船舶艉軸承高溫問題及其操作注意事項

High tempreture ofstern tube bush and operation attention matter

1、故障經(jīng)過

某船廠生產(chǎn)的一艘82000DWT散貨船，出廠不久，航行途中，發(fā)生了艉軸承高溫報警，并觸發(fā)了主機安保系統(tǒng)，主機自動減速。

當(dāng)時，船舶位于離岸230海里的開闊洋面上，船員檢查發(fā)現(xiàn)艉軸承繼續(xù)升高至80°C，于是決定立即停車檢查。打開艉管滑油放泄閥，艉管滑油含有部分金屬碎屑，見圖1。冷卻后再次啟動主機，密切觀察艉軸承溫度，逐步加速至70RPM, 艉軸承溫度穩(wěn)定在41°C。船舶繼續(xù)駛往目的地澳大利亞港口。在此期間，船員密切觀察和報告艉軸承溫度，沒有再出現(xiàn)異常情況。

圖1 艉管滑油含有部分金屬碎屑

2、維持運行

根據(jù)上述船員的描述，可以初步判斷艉軸承已經(jīng)部分燒熔。到達(dá)港口后，邀請潛水員對船艉進(jìn)行了水下檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異物撞擊或螺旋槳被漁網(wǎng)纏繞的現(xiàn)象，也沒有發(fā)現(xiàn)泄漏的情況。測量艉軸下沉量，新的讀數(shù)為81.9mm ，比原始數(shù)據(jù)多了0.10mm微量下沉，屬合理范疇。在港期間，輪機長安排更換了新的艉管滑油。

考慮到備件需要至少三個月才能供應(yīng)到船，該輪繼續(xù)航行，同時對此情況通報了船級社，驗船師提出了建議和要求：1，原有滑油取樣后送實驗室化驗，并保持每月取樣化驗；2，航行時，對艉管滑油進(jìn)行每小時觀察檢查；3，密切監(jiān)控后密封油箱油位變化判斷是否有海水進(jìn)入或出現(xiàn)漏油情況；4，船員每日對艉軸油放殘，看其是否含有金屬碎屑以及含水量變化。同時要求船東盡早安排進(jìn)塢更換艉軸承及密封裝置。

經(jīng)過了一個航次，在確認(rèn)備件可以提供的情況下，安排了船舶在新加坡船廠進(jìn)塢修理。首先對整個軸系進(jìn)行了測量、檢查，比較出廠時的數(shù)據(jù)，沒有發(fā)現(xiàn)明顯偏差。當(dāng)艉軸抽出后，沒有發(fā)現(xiàn)明顯損傷，但艉軸承下部，在最后三分之一長度段已經(jīng)部分燒熔，見圖2，部分白合金呈片狀剝落，見圖3。

圖2 艉軸承下部在最后三分之一長度段已經(jīng)部分燒熔

圖3 部分白合金呈片狀剝落

3、雙斜坡設(shè)計

對于損壞的原因分析，多方各持意見。供應(yīng)商認(rèn)為其產(chǎn)品歷史悠久，各項測試參數(shù)均符合要求，不是艉軸承產(chǎn)品質(zhì)量問題。船東方面認(rèn)為，他們在該廠的姐妹船在試航時就出現(xiàn)了高溫，并在出廠前進(jìn)行進(jìn)塢修理、更換了艉軸承及密封裝置。同時，該船東在其它船廠訂制的該系列船舶出現(xiàn)了同樣類似的問題。如果排除產(chǎn)品質(zhì)量、船廠安裝工藝方面的問題，那么就應(yīng)該是艉軸承的設(shè)計問題了。

對此，有關(guān)船級社高度重視該系列船舶艉軸承高溫問題，船級社通過研究、計算，采取改用艉軸承雙斜坡(double slope)的設(shè)計方案，要求船廠現(xiàn)場進(jìn)行軸系校中測量，相關(guān)數(shù)據(jù)遞交船級社專家重新計算，把艉軸承設(shè)計加工成雙斜坡(double slope)型，以解決艉軸承高溫問題。

船東根據(jù)船級社專家計算的數(shù)據(jù)，邀請專業(yè)廠家對艉軸承進(jìn)行了現(xiàn)場高難度的加工，使得原有的只有一個斜坡的艉軸承變成了雙斜坡(double slope)形狀。重新安裝并經(jīng)過試航以后，船舶再次投入營運，之后沒有再出現(xiàn)異常情況。

4、原因分析

通常來說，如果問題具有普遍性，那么一定是設(shè)計上出現(xiàn)問題，比如計算強度不足或余量太小，等等。針對頻繁出現(xiàn)的艉軸承高溫問題，筆者進(jìn)行了一番調(diào)查詢問，經(jīng)了解，過去也曾經(jīng)建造了幾十艘同類型的船舶，都沒有發(fā)生此類艉軸承高溫問題。現(xiàn)在國內(nèi)多家船廠建造64000DWT和82000DWT的多艘散貨船，出現(xiàn)了艉軸承高溫問題。一艘64000DWT散貨船出現(xiàn)了100°C的艉軸承高溫報警，考慮船舶的安全，緊急安排了進(jìn)塢，當(dāng)艉軸抽出后，艉軸承出現(xiàn)了類似圖2的燒熔，船東請了專業(yè)廠家對艉軸承進(jìn)行了澆鑄修理。另一艘64000DWT散貨船也出現(xiàn)了100°C左右的艉軸承高溫報警，但采取了如前所描述的冷卻、放泄、換油等措施，并密切觀察后，依然能夠繼續(xù)航行，好幾個月都沒有再出現(xiàn)異常情況。

