多条船尾轴承高温,原因可能只有一个.....

某船厂制造的一艘82000DWT散货船A轮在质保期内出现了尾轴承高温报警,触发了主机安全保护系统减速指令,船员将主机进一步减速至dead slow ahead(微速前进)以便做检查,但尾轴承温度继续升高至80°C,于是立即停车。当时,船舶处于压载状态,海况为5-6级风,位于离岸230海里的开阔洋面上,船员打开尾管滑油放泄阀,尾管滑油含有部分金属碎屑,见图1⬇️
尾管冷却后再次启动主机,密切观察尾轴承温度,逐步加速至70RPM, 尾轴承温度稳定在41°C。船舶继续驶往目的地澳大利亚港口,在此期间,船员频繁观察和报告尾轴承温度,没有再出现异常情况。
根据上述信息,可以初步判断尾轴承已经部分烧熔。 船东方面非常着急,要求尽快安排进坞修理,船厂询问备件供应商尾轴承及密封件的供货时间,答复备货需要3个月左右。
到达港口后,船东聘请了潜水员对尾部进行水下检查,没有发现异物撞击或螺旋桨渔网缠绕等现象,也没有发现滑油泄漏等情况;测量尾轴承下沉量,新的读数为81.9mm ,原始数据为81.8mm ,也就是尾轴出现 0.10mm微量下沉。在港期间,轮机长更换了尾管滑油。基于当时的情况,考虑到尾轴承备件无法及时供应,船东方面只能考虑继续航行,并将情况通报了船级社。船级社验船师提出了如下建议和要求:
1,原有滑油取样送实验室化验;
2, 航行时,对尾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,以判断是否有海水进入或出现漏油情况;
4,每个月对滑油取样后送实验室化验;
5,船员对滑油定期频繁地取样检测其水的含量。同时要求尽早安排进坞更换尾轴承及密封装置。
一个航次后,在确认备件可以到达的情况下,A轮在新加坡进坞修理。首先对整个轴系进行了负荷测量,对比出厂时的数据,没有发现明显偏差。当尾轴抽出后,尾轴没有明显损伤,但尾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⬇️。
对于损坏的原因,多方各持己见。尾轴承供应商认为其产品历史悠久,各项测试参数均符合要求,质量没有问题。船东认为,他们在该厂的姐妹船在试航时就出现了高温,并在出厂前进坞修理更换了尾轴承及密封装置;该船东在中国其它船厂订制的船舶也出现了同样类似的问题,这明显就是设计问题。因此,船东与相关船级社联系,船级社高度重视该系列船舶尾轴承高温问题,一些船级社已经通过研究计算,改用尾轴承双斜坡(double slope)的方案。所以,船东要求造船厂进行轴系校中测量,数据递交船级社专家重新计算,对尾轴承加工成双斜坡(double slope),并承担包括更换备件以及进坞修理的所有费用(备件费用六万美金左右,加上船厂修理费用船检费用,总计接近200万人民币)。
在船东的坚持下,船厂根据船级社专家计算后得出的数据,邀请专业厂家对尾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尾轴承变成了双斜坡(double slope)。轴系装复,试航正常,投入营运,没有再出现异常情况。
另外一艘64000DWT散货船B轮出现了100°C的尾轴承高温报警,船东非常紧张,尽管尾轴承供应商表示无法及时供货,但船东考虑船舶的安全,还是紧急安排了进坞,当尾轴抽出后,尾轴承出现了类似图2的烧熔。船东请了专业厂家对尾轴承进行了浇铸修理。
还有一艘64000DWT散货船C轮也出现了100°C左右的尾轴承高温报警,但采取了如前所述A轮的冷却、放泄换油等措施并密切观察,船舶依然能够继续航行,好几个月都没有再出现异常情况。
通常来说,如果问题具有普遍性,那么要从这些事件的共性去寻找原因:可能是设计问题,比如计算强度不足或余量太小,或者同批次部件材料有问题等等。针对频繁出现的尾轴承高温问题,笔者进行了仔细调查,经了解,过去几年建造了好几十艘同类型的船舶都没有发生此类尾轴承高温问题,而现在的64000DWT和82000DWT散货船在国内多家船厂却出现了多艘船舶尾轴承高温的普遍问题,个别船厂有问题的船舶甚至达到了五、六艘,值得深入思考。
大量搜集相关情况,并与过去的同系列船舶比较后,我发现出现尾轴承高温问题的船舶有如下共同特点:
1,尾轴承采用单点支撑,即尾管内只有一个轴承,而过去的同系列船舶都是前后两个轴承;
2,使用环保油,而过去的同系列船舶都使用矿物油;
3,出现尾轴承高温时,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,都是在轴承下部后端三分之一处烧熔;
5,出现尾轴承高温后,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,即船舶运行正常航速,并没有再次出现尾轴承高温现象。
对于损坏原因,众说纷纭,不少人把它归结为环保油的问题,业内人士都知道,进入美国水域的船舶都必须使用环保油,如果环保油存在质量问题,那么全球这么多的船舶进入美国怎么办呢?为什么其它船舶没有发生呢?却在这样类型的船舶上频繁发生呢?
我们知道,螺旋桨在水中旋转时推动水向后运动,同时水对螺旋桨产生向前的反作用力,从而使得船舶前进,这个推力以螺旋桨中心为支点,对称平衡,其合力对轴系除了推力没有其它影响。之所以都是在压载状态下发生尾轴承高温,是因为轻载时部分螺旋桨桨叶露出水面,缺少水的反作用力,螺旋桨下方受到水的反作用力,该作用力无法被对称平衡,因而对轴系产生弯矩(见图4⬇️),
使得艉轴承下部承受了额外增加的负荷,当轴与轴承之间旋转形成的锲型油膜不足以支撑轴系负荷时,就使得轴与轴承之间产生干摩擦,从而导致尾轴承尾端烧熔。从照片上可以看出,烧熔后的尾轴承只是白合金的上表面部分,就是说,尾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(double slope),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,当出现尾轴承高温后,船舶还能继续航行。
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,对于船舶在尾管内没有前轴承的设计形式,尾管内的后轴承必须是双斜坡(double slope)如图4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(single slope)设计特别考虑。
值得一提的是,船舶营运中必须按照《装载手册》要求进行压载。某船厂一艘大型集装箱船舶D轮,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°C,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,是螺旋桨在很轻的压载状态下(very light condition)过多地露出水面导致的。即螺旋桨缺少了部分水的反作用力,螺旋桨对尾轴的弯矩使后轴承下部、前轴承上部负荷过大,导致了轴承被烧熔。该事故产生船舶拖航、备件费、修理等总费用达到几百万。
国内很多船厂生产了不少64000DWT和82000DWT系列散货船舶,有的船厂由于出现了多艘船舶高温问题,有的损失达到好几百万,教训可谓深刻。从上述内容可以得知,当尾轴承高温报警达到80°C,就可以判断轴承已经被烧熔,这时也不必惊慌失措,只要采取前面所叙述的措施以及验船师的建议和要求,可以等到适当的时候进坞修理。
这个高温问题警示我们,船厂应该谨慎选择像尾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《装载手册》进行风暴舱压载,《装载手册》上应该明确在什么情况下进行压载以及风暴舱压载。
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