某型船推力軸承高溫報(bào)警故障排查及解決措施

張鵬鷹 李繼章

摘 要：該文針對(duì)某新型大型船在試航過程中出現(xiàn)的推力軸承高溫報(bào)警故障，通過對(duì)推力軸承冷卻系統(tǒng)檢查、推力軸承內(nèi)部熱電偶、油位、推力片檢查、推力瓦間距的測(cè)量、推力軸承內(nèi)置冷卻器拆檢、推力軸承溫升數(shù)據(jù)分析、熱平衡換熱計(jì)算等一系列的排查和分析，確定了高溫報(bào)警故障的原因，并通過外加冷卻器的方法最終徹底解決了推力軸承高溫報(bào)警問題。

關(guān)鍵詞：推力軸承 推力軸 推力軸盤 推力瓦 冷卻模塊

中圖分類號(hào)：U664 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）02（b）-0001-02

某新型大型船為新研制的船型，采用的推力軸承亦為新研設(shè)備，首次實(shí)船應(yīng)用，是該型船軸系的關(guān)鍵設(shè)備，承載著船舶前進(jìn)和倒退全部軸系動(dòng)力的傳輸。在船舶航行中，推力軸承溫度過高會(huì)造成連鎖自動(dòng)停車、船舶失去動(dòng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起燒瓦抱軸等嚴(yán)重的事故。該型船首航過程中，在進(jìn)行船舶進(jìn)五工況試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)了推力軸承高溫故障報(bào)警。通過對(duì)推力軸承冷卻系統(tǒng)檢查、推力軸承內(nèi)部熱電偶、油位、推力片檢查和推力瓦間距等的測(cè)量、推力軸承內(nèi)置冷卻器拆檢、推力軸承溫升數(shù)據(jù)分析、熱平衡換熱計(jì)算等一系列的排查和分析計(jì)算，確定出是因推力軸承內(nèi)置冷卻器冷卻面積不夠而導(dǎo)致的高溫報(bào)警故障，并通過外加冷卻器、管路及閥件等手段最終徹底的解決了此故障。

1 故障現(xiàn)象

該型船使用的推力軸承型號(hào)為TZ300-00，溫度預(yù)報(bào)警設(shè)定值為75℃，分別在機(jī)艙機(jī)柜、集控室、駕控臺(tái)進(jìn)行顯示及報(bào)警，設(shè)定的緊急停車溫度值為85℃，達(dá)到緊急停車設(shè)定值時(shí)集控臺(tái)自動(dòng)進(jìn)行緊急連鎖停車。在該型船試航過程中進(jìn)五工況試驗(yàn)約35 min時(shí)，出現(xiàn)了2#推力軸承75℃高溫報(bào)警，報(bào)警后集控室人員進(jìn)行了停車處理，記錄了故障溫度。及時(shí)對(duì)推力軸承及其潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了檢查，符合圖樣原理要求且管路無堵塞情況。為進(jìn)一步查找故障原因，在推力軸承溫度降至30℃后，在保障裝備安全并有專人對(duì)裝備數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的情況下，進(jìn)行故障重現(xiàn)。對(duì)進(jìn)一至進(jìn)五、倒一至倒三各工況進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)一至進(jìn)四、倒一、倒二工況無故障產(chǎn)生，推力軸承溫度保持在66℃范圍內(nèi)，在進(jìn)五、倒三工況時(shí)溫度上升幅度很快，1#推力軸承也存在同樣問題。

