船舶艉轴承高温问题及其操作注意事项

船舶艉轴承高温问题及其操作注意事项

High tempreture ofstern tube bush and operation attention matter

1、故障经过

某船厂生产的一艘82000DWT散货船，出厂不久，航行途中，发生了艉轴承高温报警，并触发了主机安保系统，主机自动减速。

当时，船舶位于离岸230海里的开阔洋面上，船员检查发现艉轴承继续升高至80°C，于是决定立即停车检查。打开艉管滑油放泄阀，艉管滑油含有部分金属碎屑，见图1。冷却后再次启动主机，密切观察艉轴承温度，逐步加速至70RPM, 艉轴承温度稳定在41°C。船舶继续驶往目的地澳大利亚港口。在此期间，船员密切观察和报告艉轴承温度，没有再出现异常情况。

图1 艉管滑油含有部分金属碎屑

2、维持运行

根据上述船员的描述，可以初步判断艉轴承已经部分烧熔。到达港口后，邀请潜水员对船艉进行了水下检查，没有发现异物撞击或螺旋桨被渔网缠绕的现象，也没有发现泄漏的情况。测量艉轴下沉量，新的读数为81.9mm ，比原始数据多了0.10mm微量下沉，属合理范畴。在港期间，轮机长安排更换了新的艉管滑油。

考虑到备件需要至少三个月才能供应到船，该轮继续航行，同时对此情况通报了船级社，验船师提出了建议和要求：1，原有滑油取样后送实验室化验，并保持每月取样化验；2，航行时，对艉管滑油进行每小时观察检查；3，密切监控后密封油箱油位变化判断是否有海水进入或出现漏油情况；4，船员每日对艉轴油放残，看其是否含有金属碎屑以及含水量变化。同时要求船东尽早安排进坞更换艉轴承及密封装置。

经过了一个航次，在确认备件可以提供的情况下，安排了船舶在新加坡船厂进坞修理。首先对整个轴系进行了测量、检查，比较出厂时的数据，没有发现明显偏差。当艉轴抽出后，没有发现明显损伤，但艉轴承下部，在最后三分之一长度段已经部分烧熔，见图2，部分白合金呈片状剥落，见图3。

图2 艉轴承下部在最后三分之一长度段已经部分烧熔

图3 部分白合金呈片状剥落

3、双斜坡设计

对于损坏的原因分析，多方各持意见。供应商认为其产品历史悠久，各项测试参数均符合要求，不是艉轴承产品质量问题。船东方面认为，他们在该厂的姐妹船在试航时就出现了高温，并在出厂前进行进坞修理、更换了艉轴承及密封装置。同时，该船东在其它船厂订制的该系列船舶出现了同样类似的问题。如果排除产品质量、船厂安装工艺方面的问题，那么就应该是艉轴承的设计问题了。

对此，有关船级社高度重视该系列船舶艉轴承高温问题，船级社通过研究、计算，采取改用艉轴承双斜坡(double slope)的设计方案，要求船厂现场进行轴系校中测量，相关数据递交船级社专家重新计算，把艉轴承设计加工成双斜坡(double slope)型，以解决艉轴承高温问题。

船东根据船级社专家计算的数据，邀请专业厂家对艉轴承进行了现场高难度的加工，使得原有的只有一个斜坡的艉轴承变成了双斜坡(double slope)形状。重新安装并经过试航以后，船舶再次投入营运，之后没有再出现异常情况。

4、原因分析

通常来说，如果问题具有普遍性，那么一定是设计上出现问题，比如计算强度不足或余量太小，等等。针对频繁出现的艉轴承高温问题，笔者进行了一番调查询问，经了解，过去也曾经建造了几十艘同类型的船舶，都没有发生此类艉轴承高温问题。现在国内多家船厂建造64000DWT和82000DWT的多艘散货船，出现了艉轴承高温问题。一艘64000DWT散货船出现了100°C的艉轴承高温报警，考虑船舶的安全，紧急安排了进坞，当艉轴抽出后，艉轴承出现了类似图2的烧熔，船东请了专业厂家对艉轴承进行了浇铸修理。另一艘64000DWT散货船也出现了100°C左右的艉轴承高温报警，但采取了如前所描述的冷却、放泄、换油等措施，并密切观察后，依然能够继续航行，好几个月都没有再出现异常情况。

