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以潤滑形式區(qū)分,艉軸艉管裝置有水潤滑及油潤滑兩種。以潤滑系統(tǒng)不同區(qū)分,有開式水潤滑及閉式水潤滑或閉式油潤滑。圖1開式水潤滑艉軸艉管裝置圖1為開式水潤滑艉軸艉管裝置,適用航行于水質(zhì)潔凈、不含泥沙的水域的船舶。這種形式的艉軸艉管裝置只有首密封裝置,以防止海水涌入船內(nèi)。圖2閉式水潤滑艉軸艉管裝置圖2為閉式水潤滑艉軸艉管裝置,由艉管、白合金軸承、首尾密封裝置、油柜及其管路等系統(tǒng)組成,以滑油為冷卻和潤滑劑。由于是閉式結(jié)構(gòu),有效地將泥沙水進了隔離,避免了泥沙對軸和軸承的磨損,延長了艉軸和軸的使用壽命[1-2]。然而,傳統(tǒng)船舶油潤滑在實際營運中存在著不同程度的泄漏,我國現(xiàn)行有關(guān)船舶艉軸密封(對油潤滑)裝置安裝(檢驗)標準(JT/T286—1955、JT/T3419—1992)艉軸密封的泄漏允許量2~3滴/分鐘。據(jù)實船統(tǒng)計,一艘總功率在440kW~880kW的雙機在航船舶,一年所消耗的艉軸滑油約為150kg~300kg[3]。僅三峽庫區(qū),常年運行的船舶數(shù)量在9000艘以上,一年排出的滑油達數(shù)千噸,對于長江的污染更大而對于海洋的污染更是觸目驚心。在一些發(fā)達國家,如美國政策明文規(guī)定,在內(nèi)河航行的船舶,不準采用油潤滑艉管系統(tǒng),從而解決漏油對水域的污染。2013年美國環(huán)保署(U.SEnvironmentalProtectionAgency,EPA)為防止?jié)櫥托孤S蛟斐晌廴?,在最新發(fā)布的船舶通用許可(Final2013VGP)中指出,所有進入美國水域(沿海3nmile)船舶在油水界面上必須使用環(huán)保潤滑油(EAL),當(dāng)船舶不在干塢時應(yīng)盡可能少地對艉軸管密封裝置進行維護保養(yǎng)。這無形中提高了船舶的運營成本,一旦造成大面積泄漏,將面臨天價的處罰。而采用水潤滑軸承則可以很好地解決令人棘手的環(huán)境問題[4]。一、第一次海試故障描述為荷蘭船東Seatrade建造的4600載重噸果汁運輸船船長99.90m,寬15.40m,型深8.75m,配備2個貨艙和12個獨立液貨艙,入級法國船級社(BV)。該船最大亮點是采用絕緣液貨艙保護液貨艙不受細菌污染,液貨艙配備獨立的冷卻系統(tǒng),使液貨艙保持-10℃~0℃的低溫狀態(tài)。該船原動力推進系統(tǒng)采用國內(nèi)首次采用的閉式水潤滑(后改為油潤滑)和艉管單軸承設(shè)計,整個軸系的負荷依靠艉軸承和齒輪箱軸承進行負荷分配[5]。該船試航中,在進行船舶慣性試驗和主機緊急停車(即:船舶全速前進到船舶倒車直至停車)這個試驗后,艉管水潤滑裝置流量計顯示艉管內(nèi)循環(huán)的淡水流量出現(xiàn)異常,同時觸發(fā)重要故障報警(濾器堵塞報警),主機連鎖開始減負荷后停車,船廠馬上停主機,檢查發(fā)現(xiàn)艉管水潤滑水柜已沒有水。這時開始排查故障,首先檢查管子系統(tǒng)沒有泄漏,與之相關(guān)的艙室也沒有泄漏,再往水柜內(nèi)加入淡水,15min內(nèi)基本漏光。由于當(dāng)時船舶航行在禁錨區(qū)邊緣,與船長溝通航行安全問題后,和服務(wù)商溝通后,決定往水柜不斷加水,主機動車前往錨地,由于水柜容量限制,每次加水后只能堅持15min,主機必須停車,共加了3次水,船舶才航行到達錨地,等待拖船。1、進塢后對推進系統(tǒng)進行檢查船舶進塢后檢查艉密封情況,發(fā)現(xiàn)艉密封進塢檢查后發(fā)現(xiàn),槳轂與防護罩漁網(wǎng)刀之間明顯出現(xiàn)下沉,漁網(wǎng)刀已刮到槳轂,設(shè)計原間隙有5mm左右,可以推測軸承已磨損約5mm,見圖3。圖3軸承磨損情況由圖3可知,軸承磨損嚴重,對此現(xiàn)象的可能性分析如下:1)軸封先壞,軸承接著燒毀。