2 故障分析及故障排查

推力軸承是船舶軸系動(dòng)力傳輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，出現(xiàn)問題處理不當(dāng)會(huì)給航行帶來連鎖自動(dòng)停車、船舶失去動(dòng)力，燒瓦抱軸等一系列的嚴(yán)重事故。高溫報(bào)警問題出現(xiàn)后，我們第一時(shí)間內(nèi)展開了故障排查和故障分析工作。首先需確定熱量的來源。推力軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示，在工作時(shí)推力軸是運(yùn)動(dòng)的，前后推力瓦靜止的，通過支承塊組件調(diào)整與推力軸盤的間隙，在間隙內(nèi)形成油膜。主機(jī)輸出的扭轉(zhuǎn)力矩，通過推力軸傳輸給螺旋槳。螺旋槳的推力又通過推力軸承傳輸?shù)酱w，以實(shí)現(xiàn)船舶前進(jìn)和倒車。推力軸承受力復(fù)雜。旋轉(zhuǎn)推力軸與螺旋槳的推力又通過靜止的前后推力瓦摩擦產(chǎn)生大量熱量。推力軸承底部的滑油油液經(jīng)推力軸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)，噴灑在推力軸承上方分油盤內(nèi)，經(jīng)分油盤分至推力軸和推力瓦上方各部位，對(duì)旋轉(zhuǎn)推力軸、靜止的推力瓦冷卻和潤(rùn)滑，工作后帶有熱量的滑油靠重力回流至推力軸承底部。外接的冷卻海水在底部設(shè)置的滑油冷卻器內(nèi)腔流通，通過換熱帶走滑油油液中的熱量，將滑油冷卻至工作溫度。通過分析推力軸承的熱量來源和冷卻原理以及出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，分析故障原因如下。

第一，檢查外部冷卻管路的暢通性。故障產(chǎn)生時(shí)雖已進(jìn)行過檢查，但考慮到試驗(yàn)過程安全性，沒有進(jìn)行管路拆卸徹底檢查，假如管路內(nèi)部不暢通未及時(shí)帶走產(chǎn)生的熱量也是會(huì)造成故障的一個(gè)原因。

第二，檢查溫度傳感熱電偶工作是否正常。假如熱電偶傳感過程有故障，其傳輸?shù)綑C(jī)柜、集控臺(tái)和駕控臺(tái)溫度就不會(huì)是準(zhǔn)確的，或者是熱電偶在66℃以上區(qū)間產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)。

第三，檢查推力軸承內(nèi)部滑油量是否超標(biāo)或不足。油液過多會(huì)導(dǎo)致油液循環(huán)不暢，影響滑油冷卻器的熱交換效果，油液不足也會(huì)導(dǎo)致溫度超標(biāo)，無法及時(shí)帶走熱量。

第四，推力軸盤與推力瓦間隙是否滿足前后軸瓦總間隙0.50～0.70 mm的要求。調(diào)整的間隙過小會(huì)產(chǎn)生油膜建立不順暢，摩擦加劇導(dǎo)致熱量增加溫度上升。

第五，檢查滑油冷卻器熱交換效果是否良好。冷卻盤管表面或內(nèi)部存在污垢的情況下會(huì)造成換熱效果不好，另外內(nèi)部假如有堵塞存在同樣會(huì)影響換熱效果，造成軸承溫度上升。

在分析出以上幾種可能產(chǎn)生故障的原因后，對(duì)以上幾方面進(jìn)行了詳細(xì)謹(jǐn)慎的排查。

第一步，對(duì)外圍的管路和溫度傳感熱電偶進(jìn)行了排查。通過拆檢管路及閥件，發(fā)現(xiàn)沒有阻塞和不暢問題存在，管路符合設(shè)計(jì)原理、管路安裝及墊片選擇滿足工藝要求，排除了冷卻管路的影響。對(duì)溫度傳感熱電偶進(jìn)行檢查。將軸承上的熱電偶拆卸下來，分別對(duì)1#、2#推力軸承的前后軸瓦熱電偶通過油液加溫的方法模擬進(jìn)行了溫度測(cè)量，溫度誤差控制在±1℃范圍內(nèi)，滿足工作要求，排除了傳感熱電偶的故障原因。

第二步，對(duì)推力軸承內(nèi)部的油位和推力軸盤與推力瓦間隙進(jìn)行檢查。通過油尺檢查軸承內(nèi)部滑油油位未超標(biāo)和不足，油量控制在160L左右油位范圍內(nèi)，排除了因油量過多或過少導(dǎo)致的滑油換熱效果因素。通過塞尺對(duì)推力軸盤與推力瓦的間隙進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，其間隙滿足前后軸瓦總間隙控制在0.50～0.70 mm的要求，油膜建立正常，未發(fā)現(xiàn)因溫度高造成磨損的痕跡。