有個別船廠甚至達(dá)到了五六艘船舶出現(xiàn)該問題，有的試航時就發(fā)生，返廠更換修理后再次試航。仔細(xì)了解各種情況，并與過去的同系列船舶比較后，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)艉軸承高溫普遍問題的船舶有如下共同特點：1，艉軸承采用單點支撐，即艉管內(nèi)只有一個軸承，而過去的同系列船舶都是前后二個軸承；2，使用環(huán)保油，而過去的同系列船舶都使用礦物油，環(huán)保油是否存在高溫性能不穩(wěn)定的因素尚不能確定；3，出現(xiàn)艉軸承高溫時，船舶都處于壓載狀態(tài)，即螺旋槳部分葉面露出水面；4，軸承損壞狀態(tài)類似，都是在軸承后端三分之一處燒熔；5，出現(xiàn)艉軸承高溫后，經(jīng)過冷卻或換油后，船舶還能繼續(xù)航行，有的甚至還能達(dá)到正常航行的狀態(tài)，即達(dá)到船舶經(jīng)濟(jì)航速，并沒有繼續(xù)出現(xiàn)艉軸承高溫現(xiàn)象。

船舶的軸心線在各種負(fù)荷下實際是一個折線而不是一個直線，如果船舶的設(shè)計在輕槳裕度不是很富裕的情況下，螺旋槳就顯得偏重，即通俗稱為“重槳 heavy propeller”。之所以都是在壓載狀態(tài)下發(fā)生艉軸承高溫，是因為此時，部分螺旋槳葉露出水面，螺旋槳下方受到水的反作用力而產(chǎn)生力矩（見圖4）使得艉軸承負(fù)荷增加，因此整個軸系尤其是后部艉軸承就會承受過高的壓力。當(dāng)軸與軸承之間旋轉(zhuǎn)形成的鍥型油膜壓力不足于支撐軸系負(fù)荷時，就使得軸與軸承之間產(chǎn)生干摩擦，從而導(dǎo)致艉軸承艉端燒熔。

圖4 受力分析圖

從照片上可以看出，燒熔后的艉軸承只是白合金的上表面部分，就是說，艉軸承的白合金沒有完全徹底被破壞，反而形成了局部斜坡，無形中造成了雙斜坡(doubleslope)，使得軸與軸承之間能夠貼合的更好了，達(dá)到了雙斜坡某種效果，所以，當(dāng)出現(xiàn)艉軸承高溫后，船舶還能繼續(xù)航行。

對于原因分析，有不少人認(rèn)為或者說是簡單地歸咎于使用環(huán)保油，業(yè)內(nèi)人士都知道凡是進(jìn)入美國水域的船舶都要求使用環(huán)保油，如果這種油性能不過關(guān)，那么，為什么在其他船舶上沒有頻繁發(fā)生這樣的事故呢？而集中在這樣單點支撐的系列船舶，這種觀點顯然是難以成立的。

值得一提的是，船舶營運必須按照要求進(jìn)行壓載。某船廠一艘大型集裝箱船舶，在剛剛駛出船廠幾個小時后就出現(xiàn)了尾軸承高溫問題，船員描述尾管軸承高溫在10分鐘內(nèi)到達(dá)123度，打開尾管放泄閥檢查發(fā)現(xiàn)滑油含有金屬顆粒，無法繼續(xù)安全航行，不得不拖航進(jìn)塢修理。抽軸后發(fā)現(xiàn)尾管后軸承下瓦后部磨損燒熔見圖5，前軸承上瓦部分磨損燒熔。該事故經(jīng)專家全面校中測量調(diào)查取證后判定，這顯然是螺旋槳過多地露出水面在很輕的壓載狀態(tài)下（very light condition）導(dǎo)致的。即螺旋槳缺少了部分水的反作用力，軸承負(fù)荷過大導(dǎo)致了軸承被燒熔。該事故使得船舶拖航備件費用等修理總費用達(dá)到幾百萬。

4、謹(jǐn)慎選擇單斜坡設(shè)計

現(xiàn)在查閱ABS美國船級社2017年鋼質(zhì)船舶規(guī)范船舶系統(tǒng)與機械part 4部分可以找到明確要求，對于船舶在艉管內(nèi)沒有前軸承的裝置，艉管內(nèi)的后軸承必須是雙斜坡(doubleslope)如圖5的設(shè)計，只有遞交了適當(dāng)?shù)募夹g(shù)文件來證明單斜坡(single slope)設(shè)計能夠提供一個等效或更好的設(shè)計，才會給予單斜坡(singleslope)設(shè)計特別考慮。

圖5

5、結(jié)論

近年來，國內(nèi)很多船廠生產(chǎn)了不少64000DWT和82000DWT系列散貨船舶，有多艘船舶艉軸承出現(xiàn)了高溫問題，損失很大，教訓(xùn)深刻。當(dāng)艉軸承高溫報警達(dá)到80°C，就可以判斷軸承已經(jīng)被燒熔，這時也不必太驚慌失措，只要采取正確的措施，維持運行，可以等到適當(dāng)?shù)臅r候進(jìn)塢修理。船廠應(yīng)該謹(jǐn)慎選擇艉軸承單點支撐這樣的新型設(shè)計，新型設(shè)計應(yīng)該經(jīng)過實船考驗后才能進(jìn)行批量產(chǎn)生。此外，船舶沒有貨物時必須充分壓載，使得螺旋槳盡可能多的浸沒在水中，如果海況惡劣，則還應(yīng)按照壓載手冊進(jìn)行風(fēng)暴艙壓載。