艾纯祥　王冲　杜善刚

（92848部队）

　　摘　要：文章针对某船尾轴承结构及润滑系统特点，对引发尾轴承温度高原因进行了分析、查找，并制定正确的维修方案，较好地解决了问题。

　　关键词：尾轴承；结构；温度高；故障排除
　　某船装备主柴油机两台，减速齿轮箱两台，调距桨系统两套，呈左右舷布置。柴油机型号为12PA6V-280，额定转速1000转/分。齿轮箱型号为GWH6066，传动比为4.0962：1。其中，尾轴承采用的是油润滑白合金轴承，在较长一段时间内，左机尾轴管轴承一直处于温度偏高的状态，导致主机加不上转速，直接影响部队执行任务及装备使用安全。经分析研究，我们对原尾轴管轴承进行了合理性维修，比较好地解决了这个问题。现将分析、排除故障的过程综述如下。
　　1.故障现象
　　该轴系接排转速为450转/分。在主机450转/分、600转/分、760转/分工况时，尾轴管轴承及轴系各支点轴承均处于正常工作状态，轴承温度均处于正常值。在转速加至930转/分时，左右轴系未出现振动等异常现象，但左轴系尾轴管轴承温度出现异常，具体情况为：主机转速930转/分，调距桨螺距显示为90%负荷，连续航行6小时后温度断续上升到65℃，而尾轴管轴承温度极限为60℃。在初期的2个小时内，该尾轴管轴承温度由环境温度值迅速上升至60℃，突破温度极限后，温度值上升缓慢，Z后稳定在65℃左右，此时右尾轴管轴承温度稳定在51℃左右。
　　2.故障分析
　　应该讲，该船尾轴所采用的油润滑白合金轴承是相当普遍的一种尾轴承，其润滑方式采用的是重力式自然循环，也是一种常见的润滑方式。其主要工作原理就是轴与轴承这对摩擦，在工作中始终浸泡于润滑油之中，在运转中摩擦副不断地产生热量，当热量积累到一定程度，润滑油就受热膨胀，沿输出管系向上直至重力油柜，同时，重力油柜中的相对低温润滑油就在重力的作用下沿尾轴管输入管系进入尾轴管中，启到补充与冷却作用，从而达到保持摩擦副之间形成油膜的滑油供给。由于尾轴管位于水线下，海水、船体也可消散大部分热量，在加上尾轴转速是经过齿轮箱按一定减速比减速后的转速，所以，与柴油机等高转速摩擦副相比，其尾轴管轴承冷却采用重力式滑油自然循环方式是完全能够满足该船工作轴功率的要求。由于尾轴管轴承位置的特殊，以及其在舰船动力系统中的重要地位，因此其工作是否能够正常运转就显得无比重要，无论是在舰船的建造过程还是在舰船的修理过程中，其相关工程都是质量监控的关键环节。其轴系的运转平稳、润滑油的适宜温度、润滑油的密闭性等等，都是反映其工作是否正常的性能指标。在本文中温度超标是比较直观地反映尾轴管轴承出现了故障，其后果是严重损害尾轴管摩擦副的安全使用，摩擦副的油膜建立是需要合理的间隙的，当滑油较长时间处于高温状态时，摩擦副轴承合金就会发生径向膨胀，严重时会将尾轴卡死，就是我们经常讲述的“抱轴”，即使未出现“抱轴”的极端情况，也会发生滑油高温变稀的情形，滑油粘度下降则会直接破坏摩擦副油膜的形成效果，使得尾轴承的承载能力大大下降，进而使得尾轴承发生局部欠油摩擦，即破坏了摩擦副表明的光洁度，使得摩擦增大和温度上升。Z后形成恶性循环。如果此时不降低转速运行，就会极可能发生轴承合金局部融化、尾轴抱死的严重后果。
　　由于舰船轴系的实际工作条件是复杂而多变的，海流的作用、船体负载的变化以及船体的变形的影响都会以变化的轴承力出现，各个轴承的受力情况都不会一成不变，大小、频率等都在变化，各个轴承出现的少许温差也是允许的，同时也是不可避免的，但出现大的温差及突如其来的变化就要给予必要的重视，因为这往往是故障发生的前兆。
　　另外，从原理上讲，工作中的摩擦副是在不断地产生热量，而很大一部分热量是无益的，需要借助专门的冷却系统将其消除。尾轴管轴承工作中产生的热量，一部分经过白合金轴承构架向船体乃至包围船体的海水传递，另一部分是由滑油带走，到重力油柜散热。当产生的热量与被携带走的热量达到一个平衡时，尾轴管轴承的温度就表现为一个稳定值。当主机转速或负载提高或降低，以前所建立的平衡就会被打破，温度会持续上升或下降，直至新的建平衡建立后，温度值才会稳定。从该船尾轴管轴承温度上升超标的过程来看，当主机转速上升930转/分、螺旋桨负荷达90%负荷后，尾轴管轴承温度随工作时间有一个先急剧上升后又缓慢上升至平衡（超标）的过程，正是说明了尾轴管轴承或系统实际存在的缺陷或故障而导致的必然现象，即实际故障产生了较多的热量，其系统维持温度平衡的能力已大大低于原始设计的水准。
　　下面，我们结合该船尾轴承润滑系统的实际特点具体分析引发尾轴承温度高故障的可能原因。
　　（1）负荷过载。负荷过载直接体现在轴系的推力及扭矩过载，其后果会导致尾轴管轴承出现单边负荷过载，即轴承的有效承载面积缩小，导致合金轴承局部发生变形，破坏了摩擦副正常工作的条件，直接导致轴承温度异常上升。至于温度异常为何未发生在其它部位的轴承，这正如前文所分析的那样，轴系各轴承负荷分布的不确定性，该船左轴系尾轴承可能是系统的短板所在。对此类性质故障，如果打开轴承，可发现轴承工作面痕迹呈黄黑褐色，轴与轴承接触面积、方式等均不符合标准要求。
　　（2）异物进入摩擦副空间。轴承正常工作时，滑油的洁净是Z起码的条件。当不慎滑油混入异物时，特别坚硬的颗类状的异物会严重破坏油膜的形成质量，对轴颈、轴承本身都会造成严重的损害，通常白合金轴承表面硬度较低，直径较大异物嵌入使得白合金突起，更是严重破坏油膜的形成，因此，尾轴承高温现象更是不可避免了。这种可能性一般会出现在轴系维修后的次加油，其原因可能是轴系修理后现场清洁不够；或者是重力油柜及系统出现了颗粒玷污而未清洁。
　　（3）油量不足。当尾轴管首尾密封出现了漏油故障，重力油柜系统相关管路堵塞或相关阀门故障，导致润滑油油量供给不足。油量不足会直接影响油膜形成质量，低速低负荷时故障现象并不明显，当主机转速、螺旋桨负荷达到一定程度后，轴承温度就会攀升到一个较高的平衡点，即温度超标。

