蘭紅安(中國船級社 福州分社，福建 福州 350008)

船舶艉軸承間隙測量的作用及方法

蘭紅安
(中國船級社 福州分社，福建 福州 350008)

船舶軸系是船舶動力裝置重要組成部分，其中各個(gè)軸承的磨損量大小直接影響著軸系的工作軸線和船舶航行安全。文章通過對艉軸承及艉軸管裝置的結(jié)構(gòu)分析與討論，闡述了艉軸承間隙測量的作用及方法，為艉軸承及艉軸管的維護(hù)保養(yǎng)及檢修提供一定的參考。

船舶；軸系；艉軸承；軸承間隙；測量

船舶軸系是船舶動力裝置中的重要組成部分，它將主機(jī)發(fā)出的功率傳遞給螺旋槳，再將螺旋槳產(chǎn)生的軸向推力傳遞給船體，推動船舶航行。船舶軸系一般由推力軸和推力軸承、中間軸和中間軸承、艉軸和艉軸承以及其它附件等組成。雖然船舶軸系結(jié)構(gòu)簡單，但由于其尺寸大、重量大、螺旋槳激勵(lì)振動等因素，使得軸承的工作條件異常惡劣，各個(gè)軸承的磨損量大小直接影響著軸系的工作軸線和船舶的航行安全。因軸承與軸頸表面之間的相對運(yùn)動速度很高，這就容易使軸承發(fā)熱，同時(shí)軸承在工作中受到潤滑油乳化變質(zhì)和水的腐蝕，使得軸承的工作環(huán)境更加惡劣。為了防止因軸承損壞導(dǎo)致軸系在航行中發(fā)生重大故障，必須對軸承進(jìn)行一定的狀態(tài)監(jiān)控及定期的檢修，以保證軸系工作的可靠性。

1 艉軸管裝置分類及檢修分析[1]

艉軸管裝置分為水潤滑艉軸管裝置和油潤滑艉軸管裝置。艉軸管裝置通常是由艉軸管本體、艉軸承、密封裝置和冷卻、潤滑系統(tǒng)等組成。艉軸承由軸承襯套和軸承襯構(gòu)成，軸承型式多為滑動軸承。

1)水潤滑艉軸承主要測量艉軸承間隙、檢查軸承襯磨損、裂紋或開裂等情況。軸承襯過度磨損會使艉軸承間隙增大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生過大的沖擊和振動，過大的沖擊負(fù)荷會導(dǎo)致軸承襯產(chǎn)生裂紋或開裂。通過測量艉軸承間隙和軸承襯的厚度判斷艉軸承是否過度磨損。對于不同材料的艉軸承，根據(jù)艉軸頸大小，軸承在安裝與使用過程中，其極限間隙與軸承襯最小許用厚度有不同的標(biāo)準(zhǔn)，具體的數(shù)值詳見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

水潤滑艉軸承通常只設(shè)有首端密封裝置，一般為填料函式密封裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1-進(jìn)水管；2-襯環(huán)；3-填料；4-艉軸管；5-壓蓋襯套；6-壓蓋；7-艉軸。圖1 水潤滑艉軸承首端填料函式密封裝置示意圖

密封裝置靠牛油盤根填料3阻止艉軸承內(nèi)的海水流入機(jī)艙，填料3在壓蓋6的預(yù)緊力作用下與艉軸7緊密接觸起到阻水密封作用。 填料函式密封裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、工作較可靠、維護(hù)管理方便等優(yōu)點(diǎn)，但磨擦損失大、容易損傷艉軸或銅套，填料函工作時(shí)允許有少量海水流出，其極限工作溫度為60 ℃。

2)白合金艉軸承主要損壞形式有過度磨損、擦傷、裂紋、剝落和燒熔等。白合金艉軸承過度磨損、裂紋、剝落、燒熔和嚴(yán)重咬傷時(shí)應(yīng)予以修換。當(dāng)白合金剝落區(qū)的最大線性尺寸小于d/2(d為艉軸直徑，mm)且只是一處時(shí)，可以繼續(xù)使用；白合金擦傷、輕度咬傷可原地修光使用；白合金嚴(yán)重裂紋、過度磨損和燒熔時(shí)，應(yīng)重新澆鑄白合金。油潤滑艉軸承密封裝置的種類很多，目前大、中型船舶廣泛采用辛潑萊克斯(Simplex)式密封裝置。