第三步，將推力軸承內(nèi)部滑油排空后，對(duì)內(nèi)置的滑油冷卻器進(jìn)行了拆檢。通過檢查，發(fā)現(xiàn)盤管完好，內(nèi)外壁光潔無污垢，疏通檢查沒有堵塞存在。這就又排除了因冷卻盤管堵塞和換熱表面存在污垢，從而導(dǎo)致的換熱效果差的故障因素。

通過以上分析和排查，以上幾種因素導(dǎo)致的推力軸承溫度過高因素全部排除。最后將故障的焦點(diǎn)落到推力軸承設(shè)計(jì)是否合理上。因此，對(duì)推力軸承的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)計(jì)算書進(jìn)行了仔細(xì)核查和計(jì)算，在核查其計(jì)算滑油冷卻器盤管熱交換面積時(shí)發(fā)現(xiàn)，推力軸承的換熱公式為：

A=Q/K（Tr-△t）

式中：A為換熱面積，Q為總換熱量，K為導(dǎo)熱系數(shù)（銅導(dǎo)熱系數(shù)為401W/mK），Tr為熱介質(zhì)的平均溫度，△t為冷卻介質(zhì)的平均溫度。

經(jīng)仔細(xì)核對(duì)冷卻盤管計(jì)算書數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)其采用的△t溫度為18℃，而試航過程中海水的平均溫度為22℃，通過使用兩個(gè)溫度值計(jì)算發(fā)現(xiàn)換熱面積A的值相差近35%，由此確定為滑油冷卻器冷卻盤管冷卻面積不夠，從而導(dǎo)致在進(jìn)五和倒三工況高轉(zhuǎn)速、力矩作用力大的情況下熱量不能及時(shí)由冷卻海水帶走，導(dǎo)致滑油溫度上升出現(xiàn)推力軸承在進(jìn)五和倒三工況高溫故障。

3 故障解決措施

故障原因找到后，對(duì)冷卻盤管冷卻面積如何達(dá)到滿足要求的冷卻面積只有兩中解決辦法：一是重新制作冷卻面積達(dá)標(biāo)的滑油冷卻器盤管；二是外加一套外置冷卻器實(shí)現(xiàn)將滑油冷卻下來的效果。第一條方案因軸承底部空間設(shè)計(jì)時(shí)未留有加大冷卻盤管的足夠間隙，且拆裝固定盤管需將軸承拆解，對(duì)此方案給予了否定。決定采取外加冷卻器的方案。由推力軸承廠配套提供一套外置冷卻模塊，冷卻模塊包括一用一備兩臺(tái)滑油泵、一臺(tái)冷卻面積符合要求的滑油冷卻器，以及集成在模塊內(nèi)部的過濾器、閥件、管路組成（圖2中虛線框內(nèi)即為冷卻模塊部件）。推力軸承內(nèi)置冷卻器對(duì)流回底部的油液進(jìn)行預(yù)冷卻。經(jīng)預(yù)冷卻后的滑油，由油泵自推力軸承底部預(yù)留的接口抽出至模塊內(nèi)滑油冷卻器冷卻?；徒?jīng)冷卻后自推力軸承頂部噴入軸承內(nèi)部的分油器內(nèi)，經(jīng)分油器將冷卻后的滑油分至推力軸承各潤(rùn)滑部位。實(shí)現(xiàn)了加大滑油冷卻器冷卻面積的同時(shí)，將滑油的內(nèi)循環(huán)變成強(qiáng)制外循環(huán)，提高冷卻效果。冷卻模塊安裝、相應(yīng)滑油和海水管路更改敷設(shè)完畢后，通過各種工況下的航行試驗(yàn)，推力軸承溫度在各種工況下控制在了65℃以下范圍內(nèi)，裝備工作狀況良好。

4 結(jié)語

通過對(duì)推力軸承高溫報(bào)警故障的分析和處理可以看出，對(duì)某一故障要準(zhǔn)確的確定故障點(diǎn)，必須對(duì)其結(jié)構(gòu)和工作原理有清晰的了解，從原理入手，先易后難、先外圍后系統(tǒng)的去逐步分析排查產(chǎn)生此故障的問題點(diǎn)，排查不到問題時(shí)，產(chǎn)品生產(chǎn)計(jì)算書也是要重點(diǎn)分析的對(duì)象，不能盲目忽略產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)計(jì)算錯(cuò)誤的因素。

參考文獻(xiàn)

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