸系工作平穩。

2)主機110%負荷時，雙機進10，左主機進10工況：轉速是994 r/min，對應槳角或螺距比是97%。右主機進10工況：轉速是987 r/min，槳對應螺距比是99%，2臺主機及軸系工作平穩。

該船修理完工出廠后，經過1年多航行驗證，左、右主推進裝置各種工況的振動情況正常，表明該故障徹底排除。

6 結束語

該船主推進裝置的減振聯軸裝置是較為先進的減振設計方式，這種新型設計有利于消除柴油機工作時產生的振動，但是對主機的對中安裝工作要求較高。本文采用合理對中方法，通過調整中間支點軸承對高彈性聯軸器和萬向聯軸器的軸線偏差進行彌補、改善，以最短的時間完成了主機高彈性聯軸器、中間支點軸承、萬向聯軸器的對中工作。在修理過程中，合理運用過程方法、分層法、因果分析法等統計方法，排除了主推進裝置振動故障，對解決船舶類似故障具有重要的參考意義。