軸承在船舶急停的過程中,軸封瞬間損壞(橡膠翻出),造成潤滑系統(tǒng)的水分流失,系統(tǒng)內(nèi)的水全部流入海里,同時造成艉軸軸承潤滑不足,軸承燒毀。2)軸承由于潤滑不夠,燒毀后軸系產(chǎn)生位移,超出了軸承的承受極限,造成軸承橡膠翻出,潤滑系統(tǒng)內(nèi)的水分從艉軸封處流失,潤滑水柜內(nèi)的水全部流入海里。同時加快了軸承燒毀的速度。3)由于船廠下水后對中不好,造成軸承磨損,并引起軸封損壞。4)由于齒輪箱結(jié)構(gòu)強度不夠或者艉軸轂處船體變形,造成軸系中心線變化,造成軸承磨損,并引起軸封損壞。在沒有明確問題產(chǎn)生的原因時,任何的推測都是有可能的。2、對故障的處理結(jié)果進塢檢查后發(fā)現(xiàn)艉軸承已經(jīng)損壞,故艉軸承是必須更換新軸承。更換艉軸承后,因為無法還原當(dāng)時的對中狀態(tài),沒辦法檢查對中情況。在與船東船檢等溝通后,決定將艉軸總成插入艉管內(nèi),檢查艉軸與齒輪箱的開口偏移情況和軸系負荷試驗情況,來決定和判斷齒輪箱是否需要調(diào)整,并判斷原對中情況。在這里需要再次強調(diào)該船型軸系受力布置及軸系負荷試驗的特殊性,該船型為艉管閉式水潤滑形式,見圖4。圖4本船閉式單軸承水潤滑形式從圖4中可以看出,該軸系與傳統(tǒng)軸系最大區(qū)別就是艉管只有艉軸承,設(shè)計時取消了艏軸承,由艉軸承和齒輪箱軸承承受整個軸系的負荷,故齒輪箱與中間軸的對中和齒輪箱處的受力顯得尤為重要(因艉軸承的受力無法檢測,負荷試驗只做齒輪箱處的受力情況分析)。圖5首尾密封的安裝形式從圖5中看出,軸封的密封形式由傳統(tǒng)的骨架密封,改為該船這種依靠特殊材料端面密封形式。在軸線出現(xiàn)較大偏移時,軸封處橡膠超過其承受極限,從軸封凹槽處翻出,破壞了其密封性。艉管內(nèi)的冷卻水從密封翻出處流出產(chǎn)生故障。在卡特工程師的指導(dǎo)下進行預(yù)頂升,測得艉軸與齒輪箱對中數(shù)據(jù):GAP=0.60,SAG=1.50(理論值GAP=0.68,SAG=2.68),從數(shù)據(jù)中看出,外圓SAG與理論值相比相差1.1mm。繼續(xù)進行軸系負荷試驗,測得齒輪箱處負荷數(shù)據(jù)為24.3kN,在理論值20%之內(nèi)。同時歐洲卡特軸系專家指出,齒輪箱基座需加強,經(jīng)過溝通后船廠增加的齒輪箱基座加強見圖6和圖7。圖6軸系負荷圖圖7齒輪箱基座受力及加強圖紙圖7可以看出,船廠對齒輪箱基座進行了加強。在經(jīng)過加強后,進行中間軸與齒輪箱的對中,經(jīng)檢測軸系負荷試驗齒輪箱的受力在要求的范圍內(nèi),調(diào)整齒輪箱的位置重新澆注環(huán)氧。二、第二次試航情況描述船舶進行第二次試航,在試航前由于對閉式水潤滑系統(tǒng)的穩(wěn)定性仍存在一定懷疑,與軸系供應(yīng)商委派的專家進行了溝通,在碼頭進行軸承預(yù)磨工作,在怠速情況下,使軸與軸承充分接觸,達到最佳的接觸效果再進行海試。見圖8。圖8水潤滑裝置濾器里濾渣海試過程中,由于濾器堵塞報警,水潤滑單元的濾器仍然需要頻繁地清洗,情況較之第一次試航要好一些,但是頻繁報警無人機艙無法報驗,只能做完其他項目返航。三、第三次試航情況描述歷時5個月后,在船東、軸系供應(yīng)商及船廠進行三方會談后,認為閉式水潤滑和艉管單軸承的設(shè)計形式存在較大的不確定性,考慮到成本和時間等綜合因素,最終將艉管艉軸承的材料改為傳統(tǒng)的巴士合金油潤滑。見圖9。圖9艉軸修復(fù)和新軸承安裝在對艉軸進行修復(fù),軸承進行更換后進行了最后一次試航,最終試航順利,軸承運行溫度穩(wěn)定在35°左右。四、結(jié)論雖然最終通過更換軸承,由閉式水潤滑改為閉式油潤滑將問題解決,但是船舶的軸系設(shè)計理念在改變,綠色環(huán)保原生態(tài),是今后設(shè)計的主
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