船舶艉轴承间隙测量的作用及方法

兰红安(中国船级社 福州分社，福建 福州 350008)

船舶艉轴承间隙测量的作用及方法

兰红安
(中国船级社 福州分社，福建 福州 350008)

船舶轴系是船舶动力装置重要组成部分，其中各个轴承的磨损量大小直接影响着轴系的工作轴线和船舶航行安全。文章通过对艉轴承及艉轴管装置的结构分析与讨论，阐述了艉轴承间隙测量的作用及方法，为艉轴承及艉轴管的维护保养及检修提供一定的参考。

船舶；轴系；艉轴承；轴承间隙；测量

船舶轴系是船舶动力装置中的重要组成部分，它将主机发出的功率传递给螺旋桨，再将螺旋桨产生的轴向推力传递给船体，推动船舶航行。船舶轴系一般由推力轴和推力轴承、中间轴和中间轴承、艉轴和艉轴承以及其它附件等组成。虽然船舶轴系结构简单，但由于其尺寸大、重量大、螺旋桨激励振动等因素，使得轴承的工作条件异常恶劣，各个轴承的磨损量大小直接影响着轴系的工作轴线和船舶的航行安全。因轴承与轴颈表面之间的相对运动速度很高，这就容易使轴承发热，同时轴承在工作中受到润滑油乳化变质和水的腐蚀，使得轴承的工作环境更加恶劣。为了防止因轴承损坏导致轴系在航行中发生重大故障，必须对轴承进行一定的状态监控及定期的检修，以保证轴系工作的可靠性。

1 艉轴管装置分类及检修分析[1]

艉轴管装置分为水润滑艉轴管装置和油润滑艉轴管装置。艉轴管装置通常是由艉轴管本体、艉轴承、密封装置和冷却、润滑系统等组成。艉轴承由轴承衬套和轴承衬构成，轴承型式多为滑动轴承。

1)水润滑艉轴承主要测量艉轴承间隙、检查轴承衬磨损、裂纹或开裂等情况。轴承衬过度磨损会使艉轴承间隙增大，运转时产生过大的冲击和振动，过大的冲击负荷会导致轴承衬产生裂纹或开裂。通过测量艉轴承间隙和轴承衬的厚度判断艉轴承是否过度磨损。对于不同材料的艉轴承，根据艉轴颈大小，轴承在安装与使用过程中，其极限间隙与轴承衬最小许用厚度有不同的标准，具体的数值详见相关标准。

水润滑艉轴承通常只设有首端密封装置，一般为填料函式密封装置，其结构如图1所示。

1-进水管；2-衬环；3-填料；4-艉轴管；5-压盖衬套；6-压盖；7-艉轴。图1 水润滑艉轴承首端填料函式密封装置示意图

密封装置靠牛油盘根填料3阻止艉轴承内的海水流入机舱，填料3在压盖6的预紧力作用下与艉轴7紧密接触起到阻水密封作用。 填料函式密封装置具有结构简单、工作较可靠、维护管理方便等优点，但磨擦损失大、容易损伤艉轴或铜套，填料函工作时允许有少量海水流出，其极限工作温度为60 ℃。

2)白合金艉轴承主要损坏形式有过度磨损、擦伤、裂纹、剥落和烧熔等。白合金艉轴承过度磨损、裂纹、剥落、烧熔和严重咬伤时应予以修换。当白合金剥落区的最大线性尺寸小于d/2(d为艉轴直径，mm)且只是一处时，可以继续使用；白合金擦伤、轻度咬伤可原地修光使用；白合金严重裂纹、过度磨损和烧熔时，应重新浇铸白合金。油润滑艉轴承密封装置的种类很多，目前大、中型船舶广泛采用辛泼莱克斯(Simplex)式密封装置。

油润滑艉轴承中采用辛泼莱克斯式密封装置结构形式如图2所示，其中橡胶环6用于阻止艉轴承内的润滑油外泄，橡胶环7、橡胶环8用于阻止舷外水和泥沙进入艉轴承。密封装置的腔室中充满润滑油以润滑橡胶环与防蚀衬套，通常在橡胶环6、橡胶环7之间装有艉轴下沉量的测量孔，用于测量艉轴下沉量，即艉轴承密封装置上、下平面(固定圆孔平面)与防蚀钢套外径表面的距离。由于防蚀钢套与艉轴及螺旋桨之间的相对位置固定，且艉轴承密封装置上、下平面(固定圆孔平面)与艉轴承的相对位置固定，因此测得的艉轴下沉量上、下刻度的变化，即为轴系与艉轴承之间的相对位置变化。图2(b)为首端密封装置，它与尾端密封装置结构基本相同，但只有2道密封橡胶环，用以阻止艉轴承内润滑油外泄。

图2 辛泼莱克斯式艉轴密封装置结构示意图

2 艉轴承间隙测量的作用

艉轴承间隙是指艉轴外径与艉轴承衬套之间的间隙值，即艉轴承衬套内径减去轴(或轴套)外径的值，未抽轴时，一般用塞尺测量距后轴承尾端100 mm处的垂直方向上方径向间隙，下方间隙一般为0，该上方径向间隙即为艉轴承的总间隙。 新造船安装艉轴时，通过测量艉轴间隙来衡量艉轴与艉轴承之间的松紧程度，同时测量艉轴衬的初始厚度作为厚度基值，用于估算后续营运中的轴承衬磨损量。该间隙太小，则易使轴承磨损严重，甚至抱死、烧熔；间隙太大，则不易形成水膜或油膜导致润滑不良，且容易引起轴系振动，造成轴系敲击。所以新造船、新安装艉轴承或修船时，艉轴承间隙，一定要控制在相关标准范围内[2]，并作为一项关键的检查项目，同时该值与轴承的相关尺寸等参数应留存船上，作为后续营运中估算轴承衬的磨损量和艉轴承检修的参考基值。