有个别船厂甚至达到了五六艘船舶出现该问题，有的试航时就发生，返厂更换修理后再次试航。仔细了解各种情况，并与过去的同系列船舶比较后，发现出现艉轴承高温普遍问题的船舶有如下共同特点：1，艉轴承采用单点支撑，即艉管内只有一个轴承，而过去的同系列船舶都是前后二个轴承；2，使用环保油，而过去的同系列船舶都使用矿物油，环保油是否存在高温性能不稳定的因素尚不能确定；3，出现艉轴承高温时，船舶都处于压载状态，即螺旋桨部分叶面露出水面；4，轴承损坏状态类似，都是在轴承后端三分之一处烧熔；5，出现艉轴承高温后，经过冷却或换油后，船舶还能继续航行，有的甚至还能达到正常航行的状态，即达到船舶经济航速，并没有继续出现艉轴承高温现象。

船舶的轴心线在各种负荷下实际是一个折线而不是一个直线，如果船舶的设计在轻桨裕度不是很富裕的情况下，螺旋桨就显得偏重，即通俗称为“重桨 heavy propeller”。之所以都是在压载状态下发生艉轴承高温，是因为此时，部分螺旋桨叶露出水面，螺旋桨下方受到水的反作用力而产生力矩（见图4）使得艉轴承负荷增加，因此整个轴系尤其是后部艉轴承就会承受过高的压力。当轴与轴承之间旋转形成的锲型油膜压力不足于支撑轴系负荷时，就使得轴与轴承之间产生干摩擦，从而导致艉轴承艉端烧熔。

图4 受力分析图

从照片上可以看出，烧熔后的艉轴承只是白合金的上表面部分，就是说，艉轴承的白合金没有完全彻底被破坏，反而形成了局部斜坡，无形中造成了双斜坡(doubleslope)，使得轴与轴承之间能够贴合的更好了，达到了双斜坡某种效果，所以，当出现艉轴承高温后，船舶还能继续航行。

对于原因分析，有不少人认为或者说是简单地归咎于使用环保油，业内人士都知道凡是进入美国水域的船舶都要求使用环保油，如果这种油性能不过关，那么，为什么在其他船舶上没有频繁发生这样的事故呢？而集中在这样单点支撑的系列船舶，这种观点显然是难以成立的。

值得一提的是，船舶营运必须按照要求进行压载。某船厂一艘大型集装箱船舶，在刚刚驶出船厂几个小时后就出现了尾轴承高温问题，船员描述尾管轴承高温在10分钟内到达123度，打开尾管放泄阀检查发现滑油含有金属颗粒，无法继续安全航行，不得不拖航进坞修理。抽轴后发现尾管后轴承下瓦后部磨损烧熔见图5，前轴承上瓦部分磨损烧熔。该事故经专家全面校中测量调查取证后判定，这显然是螺旋桨过多地露出水面在很轻的压载状态下（very light condition）导致的。即螺旋桨缺少了部分水的反作用力，轴承负荷过大导致了轴承被烧熔。该事故使得船舶拖航备件费用等修理总费用达到几百万。

4、谨慎选择单斜坡设计

现在查阅ABS美国船级社2017年钢质船舶规范船舶系统与机械part 4部分可以找到明确要求，对于船舶在艉管内没有前轴承的装置，艉管内的后轴承必须是双斜坡(doubleslope)如图5的设计，只有递交了适当的技术文件来证明单斜坡(single slope)设计能够提供一个等效或更好的设计，才会给予单斜坡(singleslope)设计特别考虑。

图5

5、结论

近年来，国内很多船厂生产了不少64000DWT和82000DWT系列散货船舶，有多艘船舶艉轴承出现了高温问题，损失很大，教训深刻。当艉轴承高温报警达到80°C，就可以判断轴承已经被烧熔，这时也不必太惊慌失措，只要采取正确的措施，维持运行，可以等到适当的时候进坞修理。船厂应该谨慎选择艉轴承单点支撑这样的新型设计，新型设计应该经过实船考验后才能进行批量产生。此外，船舶没有货物时必须充分压载，使得螺旋桨尽可能多的浸没在水中，如果海况恶劣，则还应按照压载手册进行风暴舱压载。