　　（4）冷却效果差。冷却效果差的原因主要与它的散热方式及冷却路径有关，一是轴瓦合金可能出现了脱壳，直接影响或阻断热量向船体传递；二是重力油柜循环系统出现了管系堵塞或系统阀门故障阻断了滑油自循环。
　　（5）轴线变化。考虑到该船是一条服役多年的老龄舰船，船体变形、轴线变形是不可避免的现象，特别对摩擦副油膜形成要素的接触面积、油楔角、轴承工作角等都有较大影响与改变，这就对轴系摩擦副的工作效果影响极大，都极可能导致相关轴承高温、密封漏油及轴系振动等故障发生。
　　（6）管理问题。这主要是指机舱管理人员对上述问题产生的现象或过程重视不够或疏于管理，如维修后有关部位配合数据、着色质量等关键过程的验收，以及加油前清洁性的检查等等。
　　3.故障的查找
　　按照由简至繁的原则，我们首先对尾轴承的温度传感器及仪表进行校核，发现其温度显示基本准确，说明左主机尾轴管轴承温度高不存在温度传感器的误报。其次，检查左轴系滑油品质，经油样分析未发现有异样物体进入或进水现象。第三检查滑油重力自循环系统，对相关管系进行了吹除，未发现堵塞现象，又对系统相关阀门进行了检查，发现系统阀门工作正常，未对滑油重力循环系统造成阻断现象，重力油柜进出系统工作正常。第四，我们又检查了主机的记录资料，发现主机诸参数工作正常，并无主机超负荷的现象，只是主机转速有缓慢下降的趋势，这主要是由于左轴系尾轴管轴承温度超标的影响而船方不得以采取的措施。
　　在上述查找问题的同时，我们对该船的航海日志等资料进行查阅，未出现任何碰撞、搁浅等事故记录。经分析，我们怀疑相关轴承高温原因是船体变形造成的轴线变形所致。于是，我们调阅了该船原始的建造资料，利用轴承负荷法对该船左轴线进行校核。主要对左轴系尾轴管前轴承、1号支点轴承、2号支点轴承进行负荷校核，经专业人员测量计算后，基本满足原设计要求，这说明左主机尾轴管轴承等实际承担的负荷没有超过允许值。为更可靠地说明问题，我们松开了尾轴与后中间轴法兰、后中间轴与前中间轴法兰螺栓，在规定条件下用百分表逐个法兰进行了法兰偏移、偏斜量值的复核，发现各值均在范围之内。我们又选择左轴系相关位置对工作轴颈进行了跳动量检查，其跳动量值为0.08mm，而无故障的右轴系相关位置的工作轴颈跳动量却为0.10mm，均在标准范围内，这说明左轴系尾轴管轴承温度高还是另有原因。
　　在排除船体变形造成的轴线变形可能性后，问题的查找似乎陷入僵局。这时，先前所发现的一个原设计问题引起我们的注意，即轴系重力滑油自循环系统的布置问题。在检查中发现，左右轴系重力滑油自循环系统的布置大同小异，但系统回油管采取回油共用布置，而二轴系的尾轴管滑油回油管汇集点偏向右舷，然后再回到同一个重力油柜。这种布置是不符合大多数舰船的设计原理的，通常是左右轴系尾轴管滑油系统各成独立系统。有人就提出是否是两个回油系统互相干扰后导致了左轴系故障。