50 500 DWT化學(xué)品/成品油船舵機漏油分析及處理

黃裕健，丁 園

（廣船國際有限公司，廣州511462）

1 前言

50 500 DWT化學(xué)品/成品油船是廣船國際股份有限公司滿足共同結(jié)構(gòu)規(guī)范（CSR）推出的系列船。該船選用挪威AKER PORSGRUNN廠家研制的PORSGRUNN 465-140/2型轉(zhuǎn)葉式舵機，舵葉采用全懸掛平衡舵。全懸掛舵葉一般應(yīng)用于中小型船舶，在5萬噸級船舶上應(yīng)用是該公司的新嘗試。

本船舵系主要包括舵機和舵兩個部分：舵機采用挪威PORSGRUNN465-140/2型轉(zhuǎn)葉式；舵則由舵葉、舵桿、液壓螺母支撐及緊固部分組成。本船采用全懸掛式舵葉、無掛舵臂、舵葉面積44.394m2、舵葉重35.9 t、扭矩933 kNm。

全懸掛平衡舵的舵葉是沒有掛舵臂支撐、沒有舵銷聯(lián)接的，舵葉直接壓裝在舵桿上由液壓螺母固定，舵桿沒有掛舵臂的舵銷來分擔(dān)受力，故舵桿受力會比半懸掛舵的大，如圖1①所示。全懸掛平衡舵與半懸掛舵（圖1②）相比，同等面積的舵葉，全懸掛平衡舵舵葉的可轉(zhuǎn)動的面積更大、能效更高。

圖1 全懸掛平衡舵安裝與半懸掛舵安裝示意圖

2 舵機漏油問題概述

該船在試航期間進行操舵試驗時，當(dāng)船舶吃水為12.6 m、主機轉(zhuǎn)速131 r/min、主機功率為11 430 kW時，出現(xiàn)如下情況：

（1）舵機小角度操舵從0°→左15°→0°→右15°時，舵機沒有發(fā)現(xiàn)漏油情況；

（2）舵機大角度操舵從0°→左35°→0°→右35° 時，舵機下端蓋填料函的密封盤根出現(xiàn)漏油，油珠直徑可達3～5 mm并成線狀泄漏。對比起初懷疑是盤根沒有壓緊，故對盤根進行壓緊，但在35°擺舵時依舊漏油。舵機廠家懷疑船廠安裝密封填料盤根的方法不對，親自進行更換，但是大角度擺舵時漏油情況仍舊沒有改觀。根據(jù)《中國造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（CSQS）2006》的要求和挪威DNV船級社的驗收標(biāo)準(zhǔn)，這種漏油情況是不予驗收的。

3 舵機漏油問題產(chǎn)生原因分析

3.1 舵機安裝的準(zhǔn)確性及數(shù)據(jù)核查

根據(jù)舵機下端蓋填料函的密封盤根出現(xiàn)漏油問題，首先應(yīng)考慮的是該船舵機安裝的準(zhǔn)確性。為此，調(diào)出該船舵機在船臺安裝、碼頭調(diào)試的數(shù)據(jù)和試航運行的記錄進行分析。根據(jù)舵機安裝報驗船東船檢的數(shù)據(jù)表明，該船舵機船臺安裝和碼頭調(diào)試都是合格的。

3.2 舵機下端蓋填料函密封盤根觀察和分析

對該船舵機安裝的下填料函密封對照該船的舵系安裝工藝進行排查，經(jīng)過拆裝逐條確認，安裝的填料和安裝工藝也是符合要求的。

3.3 填料函的密封盤根漏油原因分析及處理措施

圖2為舵系安裝圖（局部）；圖3為舵桿垂直時舵葉沒有受到橫向力F作用時①和受到橫向力F作用產(chǎn)生傾斜時的間隙示意圖②。

圖2 舵系安裝圖（局部）

由圖2、圖3可知，舵機上軸承D總間隙為0.60 mm、舵機下軸承C總間隙為0.60 mm、舵機填料函B處總間隙為2 mm、舵機下舵承A處總間隙為2 mm、舵機壓蓋與轉(zhuǎn)子之間的可跳動間隙F為0.67～0.74 mm。

從舵機間隙、舵承間隙、舵葉轉(zhuǎn)角的大小和舵桿、舵葉的受力（見圖4）情況進行分析，希望能找到在圖3中舵桿B點的舵機填料函的密封盤根在主機MCR、舵機擺大舵角時，密封盤根出現(xiàn)漏油的根源。

圖3 舵葉間隙示意圖

圖4 舵葉轉(zhuǎn)角大小和受力示意圖

根據(jù)圖4，該船的主機功率為11 340 kW、在滿載吃水12.6 m時舵葉全浸、主機最大轉(zhuǎn)速為131 r/min，這時主機通過中間軸和尾軸傳遞給螺旋槳強大的推力。在螺旋槳強大的推力下，舵葉周圍有高速的水流，如果這時進行轉(zhuǎn)舵角a=0°～15°的小角度操舵試驗時，舵葉受到高速水流的推力是比較小的，這種情況下舵桿的偏移量也比較小，舵機填料函的密封盤根受到壓力的那邊的壓縮量是不大的，沒有受到壓力的另一面還能對該處保持密封不漏油狀態(tài)；而當(dāng)轉(zhuǎn)舵角增大至a=15°～35°時，舵葉受到高速水流的推力是相當(dāng)大的，這種情況下舵桿的偏移量較大，舵機填料函的盤根壓縮量也是比較大，這時舵桿B點沒有受到壓力的另一面的密封盤根就不能快速反彈來保持該位置的密封；當(dāng)舵機再從左35°→0°→右35°時，在15°→35°區(qū)間舵葉受到螺旋槳產(chǎn)生的水流推力無疑是最大的，舵葉和舵桿整體會向有間隙處串動和偏移，特別是在舵機填料函的位置，隨著擺舵角度的不斷加大，舵桿擺動幅度實測可以達到1.5 mm以上。