油潤滑艉軸承中采用辛潑萊克斯式密封裝置結(jié)構(gòu)形式如圖2所示，其中橡膠環(huán)6用于阻止艉軸承內(nèi)的潤滑油外泄，橡膠環(huán)7、橡膠環(huán)8用于阻止舷外水和泥沙進(jìn)入艉軸承。密封裝置的腔室中充滿潤滑油以潤滑橡膠環(huán)與防蝕襯套，通常在橡膠環(huán)6、橡膠環(huán)7之間裝有艉軸下沉量的測量孔，用于測量艉軸下沉量，即艉軸承密封裝置上、下平面(固定圓孔平面)與防蝕鋼套外徑表面的距離。由于防蝕鋼套與艉軸及螺旋槳之間的相對位置固定，且艉軸承密封裝置上、下平面(固定圓孔平面)與艉軸承的相對位置固定，因此測得的艉軸下沉量上、下刻度的變化，即為軸系與艉軸承之間的相對位置變化。圖2(b)為首端密封裝置，它與尾端密封裝置結(jié)構(gòu)基本相同，但只有2道密封橡膠環(huán)，用以阻止艉軸承內(nèi)潤滑油外泄。

圖2 辛潑萊克斯式艉軸密封裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 艉軸承間隙測量的作用

艉軸承間隙是指艉軸外徑與艉軸承襯套之間的間隙值，即艉軸承襯套內(nèi)徑減去軸(或軸套)外徑的值，未抽軸時(shí)，一般用塞尺測量距后軸承尾端100 mm處的垂直方向上方徑向間隙，下方間隙一般為0，該上方徑向間隙即為艉軸承的總間隙。 新造船安裝艉軸時(shí)，通過測量艉軸間隙來衡量艉軸與艉軸承之間的松緊程度，同時(shí)測量艉軸襯的初始厚度作為厚度基值，用于估算后續(xù)營運(yùn)中的軸承襯磨損量。該間隙太小，則易使軸承磨損嚴(yán)重，甚至抱死、燒熔；間隙太大，則不易形成水膜或油膜導(dǎo)致潤滑不良，且容易引起軸系振動，造成軸系敲擊。所以新造船、新安裝艉軸承或修船時(shí)，艉軸承間隙，一定要控制在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)[2]，并作為一項(xiàng)關(guān)鍵的檢查項(xiàng)目，同時(shí)該值與軸承的相關(guān)尺寸等參數(shù)應(yīng)留存船上，作為后續(xù)營運(yùn)中估算軸承襯的磨損量和艉軸承檢修的參考基值。

在進(jìn)行艉軸檢驗(yàn)或者塢檢時(shí)，應(yīng)測量艉軸承間隙、艉軸下沉量以及軸承襯的厚度，當(dāng)測得的艉軸承間隙超標(biāo)，或本次艉軸下沉量與上次艉軸下沉量比較后得出艉軸承磨損超標(biāo)時(shí)，應(yīng)查明原因并對艉軸承進(jìn)行相應(yīng)修理。因此，艉軸承間隙的測量及艉軸下沉量的測量，對判斷艉軸承是否需進(jìn)行檢修具有重要作用。

3 艉軸承間隙與艉軸下沉量測量值的計(jì)算模型、計(jì)算方法及結(jié)論

3.1推算模型

(a)前一次測量模型 (b)本次測量模型圖3 艉軸承間隙及艉軸下沉量測量模型

從圖3模型中，可以得到以上各參數(shù)的如下關(guān)系：

艉軸承襯下部磨損量Δδ：

Δδ=δ1-δ2，

(1)

艉軸直徑磨損量ΔD：

ΔD=D1-D2，

(2)

艉軸承襯上部磨損量Δδ′：

(3)

從圖3中可看出艉軸或艉軸承磨損將導(dǎo)致艉軸中心線下沉，因鋼襯套(如圖2(a)中9)與艉軸剛性連接，故鋼襯套中心線伴隨艉軸中心線同步下沉，從而引起艉軸下沉量測量值發(fā)生變化；因鋼襯套表面在艉軸下沉量測量位置無磨損，故艉軸下沉量測量值變化量即艉軸中心線的下沉量。

假設(shè)艉軸承襯下部無磨損(Δδ=δ1-δ2=0)，因艉軸為周向磨損，故存在艉軸直徑最大磨損量等于2倍艉軸中心線下沉量：

(4)

假設(shè)艉軸徑無磨損(ΔD=D1-D2=0)，則艉軸承襯下部最大磨損量：

(5)

3.2推算方法及結(jié)論

4)艉軸系每次拆卸安裝前后，圖3中的測量數(shù)據(jù)都可能發(fā)生變化，下次計(jì)算需采用上一次測量數(shù)據(jù)作基準(zhǔn)。因此，為提高計(jì)算模型的準(zhǔn)確度，在每次新裝艉軸、艉軸承、艉軸密封裝置，或抽軸檢修、重新安裝艉軸承和艉軸密封裝置后，均應(yīng)重新測量、記錄圖3模型中的數(shù)據(jù)，作為下次測量和計(jì)算的基準(zhǔn)。

