新型多轴承尾轴管及尾轴护管装置设计

杨泽滨， 邹丽榕 ， 黄津津

(1.中船黄埔文冲船舶有限公司， 广东 广州 510715；2.中国船舶及海洋工程设计研究院， 上海 200011)

0 引 言

船舶尾轴管装置内部装设轴承、端部装设密封装置、内设轴承润滑系统(如有)，其是推进装置的重要组成部分，起到支撑推进器轴或尾轴的质量，保护推进器轴或尾轴免受渔网和缆绳缠绕的作用；另外，由于尾轴管装置内部的冷却/润滑介质不外泄且不受舷外水质影响，可为尾轴管轴承提供良好的工作环境。

近年来，中国海上执法维权的公务船趋于快速化、大型化，从黄水向蓝水进军，进一步远海化，航行的水域环境更为复杂，传统的尾轴管装置已不能完全满足现有需求。传统的尾轴管装置无论是整体式还是焊接式，其设计方案比较适合短轴系，即尾轴管内仅设前、后两道轴承。对于设有3道或以上轴承的多轴承尾轴管装置，现有的尾轴管结构难于实现。

对于快速性、操纵性要求较高的特殊用途船如公务船，其船体尾部线型明显收拢，而且这些船舶基于可靠性、安全性考虑一般均采用双轴系或多轴系，再者该类船的设计排水量大多介于1 000吨级～5 000吨级之间，该吨位级别决定了尾轴管装置的结构尺寸较小，加剧了尾轴管装置的施工难度。本文阐述几种尾轴管装置的设计方案，并说明其技术特点。

1 油润滑多轴承尾轴管装置的设计

针对传统尾轴管装置的不足，设计1种适用于装设3道或3道轴承以上的油润滑尾轴管装置。该装置包括前轴承组件及密封装置、中轴承组件、后轴承组件及密封装置，以上轴承组件包含与船体结构连接的(前、中、后)尾轴架、前尾轴管段组件、后尾轴管段组件和润滑管系等[1]，上述组件形成1个封闭的焊接式油润滑尾轴管装置，其内部的腔体可填充润滑介质。

船用焊接式油润滑尾轴管装置(3道或3道以上轴承)的结构示例如图1和图2所示。由图1和图2可知：

图1 船用焊接式油润滑尾轴管装置(3道轴承)结构示例

图2 船用焊接式油润滑尾轴管装置(3道轴承以上)结构示例

(1) 设计该装置的关键技术在于与中间尾轴架后端连接的后尾轴管段组件，该组件的前端直管段内的正下方设有人孔盖组件。人孔盖组件的结构示例如图3所示。

图3 人孔盖组件的结构示例

(2) 对比图1和图2可知：图2设计方案是在图1的基础上增加1组尾轴管段组件。该设计模式实现了模块化，适用于更多道轴承超长轴系的尾轴管装置。

(3) 图3显示，装设在尾轴管装置内部的润滑/密封管系的连接接头集中布置在人孔盖组件附近，有利于润滑/密封管系的安装、清洁、试验、维护。

(4) 前尾轴管段组件或后尾轴管段组件的后两端均与其连接的尾轴架保持线型光顺，有利于降低附加流体阻力。

(5) 人孔盖组件的具体轴向位置和尺寸大小应以有利于人员施工、拆卸和更换前方的尾轴管轴承为准。

(6) 在新船建造时，先将尾轴管内部清洁完毕，并完成推进器轴、零部件等的安装，再安装人孔盖组件的人孔盖板和人孔封板；由于尾轴管内部空间已不存在施焊工序问题，而后续外部的焊接工序对尾轴管内部空间的清洁度并不造成影响，故能有效保证整个尾轴管内部空间的清洁度。

(7) 当需要对船舶尾轴管系统进行维修时，因尾轴管段组件设置有人孔盖组件，可通过火焰切割、碳刨等方法在人孔盖组件的相应部位切开人孔封板，再拆卸人孔盖组件，有效保证整个尾轴管内部空间的清洁度不受影响。

此设计方案有利于降低油润滑尾轴管装置的轴承布置难度、装置的安装难度、系统的清洁难度、轴承维修及更换难度等，可满足绝大多数大中型公务船等特殊用途船的需求，为其快速性、高可靠性、高安全性提供强有力的技术支撑。

由于油润滑多轴承尾轴管装置内部的润滑介质与舷外水质无关，能有效与泥沙水隔离，故避免泥沙对尾轴及轴承的损害，提高轴承的可靠性，改善其工作环境，可适用于航行在较多泥沙水域的船只。

该设计已在广东省等省级1 000吨级和1 500吨级海监船成功应用。

需要指出的是，如采用普通润滑油作为系统的冷却/润滑剂，一旦发生尾轴管装置油泄漏，不仅污染水域，还可能被迫停航，造成经济损失，这是油润滑尾轴管装置的不足。为解决可能发生的漏油现象所造成的污染问题，油商和专业厂家已先后研发出“可生物降解”和“最低限度毒性”环保润滑油。其有机物成分含量很低，并且有机成分可以被海水中微生物迅速降解，所以即使发生泄漏，对海洋环境造成的影响也是极小的，如加拿大Thordon公司推出的TL3G润滑剂、瑞安勃、蓝天使、欧洲之花、北欧天鹅等多种性能优越的环保润滑油[2]。在选用环保润滑油时，应注意其黏度等级、冷却、耐压、流动性以及润滑油膜形成的最低转速等。

