船舶艉管軸承高溫原因及對策淺析.doc

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要本文剖析了我公司為丹麥A.P.MORLLER公司承建的11萬噸成品油輪（系列船之一）在航海試驗中出現(xiàn)的艉管后軸承高溫報警的原因、分析借鑒了“TID”專家為解決此問題所采取的整改措施、闡明了簡化工藝和正確解決這一問題的科學(xué)方法，同時對軸承材料的掌握和控制提出了相關(guān)的建議。主題詞 軸承材料 軸線調(diào)偏 軸承間隙 自主控制1、前言幾年來，我公司為丹麥A.P.MORLLER公司承建的11萬噸成品油輪至今已經(jīng)幾次出現(xiàn)了艉管軸承高溫報警的異常情況，引起了公司質(zhì)檢部門、技術(shù)部門以及公司領(lǐng)導(dǎo)的強(qiáng)烈關(guān)注。為了迅速扭轉(zhuǎn)這一被動局面，杜絕后患，本文針對該船出現(xiàn)的艉管后軸承高溫報警以及“TID”專家為解決此問題所采取的整改措施進(jìn)行深入的典型剖析，以求找準(zhǔn)原因、探索科學(xué)合理的符合“節(jié)約和簡化”原則的解決方案，為后續(xù)船的成功建造提供可靠的技術(shù)保障。同時，本文若能對本行業(yè)的同仁們有所啟迪，本人將不勝欣慰。2、對艉管后軸承高溫報警相關(guān)問題的分析2.1、艉管后軸承磨痕狀況描述該船艉管后軸承是由后/后、后/中、后/前三段組成的，每段長420mm，總長為1260mm。當(dāng)螺旋槳、艉軸拆除之后，艉管后軸承表面所呈現(xiàn)的磨合情況為，后/后段軸承的內(nèi)孔表面沿縱向方向存在兩段較為明顯的發(fā)黑磨痕：一段是在距軸承后端約150mm的長度范圍內(nèi)，磨痕部位是在軸承內(nèi)孔的下部位置，約有180mm寬；另一段是在該段軸承剩余的長度范圍內(nèi)（約270mm），所呈現(xiàn)的發(fā)黑磨痕是一個完整的園環(huán)狀磨痕。而艉管后軸承的后/中和后/前兩段內(nèi)孔表面卻沒有呈現(xiàn)出明顯的磨痕，顏色清淡。2.2、原因分析（1）通常，艉軸在靜止或低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，其中心線在艉管內(nèi)呈現(xiàn)上拱狀態(tài)，這是所有船型的艉軸在艉管內(nèi)的安裝狀態(tài)所呈現(xiàn)出的共性。因此，其軸頸與艉管軸承之間的接觸部位將會出現(xiàn)在艉管前軸承靠近前端的底部和艉管后軸承靠近后端的底部，是屬正常狀態(tài)。而隨著主機(jī)轉(zhuǎn)速的逐漸升高，艉軸中心線也逐漸由上拱狀態(tài)向平直狀態(tài)轉(zhuǎn)化。在這種情況下，艉軸軸頸與艉管軸承之間的接觸部位也會由艉管兩端逐漸向中部擴(kuò)展，軸頸與軸承之間的接觸面積迅速增大，這時，艉軸轉(zhuǎn)速增高、與軸承的接觸面積增大，而軸承表面單位面積上的承壓值并不高，在正常的配合間隙和良好的潤滑條件下，軸承溫度不會升高。這是艉軸與軸承之間的正常工作狀態(tài)。從該船艉管軸承的實(shí)際磨痕情況來看，軸承后端下部約150mm180mm的發(fā)黑磨痕,正是主機(jī)在低速下運(yùn)轉(zhuǎn)的磨痕，此時艉軸呈現(xiàn)上拱狀態(tài)。軸承前端約270mm寬的環(huán)狀發(fā)黑磨痕是主機(jī)在高速下旋轉(zhuǎn)時的磨痕，此時艉軸趨于平直狀態(tài)。