船舶主機(jī)彈性聯(lián)軸器故障案例分析

孟相全

（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300459）

0 引言

某海洋石油輪是多用途工程船，船長70.56m，船舶型寬14.80m，型深7.00m。該船采用雙機(jī)雙槳可變螺距的推進(jìn)方式，具備DP2 定位，海上拖帶、油田守護(hù)、海上送料值班、海上消防及救生等功能。主機(jī)廠家MAN B&W，型號(hào)9L27/38，單機(jī)功率3060kW，額定轉(zhuǎn)速800RPM。高彈性聯(lián)軸器廠家VULKAN-VKG，型號(hào)RATO-S G051W，額定扭矩50kNm，允許轉(zhuǎn)速800RPM。

1 船舶高彈性聯(lián)軸器性能要求

從結(jié)構(gòu)視角，進(jìn)行高彈性聯(lián)軸器設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)應(yīng)滿足船舶柴油機(jī)帶動(dòng)螺旋槳傳遞扭力的能力，同時(shí)滿足承受扭振、縱振、耦合振動(dòng)的能力，具備柴油機(jī)在工作受力狀態(tài)下補(bǔ)償位移的能力。從“船、機(jī)、漿”配合視角，應(yīng)具備實(shí)用性，滿足目前船舶建造的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，高彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)模塊化，良好的船舶安裝工藝性。同時(shí)應(yīng)充分考慮船舶的特殊性，多用途工程船的機(jī)艙內(nèi)部設(shè)備多空間狹小，高彈性聯(lián)軸器要適應(yīng)方便拆卸和安裝。從船員使用視角，高彈性聯(lián)軸器應(yīng)具備良好的可靠、維修性，必須采用可靠性論證、仿真模擬、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證等流程。高彈性聯(lián)軸器的性能參數(shù)包括額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、許用變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

RATO-S 高彈性聯(lián)軸器是各個(gè)方向都具有彈性的橡膠聯(lián)軸器，主要由橡膠部件、膜片組件及連接件組成，聯(lián)軸器的所有連接元件間為無間隙安裝。聯(lián)軸器的使用環(huán)境溫度為-50～+80℃，橡膠部件的分開式結(jié)構(gòu)保證它有良好的散熱特性，純扭矩傳遞及金屬件與橡膠之間大的接觸面積可有效降低噪聲。所有部件需要遵從以扭振計(jì)算為基礎(chǔ)的值，以保證達(dá)到符合理想的動(dòng)態(tài)剛度和阻尼特性。

2 高彈性聯(lián)軸器故障分析

海洋石油某輪靠泊工況下采用主機(jī)定速模式，兩臺(tái)主機(jī)各自帶動(dòng)一臺(tái)軸帶。在2021年，右主機(jī)連接齒輪箱的高彈聯(lián)軸器撕裂，無法使用。

2.1 故障經(jīng)過

海洋石油某輪駕駛臺(tái)通知機(jī)艙備車，啟動(dòng)左右主機(jī)。兩臺(tái)主機(jī)經(jīng)逐步加速至額定轉(zhuǎn)速800PRM，軸帶發(fā)電機(jī)勵(lì)磁并給側(cè)推供電后，檢查各參數(shù)正常，主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)轉(zhuǎn)駕駛臺(tái)控制。船舶在正常靠泊作業(yè)時(shí)，突然機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出右主機(jī)綜合故障報(bào)警。值班輪機(jī)員聽見右主機(jī)聲音異常，按照應(yīng)急預(yù)案，按下控制臺(tái)上的右主機(jī)應(yīng)急停止主機(jī)按鈕，停止右主機(jī)。右主機(jī)停止后檢查高彈，發(fā)現(xiàn)高彈有橡膠塊脫落，高彈損壞。此時(shí)機(jī)艙內(nèi)已彌漫橡膠磨損味道，高彈紅外測(cè)溫溫度117℃。

2.2 故障分析

海洋石油某輪主機(jī)選用MAN B&W 的9L27/38型柴油機(jī)，與齒輪箱連接的高彈性聯(lián)軸器采用的是無錫伏爾康公司生產(chǎn)的RATO 系列高彈性聯(lián)軸器，主要由橡膠組件、膜片組件及連接件組成，主要作用是傳遞功率和扭矩，補(bǔ)充徑向、軸向及角向位移，補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)動(dòng)量的震蕩，調(diào)整系統(tǒng)自振頻率，從而起到保護(hù)主機(jī)、齒輪箱和軸系的作用。在實(shí)際使用過程中，基本不需要特別維護(hù)，日常檢查保養(yǎng)主要是每月檢查螺栓緊固情況、橡膠塊外表面狀況及軸系振動(dòng)等情況，一般在修船時(shí)進(jìn)行拆解檢查。造成這種故障的原因，右主機(jī)在800RPM、0 螺距的工況下，發(fā)生高頻游車現(xiàn)象，扭振、振幅急劇增大，超出聯(lián)軸器許可值而造成聯(lián)軸節(jié)撕裂。造成主機(jī)在800RPM、0 螺距的工況下，發(fā)生高頻游車現(xiàn)象的具體故障原因還需進(jìn)一步分析論證。停車后立即對(duì)右主機(jī)及齒輪箱系統(tǒng)做進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)右主機(jī)飛輪端高彈性聯(lián)軸器出現(xiàn)貫穿性裂紋，如圖1所示。

圖1 高彈聯(lián)軸器故障現(xiàn)場(chǎng)

2.3 故障處理

高彈性聯(lián)軸器對(duì)中調(diào)試，應(yīng)盡可能把對(duì)中調(diào)至最好狀態(tài)，特別是剛性安裝的船舶柴油機(jī)，在冷態(tài)下安裝高彈性聯(lián)軸器時(shí)，對(duì)中安裝公差值由設(shè)備廠家（高彈性聯(lián)軸器生產(chǎn)廠家）確定。安裝高彈性聯(lián)軸器需要同時(shí)滿足徑向、軸向、角度三方面的要求，如圖2 所示，測(cè)量調(diào)整如圖3 所示。

