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船舶艉軸承高溫問(wèn)題及其操作注意事項(xiàng)
High tempreture ofstern tube bush and operation attention matter
1、故障經(jīng)過(guò)
某船廠生產(chǎn)的一艘82000DWT散貨船，出廠不久，航行途中，發(fā)生了艉軸承高溫報(bào)警，并觸發(fā)了主機(jī)安保系統(tǒng)，主機(jī)自動(dòng)減速。
當(dāng)時(shí)，船舶位于離岸230海里的開闊洋面上，船員檢查發(fā)現(xiàn)艉軸承繼續(xù)升高至80°C，于是決定立即停車檢查。打開艉管滑油放泄閥，艉管滑油含有部分金屬碎屑，見圖1。冷卻后再次啟動(dòng)主機(jī)，密切觀察艉軸承溫度，逐步加速至70RPM 艉軸承溫度穩(wěn)定在41°C。船舶繼續(xù)駛往目的地澳大利亞港口。在此期間，船員密切觀察和報(bào)告艉軸承溫度，沒有再出現(xiàn)異常情況。
圖1 艉管滑油含有部分金屬碎屑
2、維持運(yùn)行
根據(jù)上述船員的描述，可以初步判斷艉軸承已經(jīng)部分燒熔。到達(dá)港口后，邀請(qǐng)潛水員對(duì)船艉進(jìn)行了水下檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異物撞擊或螺旋槳被漁網(wǎng)纏繞的現(xiàn)象，也沒有發(fā)現(xiàn)泄漏的情況。測(cè)量艉軸下沉量，新的讀數(shù)為81.9mm ，比原始數(shù)據(jù)多了0.10mm微量下沉，屬合理范疇。在港期間，輪機(jī)長(zhǎng)安排更換了新的艉管滑油。
考慮到備件需要至少三個(gè)月才能供應(yīng)到船，該輪繼續(xù)航行，同時(shí)對(duì)此情況通報(bào)了船級(jí)社，驗(yàn)船師提出了建議和要求：1，原有滑油取樣后送實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)，并保持每月取樣化驗(yàn)；2，航行時(shí)，對(duì)艉管滑油進(jìn)行每小時(shí)觀察檢查；3，密切監(jiān)控后密封油箱油位變化判斷是否有海水進(jìn)入或出現(xiàn)漏油情況；4，船員每日對(duì)艉軸油放殘，看其是否含有金屬碎屑以及含水量變化。同時(shí)要求船東盡早安排進(jìn)塢更換艉軸承及密封裝置。
經(jīng)過(guò)了一個(gè)航次，在確認(rèn)備件可以提供的情況下，安排了船舶在新加坡船廠進(jìn)塢修理。首先對(duì)整個(gè)軸系進(jìn)行了測(cè)量、檢查，比較出廠時(shí)的數(shù)據(jù)，沒有發(fā)現(xiàn)明顯偏差。當(dāng)艉軸抽出后，沒有發(fā)現(xiàn)明顯損傷，但艉軸承下部，在最后三分之一長(zhǎng)度段已經(jīng)部分燒熔，見圖2，部分白合金呈片狀剝落，見圖3。
圖2 艉軸承下部在最后三分之一長(zhǎng)度段已經(jīng)部分燒熔
圖3 部分白合金呈片狀剝落
3、雙斜坡設(shè)計(jì)
對(duì)于損壞的原因分析，多方各持意見。供應(yīng)商認(rèn)為其產(chǎn)品歷史悠久，各項(xiàng)測(cè)試參數(shù)均符合要求，不是艉軸承產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。船東方面認(rèn)為，他們?cè)谠搹S的姐妹船在試航時(shí)就出現(xiàn)了高溫，并在出廠前進(jìn)行進(jìn)塢修理、更換了艉軸承及密封裝置。同時(shí)，該船東在其它船廠訂制的該系列船舶出現(xiàn)了同樣類似的問(wèn)題。如果排除產(chǎn)品質(zhì)量、船廠安裝工藝方面的問(wèn)題，那么就應(yīng)該是艉軸承的設(shè)計(jì)問(wèn)題了。
