某船中間軸彎曲故障診斷與修理

葉偉強(qiáng)，陳長青，郭德標(biāo)

(1.廣州航海學(xué)院，廣東廣州 510725;2.中遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)航運(yùn)有限公司，廣東廣州 510623)

某船中間軸彎曲故障診斷與修理

葉偉強(qiáng)1，陳長青2，郭德標(biāo)2

(1.廣州航海學(xué)院，廣東廣州 510725;2.中遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)航運(yùn)有限公司，廣東廣州 510623)

船舶軸系對中狀態(tài)直接影響軸承的壽命，并引發(fā)軸系振動;軸系對中對柴油機(jī)各傳動機(jī)構(gòu)正常工作影響很大。結(jié)合某船中間軸彎曲引發(fā)的故障案例，對其故障原因及修理展開分析，為同類故障診斷與修理提供借鑒。

船舶軸系;軸承負(fù)荷;中間齒輪;拐檔差

船舶軸系在運(yùn)轉(zhuǎn)中承受著復(fù)雜的負(fù)荷，主要有螺旋槳的轉(zhuǎn)矩及其產(chǎn)生的扭應(yīng)力，推力及其產(chǎn)生的壓應(yīng)力，螺旋槳和軸系部件的重量所造成的負(fù)荷及產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。同時船舶軸系還受主機(jī)工況變化、螺旋槳振動產(chǎn)生的附加應(yīng)力和附加負(fù)荷。因此如果軸系校中質(zhì)量不良，則會引起軸承加速磨損，甚至引起船體振動從而引發(fā)各種設(shè)備、零件的損壞，直接影響船舶的航行安全。影響軸系校中的因素是錯綜復(fù)雜的，但其主要影響因素有:軸系中各運(yùn)動件和固定件的加工精度，軸系安裝時的彎曲狀態(tài)，軸端法蘭因自重下垂，船體變形以及軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量等［1］。本文結(jié)合某船中間軸彎曲引發(fā)的故障案例，對其故障原因及修理展開分析，為同類故障診斷與修理提供借鑒。

1 事故回顧與原因分析

1.1 事故回顧

某船下水運(yùn)營2年，某航次?？肯ＥD某港口，例行檢查發(fā)現(xiàn)主機(jī)中間齒輪軸承異常磨損 (見圖1)，船方要求廠家派員抵港更換，當(dāng)時，廠家質(zhì)疑船方管理不善引發(fā)故障，但又缺乏證據(jù)。半年后，船抵中國營口港，廠家派員跟進(jìn)檢查又發(fā)現(xiàn)該更換后的中間齒輪軸承磨損嚴(yán)重。因此，廠家懷疑軸線對中不良引發(fā)傳動齒輪脈動超限致中間齒輪軸承負(fù)荷異常而導(dǎo)致磨損異常，后續(xù)發(fā)生一系列的事件即對此故障現(xiàn)象進(jìn)行了深入的分析。

圖1 某船軸系示意圖

1.2 中間齒輪軸承異常磨損原因分析

1)對中間齒輪軸承磨損的原因初步分析。由于懷疑軸線對中不良，廠家用承重法對推進(jìn)軸各軸承進(jìn)行測量，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。從表1可知，投入使用后的軸承負(fù)荷都比投入使用前的要低。經(jīng)對比分析與出廠值不符，因而懷疑軸線對中不良，見圖2。因此，通過調(diào)整推進(jìn)軸承的位置來調(diào)整驅(qū)動齒輪與中間齒輪的間隙。由于曲軸軸承難以調(diào)整，廠家建議調(diào)整中間軸承位置來滿足中間齒輪的間隙，調(diào)大間隙以補(bǔ)償軸系脈動產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷，以減少磨損。

表1 各軸承負(fù)荷

2)對齒輪軸承磨損的進(jìn)一步分析。根據(jù)承重測量結(jié)果推斷軸線對中不良的判斷，為了進(jìn)一步證實(shí)這判斷，公司機(jī)務(wù)部門提出在曲軸不同角度來測各軸承的承重，結(jié)果出乎意料的是每個角度測得數(shù)據(jù)皆不相同，同時在某些位置測得個別軸承的承重負(fù)荷為無限大 (超出推進(jìn)承軸本身自重)。這種結(jié)果，只有在推進(jìn)軸彎曲的情況下才會出現(xiàn)此種情形，因而推斷，推進(jìn)軸系 (艉軸和/或中間軸)極有可能彎曲。

3)檢測推進(jìn)軸彎曲程度。根據(jù)測量結(jié)果，對軸系負(fù)荷的調(diào)整過程中始終達(dá)不到預(yù)想的效果，經(jīng)分析只有在艉軸和中間軸變形撓曲的情況下才會出現(xiàn)調(diào)整過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象。同時，發(fā)現(xiàn)艉軸前端軸承磨損嚴(yán)重，更進(jìn)一步說明可能是由于推進(jìn)軸彎曲所致 (軸線對中不良也不能完成排除)。經(jīng)過對中間軸擺動量檢測，單邊達(dá)到0.95 mm。本船7 m軸長，擺動量0.14～0.35 mm。主機(jī)中間齒輪 (過橋齒輪)與凸輪軸齒輪的齒隙也變小，只有0.06～0.16 mm，正常情況下應(yīng)該是 0.21～0.31 mm［2］。在對曲軸拐檔進(jìn)行反復(fù)測量中，發(fā)現(xiàn)在軸系連接螺栓安裝的情況下，主機(jī)第6道拐檔差達(dá)到-0.245 mm，超過正常許用值-0.15 mm(見圖3)，而在拆掉中間軸連接螺栓的情況下，主機(jī)第6道拐檔差滿足要求，恢復(fù)到-0.08 mm。至此確認(rèn)推進(jìn)軸系(艉軸和/或中間軸)的變形確實(shí)存在，需要校正。

