船舶艉轴承高温问题及其操作注意事项

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船舶艉轴承高温问题及其操作注意事项

一:故障经过

二:维持运行

三:双斜坡设计

四:原因分析

五:谨慎选择单斜坡设计

六:结论


一:故障经过

    某船厂生产的一艘82000DWT散货船,出厂不久,航行途中,发生了艉轴承高温报警,并触发了主机安保系统,主机自动减速。

    当时,船舶位于离岸230海里的开阔洋面上,船员检查发现艉轴承继续升高至80?C,于是决定立即停车检查。打开艉管滑油放泄阀,艉管滑油含有部分金属碎屑,见图1。冷却后再次启动主机,密切观察艉轴承温度,逐步加速至70RPM, 艉轴承温度稳定在41?C。船舶继续驶往目的地澳大利亚港口。在此期间,船员密切观察和报告艉轴承温度,没有再出现异常情况。

艉管滑油含有部分金属碎屑.jpg

图1   艉管滑油含有部分金属碎屑


二:维持运行

    根据上述船员的描述,可以初步判断艉轴承已经部分烧熔。到达港口后,邀请潜水员对船艉进行了水下检查,没有发现异物撞击或螺旋桨被渔网缠绕的现象,也没有发现泄漏的情况。测量艉轴下沉量,新的读数为81.9mm ,比原始数据多了0.10mm微量下沉,属合理范畴。在港期间,轮机长安排更换了新的艉管滑油。考虑到备件需要至少三个月才能供应到船,该轮继续航行,同时对此情况通报了船级社。


验船师提出了建议和要求:

1,原有滑油取样后送实验室化验,并保持每月取样化验;

2,航行时,对艉管滑油进行每小时观察检查;

3,密切监控后密封油箱油位变化判断是否有海水进入或出现漏油情况;

4,船员每日对艉轴油放残,看其是否含有金属碎屑以及含水量变化。同时要求船东尽早安排进坞更换艉轴承及密封装置。

    经过了一个航次,在确认备件可以提供的情况下,安排了船舶在新加坡船厂进坞修理。首先对整个轴系进行了测量、检查,比较出厂时的数据,没有发现明显偏差。当艉轴抽出后,没有发现明显损伤,但艉轴承下部,在最后三分之一长度段已经部分烧熔,见图2,部分白合金呈片状剥落,见图3。


艉轴承下部在最后三分之一长度段已经部分烧熔.jpg

图2、艉轴承下部在最后三分之一长度段已经部分烧熔


部分白合金呈片状剥落.jpg

图3、部分白合金呈片状剥落


三:双斜坡设计

对于损坏的原因分析,多方各持意见。

    供应商认为其产品历史悠久,各项测试参数均符合要求,不是艉轴承产品质量问题。

    船东方面认为,他们在该厂的姐妹船在试航时就出现了高温,并在出厂前进行进坞修理、更换了艉轴承及密封装置。同时,该船东在其它船厂订制的该系列船舶出现了同样类似的问题。如果排除产品质量、船厂安装工艺方面的问题,那么就应该是艉轴承的设计问题了。

    对此,有关船级社高度重视该系列船舶艉轴承高温问题,船级社通过研究、计算,采取改用艉轴承双斜坡(double slope)的设计方案,要求船厂现场进行轴系校中测量,相关数据递交船级社专家重新计算,把艉轴承设计加工成双斜坡(double slope)型,以解决艉轴承高温问题。

    船东根据船级社专家计算的数据,邀请专业厂家对艉轴承进行了现场高难度的加工,使得原有的只有一个斜坡的艉轴承变成了双斜坡(double slope)形状。重新安装并经过试航以后,船舶再次投入营运,之后没有再出现异常情况。


四:原因分析

    通常来说,如果问题具有普遍性,那么一定是设计上出现问题,比如计算强度不足或余量太小,等等。针对频繁出现的艉轴承高温问题,笔者进行了一番调查询问,经了解,过去也曾经建造了几十艘同类型的船舶,都没有发生此类艉轴承高温问题。现在国内多家船厂建造64000DWT和82000DWT的多艘散货船,出现了艉轴承高温问题。一艘64000DWT散货船出现了100?C的艉轴承高温报警,考虑船舶的安全,紧急安排了进坞,当艉轴抽出后,艉轴承出现了类似图2的烧熔,船东请了专业厂家对艉轴承进行了浇铸修理。另一艘64000DWT散货船也出现了100?C左右的艉轴承高温报警,但采取了如前所描述的冷却、放泄、换油等措施,并密切观察后,依然能够继续航行,好几个月都没有再出现异常情况。有个别船厂甚至达到了五六艘船舶出现该问题,有的试航时就发生,返厂更换修理后再次试航。