對(duì)此，有關(guān)船級(jí)社高度重視該系列船舶艉軸承高溫問(wèn)題，船級(jí)社通過(guò)研究、計(jì)算，采取改用艉軸承雙斜坡(double slope)的設(shè)計(jì)方案，要求船廠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行軸系校中測(cè)量，相關(guān)數(shù)據(jù)遞交船級(jí)社專家重新計(jì)算，把艉軸承設(shè)計(jì)加工成雙斜坡(double slope)型，以解決艉軸承高溫問(wèn)題。
船東根據(jù)船級(jí)社專家計(jì)算的數(shù)據(jù)，邀請(qǐng)專業(yè)廠家對(duì)艉軸承進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)高難度的加工，使得原有的只有一個(gè)斜坡的艉軸承變成了雙斜坡(double slope)形狀。重新安裝并經(jīng)過(guò)試航以后，船舶再次投入營(yíng)運(yùn)，之后沒有再出現(xiàn)異常情況。
4、原因分析
通常來(lái)說(shuō)，如果問(wèn)題具有普遍性，那么一定是設(shè)計(jì)上出現(xiàn)問(wèn)題，比如計(jì)算強(qiáng)度不足或余量太小，等等。針對(duì)頻繁出現(xiàn)的艉軸承高溫問(wèn)題，筆者進(jìn)行了一番調(diào)查詢問(wèn)，經(jīng)了解，過(guò)去也曾經(jīng)建造了幾十艘同類型的船舶，都沒有發(fā)生此類艉軸承高溫問(wèn)題?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)多家船廠建造64000DWT和82000DWT的多艘散貨船，出現(xiàn)了艉軸承高溫問(wèn)題。一艘64000DWT散貨船出現(xiàn)了100°C的艉軸承高溫報(bào)警，考慮船舶的安全，緊急安排了進(jìn)塢，當(dāng)艉軸抽出后，艉軸承出現(xiàn)了類似圖2的燒熔，船東請(qǐng)了專業(yè)廠家對(duì)艉軸承進(jìn)行了澆鑄修理。另一艘64000DWT散貨船也出現(xiàn)了100°C左右的艉軸承高溫報(bào)警，但采取了如前所描述的冷卻、放泄、換油等措施，并密切觀察后，依然能夠繼續(xù)航行，好幾個(gè)月都沒有再出現(xiàn)異常情況。
有個(gè)別船廠甚至達(dá)到了五六艘船舶出現(xiàn)該問(wèn)題，有的試航時(shí)就發(fā)生，返廠更換修理后再次試航。仔細(xì)了解各種情況，并與過(guò)去的同系列船舶比較后，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)艉軸承高溫普遍問(wèn)題的船舶有如下共同特點(diǎn)：1，艉軸承采用單點(diǎn)支撐，即艉管內(nèi)只有一個(gè)軸承，而過(guò)去的同系列船舶都是前后二個(gè)軸承；2，使用環(huán)保油，而過(guò)去的同系列船舶都使用礦物油，環(huán)保油是否存在高溫性能不穩(wěn)定的因素尚不能確定；3，出現(xiàn)艉軸承高溫時(shí)，船舶都處于壓載狀態(tài)，即螺旋槳部分葉面露出水面；4，軸承損壞狀態(tài)類似，都是在軸承后端三分之一處燒熔；5，出現(xiàn)艉軸承高溫后，經(jīng)過(guò)冷卻或換油后，船舶還能繼續(xù)航行，有的甚至還能達(dá)到正常航行的狀態(tài)，即達(dá)到船舶經(jīng)濟(jì)航速，并沒有繼續(xù)出現(xiàn)艉軸承高溫現(xiàn)象。
船舶的軸心線在各種負(fù)荷下實(shí)際是一個(gè)折線而不是一個(gè)直線，如果船舶的設(shè)計(jì)在輕槳裕度不是很富裕的情況下，螺旋槳就顯得偏重，即通俗稱為“重槳 heavy propeller”。之所以都是在壓載狀態(tài)下發(fā)生艉軸承高溫，是因?yàn)榇藭r(shí)，部分螺旋槳葉露出水面，螺旋槳下方受到水的反作用力而產(chǎn)生力矩（見圖4）使得艉軸承負(fù)荷增加，因此整個(gè)軸系尤其是后部艉軸承就會(huì)承受過(guò)高的壓力。當(dāng)軸與軸承之間旋轉(zhuǎn)形成的鍥型油膜壓力不足于支撐軸系負(fù)荷時(shí)，就使得軸與軸承之間產(chǎn)生干摩擦，從而導(dǎo)致艉軸承艉端燒熔。