雖然磨痕不應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)明顯的環(huán)狀，但其正、直、圓整的環(huán)狀磨痕和后端底部磨痕的實(shí)際情況在客觀上證明了該船艉軸與艉管軸承之間的校中和安裝狀態(tài)是正確的，符合軸系校中的基本要求。（2）根據(jù)機(jī)械運(yùn)動原理，一對運(yùn)動副(比如軸與軸承)要想保持正常的相對運(yùn)動狀態(tài)，必須具備適當(dāng)?shù)呐浜祥g隙和良好的潤滑，二者缺一不可。而該船艉管軸承所產(chǎn)生的發(fā)熱、發(fā)黑甚至高溫報警現(xiàn)象，正是對這一基本原理的又一次體現(xiàn)。該船艉軸與艉管軸承之間的配合間隙在原施工圖上的要求為：最小值不得小于1.27mm。但由于Railko公司的一再推薦、船檢船東的要求，在艉管軸承加工前將其原有的最小間隙由1.27mm修改為1.06mm。并在其后的艉管軸承成品尺寸的確定過程中，Railko公司完全按照實(shí)際間隙接近1.06mm的原則給定了艉管軸承的成品加工尺寸，致使該船艉軸與艉管軸承之間的配合間隙僅有1.10 mm。雖然數(shù)據(jù)不小于1.06mm，但因其實(shí)際間隙過小，使艉軸在軸承中的運(yùn)轉(zhuǎn)呈現(xiàn)一種不正常狀態(tài)，加劇了摩擦熱的產(chǎn)生、破壞了二者之間的良好潤滑、延誤甚至阻滯了所產(chǎn)生高溫的及時疏散，致使軸承溫度迅速上升而使軸承的酚醛樹脂材料變色發(fā)黑，出現(xiàn)了環(huán)狀發(fā)黑磨痕，直至高溫報警。這就是艉管軸承發(fā)生高溫報警的直接原因。反觀該船艉管后軸承的后/中段軸承間隙為1.213mm、后/前段軸承的配合間隙為1.24mm，接近于原設(shè)計要求的1.27mm。因此沒有出現(xiàn)明顯的磨痕。這一事實(shí)再一次證明了艉管后軸承高溫報警完全是因為間隙過小造成的。2.3、“TID” 專家采取的措施針對上述狀況，“TID”專家首先決定更換艉管后軸承的全部三段軸承，并對新軸承的加工作了重大改變。與原軸承相比，新軸承的重大改變主要有如下兩點(diǎn)：（1）放大了軸承間隙，在原尺寸基礎(chǔ)上放大了0.225mm，這樣，新軸承的最小間隙就變?yōu)?.06+0.225=1.285mm。從這一數(shù)值來看，完全恢復(fù)了原來的設(shè)計要求，甚至比原設(shè)計要求的最小間隙值1.27mm 還大（實(shí)際間隙放大到1.40mm）；（2）對艉管后軸承（三段合一）的內(nèi)徑中心進(jìn)行了偏心加工，前端下調(diào)了0.66mm，后端下調(diào)了1.48mm，而原軸承無偏。2.4、分析與借鑒（1）針對“TID”專家所采取的兩條措施，我認(rèn)為，第一條是正確的，也是唯一應(yīng)該采取的合理有效措施。這是因為艉管后軸承產(chǎn)生高溫報警時，艉管前軸承溫度正常、中間軸承溫度正常、軸系各軸承（包括主機(jī)主軸承）負(fù)荷正常、主機(jī)拐擋差正常。因此，間隙放大之后，艉管軸承高溫報警的問題就會迎刃而解。同時又不會因換新軸承而改變其它部位的正常狀態(tài)。（2）“TID”專家在工作中所采取的內(nèi)徑調(diào)偏加工措施令人費(fèi)解，我認(rèn)為是失當(dāng)?shù)?。