仔细了解各种情况,并与过去的同系列船舶比较后,发现出现艉轴承高温普遍问题的船舶有如下共同特点:

1,艉轴承采用单点支撑,即艉管内只有一个轴承,而过去的同系列船舶都是前后二个轴承;

2,使用环保油,而过去的同系列船舶都使用矿物油,环保油是否存在高温性能不稳定的因素尚不能确定;

3,出现艉轴承高温时,船舶都处于压载状态,即螺旋桨部分叶面露出水面;

4,轴承损坏状态类似,都是在轴承后端三分之一处烧熔;

5,出现艉轴承高温后,经过冷却或换油后,船舶还能继续航行,有的甚至还能达到正常航行的状态,即达到船舶经济航速,并没有继续出现艉轴承高温现象。

    船舶的轴心线在各种负荷下实际是一个折线而不是一个直线,如果船舶的设计在轻桨裕度不是很富裕的情况下,螺旋桨就显得偏重,即通俗称为“重桨 heavy propeller”。之所以都是在压载状态下发生艉轴承高温,是因为此时,部分螺旋桨叶露出水面,螺旋桨旋转时,水对螺旋桨的反作用力就小。此反作用力的向上分力,形成了对螺旋桨和轴的托举力作用。在海况恶劣时,在某个时间点,就会出现更多桨叶接触不到水,水对螺旋桨和轴的托举作用就更小,更为主要的是螺旋桨下方受到水的反作用力而产生力矩(见图4)使得艉轴承负荷增加,因此整个轴系尤其是后部艉轴承就会承受过高的压力。当轴与轴承之间旋转形成的锲型油膜压力不足于支撑轴系负荷时,就使得轴与轴承之间产生干摩擦,从而导致艉轴承艉端烧熔。


受力分析图.jpg

图4   受力分析图


    从照片上可以看出,烧熔后的艉轴承只是白合金的上表面部分,就是说,艉轴承的白合金没有完全彻底被破坏,反而形成了局部斜坡,无形中造成了双斜坡(doubleslope),使得轴与轴承之间能够贴合的更好了,达到了双斜坡某种效果,所以,当出现艉轴承高温后,船舶还能继续航行。

    对于原因分析,有不少人认为或者说是简单地归咎于使用环保油,业内人士都知道凡是进入美国水域的船舶都要求使用环保油,如果这种油性能不过关,那么,为什么在其他船舶上没有频繁发生这样的事故呢?而集中在这样单点支撑的系列船舶,这种观点显然是难以成立的。

    值得一提的是,船舶营运必须按照要求进行压载。某船厂一艘大型集装箱船舶,在刚刚驶出船厂几个小时后就出现了尾轴承高温问题,船员描述尾管轴承高温在10分钟内到达123度,打开尾管放泄阀检查发现滑油含有金属颗粒,无法继续安全航行,不得不拖航进坞修理。抽轴后发现尾管后轴承下瓦后部磨损烧熔见图5,前轴承上瓦部分磨损烧熔。该事故经专家全面校中测量调查取证后判定,这显然是螺旋桨过多地露出水面在很轻的压载状态下(very light condition)导致的。即螺旋桨缺少了部分水的反作用力,轴承负荷过大导致了轴承被烧熔。该事故使得船舶拖航备件费用等修理总费用达到几百万。


五:谨慎选择单斜坡设计

    现在查阅ABS美国船级社2017年钢质船舶规范船舶系统与机械part 4部分可以找到明确要求,对于船舶在艉管内没有前轴承的装置,艉管内的后轴承必须是双斜坡(doubleslope)如图5的设计,只有递交了适当的技术文件来证明单斜坡(single slope)设计能够提供一个等效或更好的设计,才会给予单斜坡(singleslope)设计特别考虑。


艉管内的后轴承必须是双斜坡.jpg

图5


六:结论

    近年来,国内很多船厂生产了不少64000DWT和82000DWT系列散货船舶,有多艘船舶艉轴承出现了高温问题,损失很大,教训深刻。当艉轴承高温报警达到80?C,就可以判断轴承已经被烧熔,这时也不必太惊慌失措,只要采取正确的措施,维持运行,可以等到适当的时候进坞修理。船厂应该谨慎选择艉轴承单点支撑这样的新型设计,新型设计应该经过实船考验后才能进行批量产生。此外,船舶没有货物时必须充分压载,使得螺旋桨尽可能多的浸没在水中,如果海况恶劣,则还应按照压载手册进行风暴舱压载。

发表于:2019-10-06 16:19:48
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