圖2 高彈性聯(lián)軸器對(duì)中要求

圖3 安裝高彈聯(lián)軸器滿足的三方面要求

安裝高彈聯(lián)軸器的橡膠部件之前，須進(jìn)行徑向、軸向和角度方向?qū)χ袡z查，按照式（1）、式（2）、式（3）進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果需滿足高彈性聯(lián)軸器安裝許用公差值：

徑向、軸向、角向、位移低于規(guī)定許用公差，要求如表1 所示。

表1 高彈性聯(lián)軸器安裝許用公差

2.4 采取措施

根據(jù)主機(jī)在800RPM、CPP 在0 螺距的工況下發(fā)生的高頻游車現(xiàn)象，聯(lián)系調(diào)速器WOODWARD 廠家的高級(jí)工程師，協(xié)調(diào)到船調(diào)試時(shí)間。同時(shí)聯(lián)系CPP 廠家工程師，委派自動(dòng)化工程師對(duì)CPP 控制箱及其系統(tǒng)和調(diào)速控制系統(tǒng)檢查。WOODWARD 服務(wù)工程師到船。裝備部人員、調(diào)速器廠家高級(jí)工程師與船上人員溝通，詳細(xì)地了解故障經(jīng)過及當(dāng)時(shí)主機(jī)等主要設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，制定調(diào)試方案，以及調(diào)試時(shí)的互相配合和注意事項(xiàng)。主機(jī)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試順利完成。

試車結(jié)束后召集輪機(jī)部人員召開安全會(huì)議，圍繞該船高彈存在的不穩(wěn)定因素，再次重申安全操作，加大機(jī)艙巡回檢查力度，強(qiáng)調(diào)備車時(shí)從主機(jī)啟動(dòng)至操控轉(zhuǎn)駕駛臺(tái)后用車的這個(gè)時(shí)間段，主機(jī)旁必須留專人值守。強(qiáng)調(diào)備車時(shí)的應(yīng)急處理措施。強(qiáng)調(diào)主機(jī)高彈聯(lián)軸器和調(diào)速系統(tǒng)的維護(hù)和檢查，把PMS 的維護(hù)保養(yǎng)落到實(shí)處。依據(jù)采油公司裝備部的意見，針對(duì)主機(jī)高彈故障問題，召開了“右主機(jī)高彈故障研討會(huì)”，參會(huì)人員主要有主機(jī)生產(chǎn)廠家（MAN B&W）、聯(lián)軸器生產(chǎn)廠家（VULKAN-VKG）、調(diào)速器廠家（WOODWARD 公司）、可調(diào)槳CPP 廠家（肖特爾公司）等專家以及海油系統(tǒng)內(nèi)專家。針對(duì)此次右主機(jī)高彈故障，深入分析造成故障的原因，總結(jié)以后使用保養(yǎng)的注意事項(xiàng)。高彈性聯(lián)軸器的故障不是單一故障，是一個(gè)系統(tǒng)性故障。經(jīng)綜合考慮分析，造船設(shè)備選擇“改以往單一供貨方式而向成套供貨方式發(fā)展”船舶推進(jìn)裝置，除了主機(jī)外，還需其他相關(guān)的傳動(dòng)設(shè)備，包括聯(lián)軸節(jié)、齒輪箱、離合器、軸系、艉軸密封裝置、螺旋槳、自動(dòng)控制設(shè)備等，由一個(gè)供應(yīng)商完成設(shè)計(jì)、制造、配套并交貨，易于做到動(dòng)力裝置配套合理，尤其方便安裝、調(diào)試及售后服務(wù)工作，對(duì)船廠和船舶所有人均有好處，這也是目前被船廠和船舶所有人采用的供貨模式。

3 高彈性聯(lián)軸器管理及優(yōu)點(diǎn)

高彈性聯(lián)軸器可以補(bǔ)償主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的中心位移（因振動(dòng)、沖擊引起的位置微量彈性變化）、緩沖和吸振從而實(shí)現(xiàn)減振降低噪聲。高彈性聯(lián)軸器具備十大優(yōu)點(diǎn)：允許一定的平行和角向不對(duì)中；傳遞功率；易裝拆；可以用作扭振減振器和吸收扭力沖擊；可減少由于不對(duì)中而造成的軸承橫向附加負(fù)荷；允許軸向有少許移動(dòng)，軸不對(duì)中時(shí)亦無推力從一側(cè)機(jī)械傳遞到另一側(cè)機(jī)械；彈性聯(lián)軸節(jié)與軸的剛性連接，不會(huì)對(duì)軸產(chǎn)生損壞或摩擦腐蝕；彈性元件能經(jīng)受內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量和溫度，不會(huì)影響周圍環(huán)境；在啟動(dòng)時(shí)，有助于機(jī)械越過振區(qū)內(nèi)產(chǎn)生不對(duì)中時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)；超負(fù)荷時(shí)彈性聯(lián)軸節(jié)先受損，可保護(hù)主機(jī)械不受損[1-4]。

4 結(jié)語

該故障表明，高彈聯(lián)軸器故障檢查，實(shí)際上是包括柴油機(jī)、調(diào)速器、變距槳等系統(tǒng)聯(lián)合的調(diào)試檢查，該故障使一線管理人員和機(jī)務(wù)管理人員形成了系統(tǒng)化的管理思維，對(duì)船舶建造中設(shè)備的采購，提出“單一供貨方式向集成供貨方式”轉(zhuǎn)變，有一定的參考價(jià)值。