在进行艉轴检验或者坞检时，应测量艉轴承间隙、艉轴下沉量以及轴承衬的厚度，当测得的艉轴承间隙超标，或本次艉轴下沉量与上次艉轴下沉量比较后得出艉轴承磨损超标时，应查明原因并对艉轴承进行相应修理。因此，艉轴承间隙的测量及艉轴下沉量的测量，对判断艉轴承是否需进行检修具有重要作用。

3 艉轴承间隙与艉轴下沉量测量值的计算模型、计算方法及结论

3.1推算模型

(a)前一次测量模型 (b)本次测量模型图3 艉轴承间隙及艉轴下沉量测量模型

从图3模型中，可以得到以上各参数的如下关系：

艉轴承衬下部磨损量Δδ：

Δδ=δ1-δ2，

(1)

艉轴直径磨损量ΔD：

ΔD=D1-D2，

(2)

艉轴承衬上部磨损量Δδ′：

(3)

从图3中可看出艉轴或艉轴承磨损将导致艉轴中心线下沉，因钢衬套(如图2(a)中9)与艉轴刚性连接，故钢衬套中心线伴随艉轴中心线同步下沉，从而引起艉轴下沉量测量值发生变化；因钢衬套表面在艉轴下沉量测量位置无磨损，故艉轴下沉量测量值变化量即艉轴中心线的下沉量。

假设艉轴承衬下部无磨损(Δδ=δ1-δ2=0)，因艉轴为周向磨损，故存在艉轴直径最大磨损量等于2倍艉轴中心线下沉量：

(4)

假设艉轴径无磨损(ΔD=D1-D2=0)，则艉轴承衬下部最大磨损量：

(5)

3.2推算方法及结论

4)艉轴系每次拆卸安装前后，图3中的测量数据都可能发生变化，下次计算需采用上一次测量数据作基准。因此，为提高计算模型的准确度，在每次新装艉轴、艉轴承、艉轴密封装置，或抽轴检修、重新安装艉轴承和艉轴密封装置后，均应重新测量、记录图3模型中的数据，作为下次测量和计算的基准。

4 艉轴承间隙及艉轴下沉量测量要求的相关规定

1)《钢质海船入级规范》第1篇5.11.2.1(5)条规定在船底外部检查时：螺旋桨和艉轴承的可视部分应予以检查。艉轴承的间隙以及油封装置的有效性应予以确认并记录。对于可调螺距螺旋桨，螺旋桨毂和桨叶的密封件的紧固和密封程度应满足验船师的要求，除非验船师认为有必要，否则不要求解体检查[3]188。

2)《钢质海船入级规范》第1篇5.11.3.3(1)条规定在水下检验时:对舵轴承间隙和油润滑艉管轴承的艉轴衬套间隙的测定，可根据运行历史、船上试验和油样分析予以特别考虑。这些特别考虑的事宜由船东事先在水下检验申请中提出，以便中国船级社确认并同意有关水下检验所需布置[3]188。

5 在不同检验状态下对艉轴承间隙和艉轴下沉量测量数据要求分析总结

1)在建造阶段时：首次安装艉轴及艉轴承时需记录艉轴承衬内径、艉轴工作轴径、艉轴承上部间隙、艉轴下沉量的上刻度和下刻度，同时建议测量艉轴承衬初始厚度作为营运中艉轴承检修的基值，结合后续检验测量数据对艉轴承磨损量进行评估计算。

2)在艉轴检验时：艉轴抽出，需重新测量艉轴承衬内径、艉轴工作轴径、艉轴承上部间隙、艉轴承衬厚度、艉轴下沉量的上刻度和下刻度，用以评估艉轴承的磨损量，以及作为后续艉轴承的检修基值，结合下次轴检或坞检测量的数据对艉轴承磨损量进行评估计算。

3)在干坞检验时：水润滑艉轴承，因无后艉轴承密封装置，可直接测量艉轴承上部间隙和艉轴承衬厚度、艉轴后端工作轴径。油润滑艉轴承，如未拆卸艉轴密封装置，仅需测量艉轴下沉量的上刻度和下刻度，并评估艉轴承的磨损情况，判断是否需进行抽轴检查，出坞前应对艉轴油封进行密性试验，确认艉轴封的密封状况良好。

4)在水下检验时：中国船级社规定，对艉轴衬套间隙测定可以根据运行历史(包括轴承的工作温度记录、报警、润滑油的损耗量等)、船上试验和油样分析等情况评估及确认油润滑轴承的油封完整性和艉轴承工作状况，对艉轴衬套间隙的测量予以特别考虑，即由船东事先在水下检验申请中提出，经上述状况评估结果满意时，可接受免除油润滑艉管轴承的艉轴衬套间隙的测量要求。笔者认为：水下检验时，即使免除油润滑艉管轴承的艉轴衬套间隙的测量要求，艉轴下沉量测量要求也是必须的。通过水下艉轴下沉量的测量估算本次艉轴承最大间隙，也可看作是上述状况评估的一部分。

[1]杨令康. 船舶尾轴尾轴承间的润滑与碰摩特性研究[D]. 武汉：武汉理工大学，2010.

[2]钟骏杰. 朱汉华. 船舶尾轴承的变形对其润滑特性的影响研究[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2006(2)：224-225.

[3]中国船级社.钢质海船入级规范[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

兰红安(1985-)，男，江苏连云港人，工程师，硕士，主要从事船舶检验工作。

2014-10-20