于是，我们重新对左右轴系重力滑油自循环系统的布置进行详细检查，结果现场中发现左右两个回油管系相比，左轴系回油管路偏长一些，另外由于布置原因该管系多了两个曲折，这似乎找到了问题的根源，如果左尾轴管轴承温度高是由其回油系统回油不畅造成的冷却效果差的话，这似乎与实际故障能对应起来，即在对应负荷与转速下，温度先是快速上升，然后缓慢上升至平衡点。于是我们重新设计布置了左右轴系尾轴管滑油回油系统，按照现重力油柜容积大小及相应管路通径复制到左轴系回油系统。改装完毕经过海试，发现左尾轴管轴承温度高效果略有改观，在主机转速930转/分，调距桨螺距显示为90%负荷，连续航行6小时后温度断续上升到63℃，在初期的2个小时内，该尾轴管轴承温度由环境温度值还是迅速上升至60℃，突破温度极限后，温度值上升缓慢，Z后稳定在63℃左右，此时右尾轴管轴承温度还是稳定在51℃左右。海试结果说明，该左轴系尾轴管轴承温度高故障与其回油系统共用布置有一定关联，在一定程度上多少削弱了系统冷却能力，但绝不是引发故障的关键原因。
　　Z后，经研究分析，我们把解决问题的重点放在左轴系有关摩擦副工作是否正常上，决定进坞，对左轴系抽轴检查，并视情制定修理方案。
　　抽轴检查情况如下：①尾轴尾密封装置安装正常，其白钢套与尾轴承端面相距18mm，无接触。②前、后支点轴承工作面无异物嵌入。③前、后支点轴承下瓦听声法检测正常。④前、后两个支点轴承磨损痕迹不正常或不符合标准要求，后支点轴承设计长580mm，实际工作长度520mm，前后两端有严重的磨痕，而中间部位基本呈线性磨合，有较严重的虚空现象。前支点轴承设计长310mm，实际工作长度250mm，磨合痕迹情况与后轴承基本相似，但中间虚空不是很严重，但还有一个现象，就是轴承接触角较大，大致为70余度，接近平角的80%。
　　至此，该船左轴系尾轴管轴承温度高故障原因可归纳如下：①左轴系尾轴前后支点轴承接触面不符合相关标准内容，即轴向接触程度应大于总长度的75％，且着色均匀，25mm×25mm不少于3个油点。②后支点轴承前后偏磨，中间虚空。③左轴系尾轴管后轴承除了像前支点轴承的问题外，其轴承工作接触角过大，正常应在40度～60度范围内。
　　可见，上述三个原因都不符合有关标准要求，或多或少都破坏了油膜的正常建立，直接导致轴系运转过程中轴承异常发热，再考虑其重力滑油自循环回油管路的布置问题，所有不利的因素叠加在一起导致了左轴系尾轴管轴承温度高故障的发生。
　　4.修理方案及海试
　　经过分析研究，归纳后修理工作内容如下：①对左轴系两个尾轴承修刮前，测量其相关尺寸。②对轴承底部40度～60度范围内进行修刮，靠近50度左右。③修刮应保证瓦底轴向接触程度应大于总长度的75%，且着色均匀，25mm×25mm不少于3个油点。④修刮后着色检查。⑤测量、复核各部间隙。
　　在完成上述工作基础上，我们编制了合理的试车大纲，并按试车大纲进行了系泊试验及航行试验，两台主机顺利地加至980转/分，其左轴系尾轴管轴承温度为55℃，与右机齿轮箱尾支点轴承温度相差不大。至此，该船左尾轴管轴承速温度高故障得到较圆满地解决。

来源：《珠江水运》2014年12期