這是因為：a）該船回廠拆除軸槳之后，“TID”專家與我公司職工分別對艉管軸承內(nèi)孔進(jìn)行了照光檢查。我公司使用激光儀檢測的結(jié)果表明，艉管后軸承前端位置高出0.229mm、艉管前軸承后端高出0.149mm，兩軸承中心線呈現(xiàn)略微上拱狀態(tài)。這一測量結(jié)果與我公司在船只復(fù)光時連續(xù)三次測量所獲得的數(shù)據(jù)是基本吻合的（復(fù)光時三次所測結(jié)果均為上拱狀態(tài)，其平均值為：艉管后軸承前端位置高出0.228mm；艉管前軸承后端位置高出0.007mm）。經(jīng)計算，艉軸在這種狀態(tài)下，其軸頸與軸承表面之間的夾角小于3.010-4(rad)的最大許可值。因此，這一數(shù)據(jù)充分證明了我公司在照光、鏜孔、軸承加工等各環(huán)節(jié)上對艉管軸承內(nèi)孔中心線偏差方向的控制是正確的，是完全符合相關(guān)的計算與艉軸正常工作的需要。而“TID”專家用其自帶的光學(xué)儀進(jìn)行檢測并作出了進(jìn)行調(diào)偏的決定。我認(rèn)為“TID”專家的這一決定理由不充分、依據(jù)不足，在技術(shù)是上欠妥的；b）艉管軸承內(nèi)徑調(diào)偏之后，首先出現(xiàn)的嚴(yán)重問題是，艉軸中心在艉管后端位置（艉密封裝置安裝部位）下降了1.48mm，再加上軸承間隙的1/2（新軸承的間隙為1.40 mm），艉軸在此位置共下降了2.18mm。而艉密封裝置仍然安裝于原位沒動（也不可能動）。這樣就造成了艉軸中心與艉密封裝置中心2.18mm的嚴(yán)重偏心（艉密封裝置樣本中的允許值僅有0.5mm，以往在交驗此項目時往往花費(fèi)較大周折）。雖然由于橡膠密封圈的彈性特性，眼下并不會馬上出問題，但是，這種異常狀態(tài)，給艉密封裝置造成了嚴(yán)重的質(zhì)量隱患，在不久的將來，艉密封裝置的橡膠密封圈唇口部位會因為單面受力過大而早日出現(xiàn)老化、裂紋現(xiàn)象并迅速喪失其良好的密封性能。同時，艉密封裝置的不銹鋼密封襯套表面也會過早地被磨損而導(dǎo)致出現(xiàn)艉管潤滑油外溢（或海水進(jìn)入艉管）的嚴(yán)重后果；c）更為嚴(yán)重的是，艉管軸承內(nèi)徑調(diào)偏之后，打破了原軸線的協(xié)調(diào)統(tǒng)一和整體平衡，并由此引發(fā)和派生了一系列對軸系甚至主機(jī)主軸承裝配狀態(tài)的重大調(diào)整和改變（已被實(shí)踐證明），頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳，按倒葫蘆起了瓢，缺乏統(tǒng)一縝密和符合邏輯的思考與安排，將一個好端端的軸系校中狀態(tài)整得亂七八糟（詳情這里就不一一細(xì)講了）。這一舉措從技術(shù)角度講，把小問題擴(kuò)大化、把簡單問題復(fù)雜化、工藝繁雜；從質(zhì)量方面講，降低了軸系校中和主機(jī)的裝配質(zhì)量；從經(jīng)濟(jì)角度講，勞民傷財、拖延了交船期，給公司造成了經(jīng)濟(jì)損失。3、對今后相關(guān)工作的想法與建議3.1、規(guī)范外來專家的工作外來專家來我公司指導(dǎo)工作，對于我們直接、迅速地接觸和學(xué)習(xí)國際上的先進(jìn)技術(shù)提供了許多方便條件。但是，由于許多可想而知的原因，外來專家在工作中不可能完全站在我公司的立場上，也就是說，他們在考慮問題和采取措施時不可能本著我公司“省錢和簡化”的原則辦事。