本文原创作者：曹艳东
1 前言
某船在试航过程中，主机转速在80 r/min左右时操满舵，尾管后轴承发生了温度高报警，并且温度不断上升，船上立即停车检查，停车后温度还在继续上升，一度升至80 ℃左右。检查尾管后轴承温度传感器探头电流信号值正常，确认温度传感器没有问题；检查尾管滑油管路系统，确认整个管路系统通畅没有问题；采用顶升法检查尾管前轴承负荷，发现尾管前轴承几乎无负荷，怀疑尾管后轴承负荷偏重；主机盘车检查，尾管处有轻微异响，进入尾管冷却水舱检查，尾管后轴承处异响明显，声音为嗒、嗒、嗒，频率为每秒一次，据此现象初步判定尾管后轴承应该被烧伤了。为了防止损伤进一步扩大从而损伤螺旋桨轴，决定终止试航，由拖轮拖至船厂进坞检查。
2 坞内检查
（1）船舶进坞后，检查螺旋桨轴下沉量，与之前测量的下沉量数据相比较，确认螺旋桨轴下沉了约0.3 mm，初步确认尾管后轴承已经损坏；
（2）进行尾管滑油油样分析检查，将油样化验报告发给滑油供应商道达尔进行确认，厂家确认该滑油各项性能指标满足要求；
（3）拆卸螺旋桨，抽出螺旋桨轴，检查尾管轴承损伤情况，发现尾管后轴承下部烧伤严重（见图1），尾管前轴承无损伤；
（4）将尾管后轴承压出后，用专用仪器检查尾管内孔同心度，发现尾管后轴承处后部上翘了0.07 mm。经过计算，尾管后轴承压装后，后轴承处的实际斜度变为了0.127×10-3rad。根据轴系较中计算书的要求，后轴承的加工斜度要求为0.2 ×10-3rad。
3 原因分析
（1）尾管轴承负荷因素：经查看该船之前的较中以及轴系负荷称重数据，都满足要求，并且MAN都给予了认可。虽然后来检查出尾管前轴承几乎无负荷，但那是在尾管后轴承烧伤后测量的数据，轴系状态发生了变化，没有参考性。另外，尾管后轴承的比压一般都在0.4～0.6 MPa之间，与船级社规范要求的比压0.8 MPa相比还有较大的余量。因此初步判断，轴承的负荷分配应该没有太大问题；
（2）尾管变形因素：尾管安装过程中或船体变形等因素导致尾管变形，后轴承座后部比前部上翘0.07 mm，尾管后轴承压装后，后轴承处的实际斜度由0.2 ×10-3rad变为0.127×10-3rad，螺旋桨轴和后轴承的相对斜度变为了0.405×10-3rad- 0.127×10-3rad =0.278 ×10-3rad，虽在船级社要求的0.3×10-3rad的范围内，但由于螺旋桨轴和后轴承的相对斜度相对于原设计值0.405×10-3rad - 0.2 ×10-3rad =0.205×10-3rad变大，可能会导致尾管后轴承后部边缘负荷增大，螺旋桨轴与尾管后轴承之间的油膜难以形成，轴承非正常磨损，导致尾管后轴承烧坏、温度高报警，这可能是引起后轴承温度高的因素之一；
（3）环保油（EAL）因素：根据美国环保署VGP（2013）要求，从2013年12月19日起，进入美国水域船长大于等于79 ft的所有商船，在其油水界面均须使用环保油。对于尾管密封，若采用油润滑系统，则尾管滑油必须采用环保油。我们了解到，船舶使用环保油后，多家船厂都出现了尾管后轴承温度高的现象，甚至轴承烧伤的情况。经过多方资料的收集，我们发现环保油在40 ℃ 以下的粘度要比同温度的矿物油粘度低些，这在主机低速运转且运行时间不长的情况下，油膜难以形成，可能导致螺旋桨轴与轴承润滑不良从而引起轴承烧伤。另外，在同等条件下，环保油的油膜厚度要比矿物油的油膜厚度小些，运转初期的磨合能力差些，这在一些设计院以及船级社的案例分析中都有提及，这也可能是引起后轴承温度高的因素之一；