因此，通過該船試航實測，在舵機擺大舵角時，舵機填料函的密封盤根不能滿足舵桿產(chǎn)生位移的密封補償，舵機填料函密封盤根處漏油，因此需要對該舵機廠家提供的原裝填料函密封盤根進行詳細分析。該舵機的填料函密封盤根是采用特富龍耐磨材質(zhì)、由交互編織構(gòu)成的非石棉型密封產(chǎn)品，其中含有石蠟油、固體潤滑劑等。

為了驗證該特富龍耐磨非石棉型密封盤根的反彈補償性能，在車間將盤根平放于干凈的平滑地面上，用一根圓木棒在盤根上施加約200 N的壓力快速地滾壓過去，這是按照安裝要求和壓縮量約壓縮10%的力。實驗發(fā)現(xiàn)，該盤根的補償性能特別差，受力8個小時后密封填料壓縮的10%僅反彈1%，可見該盤根反彈性能差，在軸偏移密封處縫隙過大時其補償效果過于緩慢，致使舵機填料函密封處漏油。由此可知，廠家提供的特富龍耐磨非石棉型密封盤根不能滿足該全懸掛舵轉(zhuǎn)葉舵機的正常使用。

根據(jù)該船第一次試航中的監(jiān)測，該船在主機工況達到MCR操滿舵角時，舵機里面的油腔油壓達7.58 MPA，舵葉在螺旋槳后受到的推力最大，圖3②舵桿A點和B點的偏移最大，舵葉向上跳動也最大等動態(tài)因素，這就要求該舵機的密封填料函盤根的彈性補償要很快。經(jīng)過討論和核查資料，找到美國赤士頓公司專門按照該船舵機密封填料函的密封尺寸要求訂制生產(chǎn)了一種密封填料盤根，它是以高彈硅膠為主要材料、內(nèi)空外包特富龍材料、潤滑介質(zhì)是石墨油泥的高彈性密封填料盤根，見圖5。

圖5 高彈性密封填料盤根

該盤根到貨后為驗證它的工作性能，在該盤根上施加約200 N的壓力，這時填料密封僅被壓縮1%，而且反彈性能相當(dāng)好，在受力不到1 s就出現(xiàn)快速的反彈復(fù)原；再次將施加800 N壓力的圓木棒在填料上面快速地滾壓過去，這時填料密封僅被壓縮3%并能快速復(fù)原，在受力不到1 s就出現(xiàn)快速的反彈。這種高彈性密封填料盤根的反彈補償性能特別好，可以快速彌補舵機軸的跳動和舵桿旋轉(zhuǎn)偏移后產(chǎn)生的泄漏問題。

3.4 填料函的新型密封盤根實效論證

經(jīng)過車間試驗驗證，決定對該舵機填料函進行新型密封盤根的更換，同時在該船的舵桿B點往下500 mm處安裝百分表在擺舵時進行全程監(jiān)測舵桿的位移。為此，該船進行了第二次海上航行試驗，在主機功率為11 340 kW、滿載吃水12.6 m、主機最大轉(zhuǎn)速131 r/min時進行操舵試驗，技術(shù)人員通過安裝的9個百分表監(jiān)測舵基座和舵桿，舵桿在B點下500 mm處位置最大偏移量為1.57 mm，偏移數(shù)據(jù)范圍完全滿足計算和DNV的核算要求。同時在舵桿B 點舵機填料函的密封處沒有發(fā)現(xiàn)漏油現(xiàn)象。該船試航結(jié)束后，經(jīng)過拆檢新型填料密封盤根，沒有發(fā)現(xiàn)磨損。因此，經(jīng)過試航論證，在舵機填料函的密封位置更換新型密封盤根，完全滿足該懸掛舵的使用要求。

4 結(jié)束語

經(jīng)過碼頭長達38天的研究試驗，解決了該船舵機下壓蓋填料盤根的漏油問題。借鑒該船的處理經(jīng)驗，一舉解決了該公司50 500 DWT B型～E型系列共25艘船采用全懸掛舵的舵機下壓蓋填料漏油問題。同時通過對該船舵機的拆解、分析，使技術(shù)人員對后續(xù)船舵系的安裝、性能、來貨保養(yǎng)、清潔安裝等方面積累了寶貴的經(jīng)驗。通過該問題的處理，需要告知船舶設(shè)計者和舵機廠家，在采用全懸掛平衡舵時由于舵葉少了一個舵銷軸承的受力，與半懸掛舵葉相比，同等面積的舵葉，全懸掛舵葉的可轉(zhuǎn)動的面積大、受力面積大、舵桿受力大、舵桿彎曲變形也大，在船舶主機MCR工況下操舵試驗時，舵桿的偏移會比帶舵銷的半懸掛舵位移和變形相應(yīng)較大，這時舵機下壓蓋密封填料函處選用的密封盤根就應(yīng)該選擇反彈補償性能優(yōu)的材料，以便密封盤根在壓縮后能快速反彈與舵桿、舵機本體緊貼密封，避免舵桿旋轉(zhuǎn)偏移后的液壓油泄漏。