因此，建議對外來專家的工作進(jìn)行適當(dāng)?shù)募s束和考核，以促使其站到我公司的立場上來。3.2、自主掌握控制酚醛樹脂軸承的設(shè)計與加工近年來，我公司為丹麥“A.P.MOLLER”公司承建的PC1100系列船的艉管酚醛樹脂軸承，已經(jīng)出現(xiàn)了幾次高溫報警的異常情況（其它所有船只的白合金軸承從未出現(xiàn)此類情況），給公司造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。現(xiàn)在細(xì)想起來，船東之所以對這種材料如此看好，幾經(jīng)周折而癡心不改，就本人目前對這種材料的認(rèn)知程度，我認(rèn)為船東從長期使用和運(yùn)營的角度考慮，主要是看好了其較好的耐磨性和減震性；而材料的另一面特性，工藝性差、散熱性差、對自身工作條件要求苛刻等不利因素則完全由我公司來承擔(dān)。這是對公司造船非常不利的一個因素。這意味著在同等的加工、安裝、校中和控制條件下，白合金軸承不會出任何問題，而對于酚醛樹脂軸承來說，就很可能出問題。酚醛樹脂軸承材料是“Railko”公司的新產(chǎn)品，至今為止仍然處于研制、試用和不斷發(fā)展完善過程中。與以前船只相比，該船的酚醛樹脂軸承材料又有了新的發(fā)展變化，就是一個很好的證明。而我們的不足則是從設(shè)計到工藝到相關(guān)各部門對這種材料都沒有一個清晰和全面的了解，因此對其加工尺寸的確定、過盈量的設(shè)定、間隙的設(shè)定、調(diào)偏值的設(shè)定以及調(diào)偏加工的必要性等所有重要工作都完全依靠“Railko”公司。也就是說，我公司在酚醛樹脂軸承的設(shè)計、加工等各方面完全處于失控狀態(tài)。這是極端不正常的。為了迅速扭轉(zhuǎn)這一被動局面，我認(rèn)為應(yīng)當(dāng)從如下兩方面入手：（1）酚醛樹脂材料至今仍處于不斷更新的研制階段，各方面性能和參數(shù)仍處于不穩(wěn)定和不易控制狀態(tài)，因此，建議從設(shè)計選型開始，盡最大努力說服船東不采用酚醛樹脂軸承；（2）考慮到船東接受我們要求的可能性不很大，因此，我們的設(shè)計和工藝人員眼下的當(dāng)務(wù)之急是應(yīng)積極主動地去學(xué)習(xí)和掌握酚醛樹脂軸承材料的相關(guān)特性并迅速介入并逐漸達(dá)到自主控制對酚醛樹脂軸承的機(jī)加工尺寸的確定工作。在這方面不能再繼續(xù)以前的完全依靠Railko公司的不合理狀態(tài)。4、結(jié)束語當(dāng)今造船業(yè)競爭日趨激烈，要確保我公司始終站在中國造船業(yè)的最前列，公司各部門特別是我們技術(shù)部門責(zé)任重大?！凹?xì)節(jié)決定成敗”，酚醛樹脂軸承材料在A.P.MORLLER 11萬系列船上的應(yīng)用，暴露了我們在這一“細(xì)節(jié)”（對新材料的了解、掌握和控制）上的薄弱環(huán)節(jié)。因此，我們應(yīng)當(dāng)積極行動起來，及時迅速地扭轉(zhuǎn)這一被動局面，這將對我公司降低造船成本、縮短造船周期起到積極的推動作用。同時，也會使我公司的設(shè)計和工藝水平迅速登上一個新臺階。 第 8 頁 共 8 頁啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