4 艉軸承間隙及艉軸下沉量測量要求的相關(guān)規(guī)定

1)《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》第1篇5.11.2.1(5)條規(guī)定在船底外部檢查時(shí)：螺旋槳和艉軸承的可視部分應(yīng)予以檢查。艉軸承的間隙以及油封裝置的有效性應(yīng)予以確認(rèn)并記錄。對于可調(diào)螺距螺旋槳，螺旋槳轂和槳葉的密封件的緊固和密封程度應(yīng)滿足驗(yàn)船師的要求，除非驗(yàn)船師認(rèn)為有必要，否則不要求解體檢查[3]188。

2)《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》第1篇5.11.3.3(1)條規(guī)定在水下檢驗(yàn)時(shí):對舵軸承間隙和油潤滑艉管軸承的艉軸襯套間隙的測定，可根據(jù)運(yùn)行歷史、船上試驗(yàn)和油樣分析予以特別考慮。這些特別考慮的事宜由船東事先在水下檢驗(yàn)申請中提出，以便中國船級社確認(rèn)并同意有關(guān)水下檢驗(yàn)所需布置[3]188。

5 在不同檢驗(yàn)狀態(tài)下對艉軸承間隙和艉軸下沉量測量數(shù)據(jù)要求分析總結(jié)

1)在建造階段時(shí)：首次安裝艉軸及艉軸承時(shí)需記錄艉軸承襯內(nèi)徑、艉軸工作軸徑、艉軸承上部間隙、艉軸下沉量的上刻度和下刻度，同時(shí)建議測量艉軸承襯初始厚度作為營運(yùn)中艉軸承檢修的基值，結(jié)合后續(xù)檢驗(yàn)測量數(shù)據(jù)對艉軸承磨損量進(jìn)行評估計(jì)算。

2)在艉軸檢驗(yàn)時(shí)：艉軸抽出，需重新測量艉軸承襯內(nèi)徑、艉軸工作軸徑、艉軸承上部間隙、艉軸承襯厚度、艉軸下沉量的上刻度和下刻度，用以評估艉軸承的磨損量，以及作為后續(xù)艉軸承的檢修基值，結(jié)合下次軸檢或塢檢測量的數(shù)據(jù)對艉軸承磨損量進(jìn)行評估計(jì)算。

3)在干塢檢驗(yàn)時(shí)：水潤滑艉軸承，因無后艉軸承密封裝置，可直接測量艉軸承上部間隙和艉軸承襯厚度、艉軸后端工作軸徑。油潤滑艉軸承，如未拆卸艉軸密封裝置，僅需測量艉軸下沉量的上刻度和下刻度，并評估艉軸承的磨損情況，判斷是否需進(jìn)行抽軸檢查，出塢前應(yīng)對艉軸油封進(jìn)行密性試驗(yàn)，確認(rèn)艉軸封的密封狀況良好。

4)在水下檢驗(yàn)時(shí)：中國船級社規(guī)定，對艉軸襯套間隙測定可以根據(jù)運(yùn)行歷史(包括軸承的工作溫度記錄、報(bào)警、潤滑油的損耗量等)、船上試驗(yàn)和油樣分析等情況評估及確認(rèn)油潤滑軸承的油封完整性和艉軸承工作狀況，對艉軸襯套間隙的測量予以特別考慮，即由船東事先在水下檢驗(yàn)申請中提出，經(jīng)上述狀況評估結(jié)果滿意時(shí)，可接受免除油潤滑艉管軸承的艉軸襯套間隙的測量要求。筆者認(rèn)為：水下檢驗(yàn)時(shí)，即使免除油潤滑艉管軸承的艉軸襯套間隙的測量要求，艉軸下沉量測量要求也是必須的。通過水下艉軸下沉量的測量估算本次艉軸承最大間隙，也可看作是上述狀況評估的一部分。

[1]楊令康. 船舶尾軸尾軸承間的潤滑與碰摩特性研究[D]. 武漢：武漢理工大學(xué)，2010.

[2]鐘駿杰. 朱漢華. 船舶尾軸承的變形對其潤滑特性的影響研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版)，2006(2)：224-225.

[3]中國船級社.鋼質(zhì)海船入級規(guī)范[M].北京:人民交通出版社，2012.

Ship shafting system is an important part of power plant，the wear of each bearing affects directly the working axis and safety of navigation.According to the analysis and discussion of the stern tube bearing and device structure,the function and method of stern tube bearing clearance measurement are expatiated,and a certain reference is provided to the maintenance and overhaul for the bearing and stern tube.

ship;shafting system;stern tube bearing;bearing clearance;measurement

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.02.005

蘭紅安(1985-)，男，江蘇連云港人，工程師，碩士，主要從事船舶檢驗(yàn)工作。

2014-10-20