2 修理方案的確定

由于兩處軸承磨損完全可以確定是推進(jìn)軸彎曲所造成。那么推進(jìn)軸彎曲到底是裝船之前 (如在儲運(yùn)過程中受力不均或受外力沖擊造成)彎曲還是裝船之后由于動力釋放造成的彎曲。為了查找推進(jìn)軸彎曲真正原因，機(jī)務(wù)部門確定對軸線重新對中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)主機(jī)曲軸軸線不正。據(jù)此可推斷，該推進(jìn)軸應(yīng)是裝船前即彎曲，為了與此相匹配在安裝過程對主機(jī)軸線位置進(jìn)行了調(diào)整并與之相適應(yīng)，至此真相大白。而推進(jìn)軸裝船前彎曲原因超出本文范圍，為避免法律糾紛不予討論。

2.1 修理方案的重點(diǎn)

1)對彎曲的推進(jìn)軸 (中間軸)進(jìn)行校正。

2)對主機(jī)機(jī)座重新調(diào)整進(jìn)行軸線對中。

圖2 軸系對中推算圖

圖3 汽缸拐檔差示意圖

3)對中間齒輪的間隙進(jìn)行調(diào)整。這里重點(diǎn)說明中間軸彎曲校正的方法選擇，一般的校正方法有火攻、冷壓和車削。而火攻及冷壓會產(chǎn)生應(yīng)力問題，且缺乏相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，尤其火攻會改變材質(zhì)的金相組織，無法滿足其強(qiáng)度應(yīng)力要求，因此確定用車削的方法進(jìn)行校正，中間軸的直徑320 mm，經(jīng)計(jì)算其許用最小直徑為312 mm［3］，實(shí)際校正過程中僅是軸的直徑加工至318 mm，并對其法蘭表面進(jìn)行加工校正，重新按規(guī)范進(jìn)行適配。

2.2 具體修理方案［4－5］

1)船舶進(jìn)塢，抽出中間軸和艉軸，吊出機(jī)艙進(jìn)廠進(jìn)行中間軸、艉軸的中心線校中 (按照CCS規(guī)范要求)，法蘭端面垂直度校正。

2)艉軸承檢查測量，如果磨損超過最大間隙，需要更換艉軸管。

3)進(jìn)行艉軸管中心線與主機(jī)曲軸中心線的對中檢查，如果中心線偏差超過1.87 mm(主機(jī)曲軸中心線低于艉軸管中心線)，還要進(jìn)行主機(jī)高度的調(diào)整。

4)二次進(jìn)塢進(jìn)行安裝，軸系中心線調(diào)整，各軸承負(fù)荷調(diào)整，主機(jī)曲軸拐檔差調(diào)整 (以上調(diào)整均調(diào)整到規(guī)范允許范圍以內(nèi))。

5)主機(jī)中間齒輪 (過橋齒輪)間隙重新調(diào)整到規(guī)范允許范圍內(nèi)。

3 結(jié)束語

綜上所述，可以得到如下結(jié)論:推進(jìn)軸 (中間軸)彎曲是引發(fā)中間齒輪軸承和艉軸前端軸承異常磨損的直接原因，同時還發(fā)現(xiàn)主機(jī)安裝軸線對中不良這個安全隱患。因此，建議在造船過程中，對軸系和機(jī)座安裝，修、監(jiān)造人員必須按規(guī)范要求安裝和測量相關(guān)數(shù)據(jù)，不可掉以輕心。船舶營運(yùn)過程中定期檢查相關(guān)軸承狀態(tài)及間隙，及時發(fā)現(xiàn)問題，防止出現(xiàn)更大的事故。此外，建議船舶檢驗(yàn)部門修改相關(guān)檢驗(yàn)規(guī)范，例如從曲軸不同轉(zhuǎn)角來測量各軸承的承重，及時發(fā)現(xiàn)問題，消除隱患。

［1］林在映.某船艉軸系失中故障診斷與修理［J］.中國修船，2013，26(2):10-13.

［2］ 《輪機(jī)工程手冊》編委會.輪機(jī)工程手冊 ［M］.北京:人民交通出版社，1992.

［3］中國船級社上海規(guī)范所.鋼制海船入級規(guī)范 ［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［4］CB/T 3420—1992，船舶軸系修理裝配技術(shù)要求 ［S］.

［5］CB/T 3417—1992，船舶尾軸、中間軸、推力軸及聯(lián)軸器修理技術(shù)要求 ［S］.

The shaft alignment directly affects the prolonging bearings and causes shafting vibration.The shaft alignment influences on diesel engine transmission working normally.The fault case causes by intermediate shaft bending of a ship.Analyze the failure cause and repair process.And serve as a reference to the same problem.

marine shafting;bearing load;intermediate gear;crank deflection

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.04.009

葉偉強(qiáng) (1963-)，男，廣東惠州人，副教授，碩士，研究方向?yàn)檩啓C(jī)工程及輪機(jī)新技術(shù)應(yīng)用。

2015-05-19