某船艉轴异响故障原因分析及解决措施

王慧敏

(4808工厂 威海修船厂，山东 威海 264200)

某船为双机、双桨、双轴系高速柴油机推进。推进系统主要由柴油机、高弹联轴器、中间轴、艉轴、艉轴密封及定距桨组成。水下部分由艉管、艉管前轴承、艉管后轴承、艉轴支架、艉轴支架轴承、定距桨等装置组成。艉轴由艉管前轴承、艉管后轴承、艉轴支架轴承支撑。

系泊试验时，当主机转速在750 r/min时，异响较大。随着主机转速的增高，异响逐渐减小。当主机转速升高至1 000 r/min时，异响消失。异响产生后，对后住舱、舵机舱固定物及设备安装固定检查，对主机组、艉轴、艉轴密封及前后艉管轴承温度测量检查，对水下推进器、艉轴支架及轴承进行检查，未发现异常。航行试验时，当主机转速在750 r/min时，异响较系泊试验声音较大且锋利，随着主机转速的增加，声音逐渐减小，当主机转速升高至1 400 r/min时，异响消失。对推进系统、艉轴密封、艉轴、轴承进行检查，未发现异常。

该型柴油机未设计检爆阀，无法测量爆炸压力，可以通过观察柴油机的排气温度来判断主机的实际运行负荷。表1为主机系泊试验数据，表2为主机航行试验数据，其中该主机为V型结构，单列分别为A排、B排。

表1 主机系泊试验数据

表2 主机航行试验数据

通过对比表1、表2可以看出，系泊试验主机转速1 000 r/min与航行试验主机转速1 470 r/min的主机输出负荷差不多，且产生异响的转速区间与主机负荷基本符合。

通过上述分析，初步诊断为当主机转速较低时，主机负荷小，艉轴抬升较小，导致艉轴与轴承下部间隙偏小，水膜未完全产生，不能起到很好的润滑作用，艉轴与轴承摩擦产生异响。

为了确认故障原因，该船安排了上排坞内抽轴工作，检查轴系对中、艉轴跳动、轴承配合间隙。检查结果如下：①轴系对中符合要求；
②艉轴铜套与赛龙轴承配合间隙局部偏小；
③艉轴跳动超标。

对不符合要求的②、③进行分析，得出以下几方面原因。

1)赛龙轴承受温度和膨胀系数影响。在环境温度不同时，赛龙轴承的热胀系数不同，海水浸泡也会导致其膨胀，造成间隙缩小。表3为轴承安装设计尺寸，从表3可以看出，赛龙轴承尺寸会随着环境温度的变化而变化。当环境温度升高时，轴承外部受艉轴支架和艉管限制无膨胀空间，从而向内膨胀，造成轴承内径尺寸缩小，进而导致轴承间隙缩小。

表3 轴承安装设计尺寸

图1为位置测量示意图，上排后我们依据工艺，按照图1所示的位置，分别对赛龙轴承内径、艉轴铜套外径进行测量。表4为环境温度6℃时，下水前赛龙轴承测量数据；
表5为环境温度16℃时，上排抽轴后轴承测量数据。通过分析对比表4和表5的数据，可以得出赛龙轴承受环境温度影响较大，从而轴承间隙缩小，导致艉轴与轴承摩擦产生异响的结论。

图1 位置测量示意图

表4 环境温度6℃时，下水前赛龙轴承测量数据 mm

表5 环境温度16℃时，上排抽轴后轴承测量数据 mm

2)轴承配合间隙局部偏小。轴承安装采用冷冻法-液氮冷冻安装，并预先安装和固定各轴承止动复板，待轴承完全恢复常温后，安装固定螺钉。轴承热胀过程中，轴承和艉管与周围环境接触的位置、面积不同，吸热速度不同，导致轴承位置两端先膨胀固定；
外部受止动腹板固定，内部无向外伸缩的膨胀空间，只能径向向其内部膨胀，从而导致了轴承内孔尺寸出现“两头大中间小”的现象，配合间隙局部偏小，具体数据见表4。

3)此船艉轴属于细长轴，吊装作业是造成艉轴跳动超标的主要原因。

通过对艉轴异响故障的分析及确认，判定为艉轴铜套与赛龙轴承配合间隙偏小和艉轴跳动超标是造成艉轴异响的主要原因。

针对造成艉轴异响的几个原因制定以下措施。

1)与设计院及赛龙轴承厂家沟通，调整其配合间隙，尽量放大其配合间隙，放大至范围允许要求的最大值。

2)制作专用胎具对轴承内部进行着色检查，测量数据标定基准点，根据调整的配合间隙，对不符合部位进行修研，调整至标准范围内，环境温度16℃时，修研后轴承测量间隙见表6。

表6 环境温度16℃时，修研后轴承测量间隙 mm

3) 上车床进行装夹找正，根据轴系校直方法中的反击校直法，使用手锤对其变形凹面进行敲击，使工件局部产生延展挤压力而校正变形，使其艉轴跳动量符合要求。吊装时更换吊点，尽量减小变形，并进行验证。

推进系统安装完成后，下水航行试验进行验证，艉轴异响基本解决，异响区间由原来的主机转速750～1 400 r/min减小至750～900 r/min。因为经过轴承修研法，无法实现轴承内部的均匀化，少数高点存在，导致异响依然存在。通过后期的离靠码头主机运转试验，该声音逐步减小，后期交船航渡时，异响消除。

对于该船出现的艉轴异响故障，后期制定相关措施，在下一艘船的建造过程中，从轴系材料进厂检验、加工、轴系校中、轴承加工、安装、轴承配合尺寸、艉轴船装前跳动量方面追踪落实检查，未发生该故障。结果证明对某型船艉轴异响的原因定位准确，解决措施合理有效，成功解决了某型船艉轴异响故障。