圖4 受力分析圖
從照片上可以看出，燒熔后的艉軸承只是白合金的上表面部分，就是說(shuō)，艉軸承的白合金沒有完全徹底被破壞，反而形成了局部斜坡，無(wú)形中造成了雙斜坡(doubleslope)，使得軸與軸承之間能夠貼合的更好了，達(dá)到了雙斜坡某種效果，所以，當(dāng)出現(xiàn)艉軸承高溫后，船舶還能繼續(xù)航行。
對(duì)于原因分析，有不少人認(rèn)為或者說(shuō)是簡(jiǎn)單地歸咎于使用環(huán)保油，業(yè)內(nèi)人士都知道凡是進(jìn)入美國(guó)水域的船舶都要求使用環(huán)保油，如果這種油性能不過(guò)關(guān)，那么，為什么在其他船舶上沒有頻繁發(fā)生這樣的事故呢？而集中在這樣單點(diǎn)支撐的系列船舶，這種觀點(diǎn)顯然是難以成立的。
值得一提的是，船舶營(yíng)運(yùn)必須按照要求進(jìn)行壓載。某船廠一艘大型集裝箱船舶，在剛剛駛出船廠幾個(gè)小時(shí)后就出現(xiàn)了尾軸承高溫問(wèn)題，船員描述尾管軸承高溫在10分鐘內(nèi)到達(dá)123度，打開尾管放泄閥檢查發(fā)現(xiàn)滑油含有金屬顆粒，無(wú)法繼續(xù)安全航行，不得不拖航進(jìn)塢修理。抽軸后發(fā)現(xiàn)尾管后軸承下瓦后部磨損燒熔見圖5，前軸承上瓦部分磨損燒熔。該事故經(jīng)專家全面校中測(cè)量調(diào)查取證后判定，這顯然是螺旋槳過(guò)多地露出水面在很輕的壓載狀態(tài)下（very light condition）導(dǎo)致的。即螺旋槳缺少了部分水的反作用力，軸承負(fù)荷過(guò)大導(dǎo)致了軸承被燒熔。該事故使得船舶拖航備件費(fèi)用等修理總費(fèi)用達(dá)到幾百萬(wàn)。
4、謹(jǐn)慎選擇單斜坡設(shè)計(jì)
現(xiàn)在查閱ABS美國(guó)船級(jí)社2017年鋼質(zhì)船舶規(guī)范船舶系統(tǒng)與機(jī)械part 4部分可以找到明確要求，對(duì)于船舶在艉管內(nèi)沒有前軸承的裝置，艉管內(nèi)的后軸承必須是雙斜坡(doubleslope)如圖5的設(shè)計(jì)，只有遞交了適當(dāng)?shù)募夹g(shù)文件來(lái)證明單斜坡(single slope)設(shè)計(jì)能夠提供一個(gè)等效或更好的設(shè)計(jì)，才會(huì)給予單斜坡(singleslope)設(shè)計(jì)特別考慮。
圖5
5、結(jié)論
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)很多船廠生產(chǎn)了不少64000DWT和82000DWT系列散貨船舶，有多艘船舶艉軸承出現(xiàn)了高溫問(wèn)題，損失很大，教訓(xùn)深刻。當(dāng)艉軸承高溫報(bào)警達(dá)到80°C，就可以判斷軸承已經(jīng)被燒熔，這時(shí)也不必太驚慌失措，只要采取正確的措施，維持運(yùn)行，可以等到適當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)塢修理。船廠應(yīng)該謹(jǐn)慎選擇艉軸承單點(diǎn)支撐這樣的新型設(shè)計(jì)，新型設(shè)計(jì)應(yīng)該經(jīng)過(guò)實(shí)船考驗(yàn)后才能進(jìn)行批量產(chǎn)生。此外，船舶沒有貨物時(shí)必須充分壓載，使得螺旋槳盡可能多的浸沒在水中，如果海況惡劣，則還應(yīng)按照壓載手冊(cè)進(jìn)行風(fēng)暴艙壓載。
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