2 水润滑半封闭式多轴承尾轴管装置的设计

水润滑半封闭式多轴承尾轴管装置，采用来自海水总管的海水通过专用水处理装置处理后送至尾轴管内部作为轴承的冷却/润滑剂，再从尾轴管的尾端直接排至舷外，可用消防水作为备用。该设计方案具有经济性好、环保、结构简单、维护成本低的特点，设计方案与上述的油润滑多轴承尾轴管装置的设计方案基本相似，主要差别在于：

(1) 无尾密封装置，尾管内部无润滑管系，装置结构较为简单；

(2) 须配套设置专用水处理装置，除去泥沙、杂质等；

(3) 装置内外壁需要按水下要求刷油漆；

(4) 轴的表面须包敷玻璃钢等防腐处理；

(5) 冷却/润滑的海水应经过杀生处理，防止海生物在尾轴管内生长造成污损等。

水润滑半封闭式尾轴管装置包括前轴承组件及密封装置、中轴承组件、后轴承组件。以上组件包含与船体结构连接的(前、中、后)尾轴架、前尾轴管段组件、后尾轴管段组件等。上述组件形成1个封闭的焊接式水润滑尾轴管装置，其内部的腔体可填充润滑介质。具体结构示例可参考图1～图3。

该设计已在辽宁省等省级1 000吨级海监船成功应用。

另一种全封闭式水润滑尾轴管装置设计方案，其冷却/润滑剂选用淡水，设计方案与油润滑尾轴管装置设计相似，配置有尾密封装置和润滑系统，冷却/润滑剂循环使用，具体可参考文献[3]。

3 敞开式舷外水润滑尾轴护管装置的设计

对于航行于含泥沙量较少水域的船舶，可用舷外海水直接作为推进轴系的橡胶/高分子材料轴承的冷却/润滑剂。为避免网绳缠绕推进器，传统推进装置仅在螺旋桨毂前端方位附近安设防网绳切割装置，未设置尾轴护管装置，显然仅靠防网绳切割装置仍不能有效防止渔网、缆绳缠绕推进器轴的其他部位，且缠绕情况一旦发生，防网绳切割装置也无法起到切割作用，势必导致船舶的推进系统功能受到削弱，情况严重者将导致推进系统部分或全部受损，对船舶和船员的安全造成严重威胁。

敞开式舷外水润滑尾轴护管装置严格意义上不能被称作尾轴管，只能被称作尾轴护管装置，其主要作用在于保护推进器轴或尾轴免受渔网、缆绳缠绕，与防网绳切割装置配合可更有效地防止渔网、缆绳缠绕推进轴系。

该设计方案直接采用舷外水对尾轴管轴承进行冷却/润滑，因省去装置内部的润滑管系，故无需配套设置专用水处理装置，与前述的油润滑多轴承尾轴管装置和水润滑半封闭式多轴承尾轴管装置相比，具有结构更简单、施工更容易、维护更方便、成本更低的特点，但仅限于水润滑轴承，对航行水域的水质要求较高，泥沙等杂质不能过多。敞开式舷外水润滑尾轴护管装置的设计也可采用模块化设计思路，详见图4敞开式舷外水润滑尾轴护管装置总装图和图5敞开式舷外水润滑尾轴护管装置结构详图。为更好地显示重点，图4和图5省略了尾轴架前后端的导流罩。

敞开式舷外水润滑尾轴护管装置主要包括1段或1段以上的护管。护管的两端焊接有法兰，护管和两端的法兰被分成两半式(剖分式)，护管上分布有若干进出水孔，以便舷外水进出护管。两半式护管上均焊接有连接耳板，并在连接耳板的正上下方位留有耳板工艺孔，以便安装紧固件。两半式护管通过紧固件连接各自的连接耳板，形成推进器轴或尾轴的护管装置。船用可拆式尾轴护管装置还包括法兰等固定用的一系列紧固件[4]。

上述的两半式护管上分布有若干进出水孔，孔的大小和数量应根据轴承的润滑和冷却需求进行设计；另外，在护管装置下护体的靠近尾部方位正下方处设计有流沙孔，以便随水流进入护管装置的泥沙等杂物及时排出，泥沙等碎物不至于在护管装置内部滞留影响冷却和润滑效果。护管装置的大小和长度、护管装置的流水孔大小和间距、连接耳板具体布置位置和形状、两端法兰大小以及护管装置的连接紧固件根据实际需求确定。

该设计已在福建省等省级1 000吨级和1 500吨级海监船成功应用。

图4 敞开式舷外水润滑尾轴护管装置总装图

图5 敞开式舷外水润滑尾轴护管装置结构详图

4 结 语

实船应用证明，前述几种尾轴管装置设计方案，即新型油润滑多轴承尾轴管装置、水润滑半封闭式多轴承尾轴管装置、敞开式舷外水润滑尾轴护管装置的设计，克服传统尾轴管装置的弊端和不足，有效提高尾轴管系统的可靠性、安全性和可维修性，进而提高主推进系统的生命力，为现代中大型公务船在更复杂水域的航行提供有力的技术保障。

对几种尾轴管装置设计方案的关键设计要点的阐述，为在中大型公务船上尾轴管装置的方案设计提供参考。