（4）操作因素：该船轴承温度高发生在操大舵角的时候，即在轴系磨合初期打满舵时，特别是在主机转速禁区附近时打满舵，可能会影响螺旋桨轴与后轴承油膜的形成，从而加快后轴承磨损，这也可能是引起后轴承温度高的因素之一。
4 预防措施
虽然导致尾管后轴承温度高的原因复杂，目前很难找到根本的原因，但我们可以从以下几个方面进行预防和应对：
（1）严格按照轴系较中计算书进行轴系较中，完善施工工艺，确保加工精度，轴系顶升阶段尽量使中间轴承、尾管前轴承的负荷向理论值靠近；
（2）测量尾管前后轴承位的同心度，根据测量结果，再确定是否对尾管后轴承的斜度进行加工补偿。根据该船尾管后轴承处0.07 mm的上翘，通过加工后轴承外圆对轴承内孔的斜度进行补偿，使尾管后轴承的实际斜度变为0.28 ×10-3rad，这样螺旋桨轴和后轴承的相对斜度变为了0.405×10-3rad - 0.28×10-3rad =0.125 ×10-3rad，比之前的相对斜度0.278 ×10-3rad要小些；
（3）尾管滑油在系泊试验和航行试验初期的磨合阶段，先用矿物油进行螺旋桨轴和轴承的磨合，正式的航行试验阶段再更换为环保油。虽然这种做法还没有很好的理论依据，但其他一些船厂都采用了这样的做法，并且采用这种方案后尾管后轴承温度高的情况显著减少；
（4）在航行试验初期的磨合阶段，尽量避免操大舵角，特别是主机转速在通过转速禁区时尽量不要操满舵。
以上措施在该船的第二次航行试验验证中是有效的，尾管后轴承温度在整个航行试验期间都在正常的范围内，航行试验取得了圆满成功，并且根据该船交付后运营中的反馈，轴承温度都在正常范围内。
5 其他应对措施
（1）尾管密封选用空气密封。空气密封在正常运行时不存在油水界面，理论上可以继续使用普通矿物油而不需要使用环保油，并且一些船级社都认可了使用空气密封可以使用普通矿物油。当然，这会增加船厂的成本，在新造船中若船东愿意分摊该部分增加的成本，可以采用空气密封，对船东而言也可以省去购买昂贵的环保油的成本；
（2）优化轴系较中计算。针对使用环保油后频繁出现的轴承温度高的问题，建议提醒主机厂在轴系较中计算中不仅要满足船级社要求，更要对轴系较中计算结果进行优化，尽量降低尾管后轴承上的负荷和相对斜度；
（3）提高螺旋桨轴和尾管后轴承的加工工艺。现在螺旋桨轴表面粗糙度一般选取为1.6，建议提高至0.8。尾管后轴承的表面粗糙度要求，也建议厂家提高；
（4）改善环保油油品特性，如：油膜形成速率、耐压等级、运动粘度等级等；根据模拟轴承的实船负荷状态，对轴承是否适合用环保油进行专门的试验，虽然试验比较困难，但模拟试验可能是找出问题根源和解决方案的佳途径，这需要轴承厂家和环保油厂家联合考虑。
6 结束语
本文分析了可能造成尾管后轴承温度高的原因，并且针对各种可能的原因采取了相应的预防措施，并在实船验证中取得了良好效果，为后续同型船的建造积累了经验。同时，也探讨了一些其他的应对措施，希望对同类型船的建造、设计提供一定的帮助，不足之处请批评指正。
参考文献
[1] 中国船级社.美国环保署环保油要求及实施建议[S].2014.
[2]ClassNK.Shaft Alignment.2015.
来源：《广东造船》2016年3期
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