林威　陳海明　劉小磊

摘　要：水潤滑軸承作為一種結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)保節(jié)能且安裝方便的軸承，被普遍應(yīng)用于各種船舶中。其中，水潤滑賽龍軸承的各項(xiàng)性能都優(yōu)越于傳統(tǒng)的銅、巴氏合金、尼龍、鐵弗尼、電木、鐵梨木、碳精、氨基聚合物及層壓板等材料制作的軸承，尤其是賽龍軸承具有穩(wěn)定的化學(xué)特性而不存在老化問題。水潤滑賽龍軸承與軸的配合運(yùn)行間隙，直接影響到軸承與軸之間的摩擦性能，以及整個(gè)軸系的振動(dòng)性能。本文以某16m拖帶船的賽龍水潤滑尾軸承在實(shí)際使用中出現(xiàn)的問題及加工改進(jìn)為例，闡述賽龍水潤滑軸承的運(yùn)行間隙的幾個(gè)問題。
關(guān)鍵詞：拖帶船；賽龍水潤滑軸承；軸承運(yùn)行間隙；熱膨脹余量；水脹余量
1　前言
隨著造船技術(shù)日益進(jìn)步，水潤滑軸承從最早的由鐵梨木制作到現(xiàn)今使用SPA、賽龍及橡膠等高分子復(fù)合材料制作經(jīng)歷了一百多年。作為一種抗沖擊性好、阻尼性能優(yōu)良、制作成本低且符合環(huán)保精神的船舶零部件，深受國內(nèi)外船舶行業(yè)的關(guān)注。但是水潤滑軸承也存在自身的缺點(diǎn)：由于水的黏度小，加上其特定的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致軸承的承載力降低，而且在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承的摩擦系數(shù)偏大，導(dǎo)致軸承發(fā)熱，振動(dòng)與噪音很明顯，如果軸承間隙不合理甚至?xí)绊懙酱暗氖褂脡勖?。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)軸承運(yùn)行間隙的參數(shù)進(jìn)行合理的計(jì)算和加工。
2　水潤滑軸承實(shí)例分析
2.1   應(yīng)用實(shí)例
2017年顯利（珠海）造船有限公司承建了一艘16m拖帶船，采用單軸系動(dòng)力傳輸、整體式尾軸管設(shè)計(jì)（見圖1）。其使用開放式水潤滑軸承尾軸管，其尾軸承是賽龍復(fù)合材料制成，通過主機(jī)海水泵提供冷卻水從軸承前端進(jìn)水口進(jìn)入軸承，再從軸承尾端開放處流出船外，供水壓力大于船體吃水深度所產(chǎn)生的壓力，供水量足以帶走船舶正常航行時(shí)軸系因摩擦而產(chǎn)生的熱量，以此起到尾軸與軸承之間的冷卻潤滑作用，因此其軸與軸承的配合間隙必須滿足冷卻潤滑功能的要求。

為了便于安裝且滿足軸與軸封之間的密封性，設(shè)計(jì)時(shí)軸與軸承之間留有間隙，加工并安裝完畢后實(shí)際測量軸與軸承的半徑間隙在0.150～0.200 mm之間。該船正式試航時(shí)，主機(jī)運(yùn)作平穩(wěn)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)正常，航行過程中尾軸軸承振動(dòng)在允許值范圍內(nèi)，并且軸承溫度低于水溫+20 ℃。但正式交付船東使用后，船方反饋軸承在長期使用過程中出現(xiàn)了過熱情況。經(jīng)檢查，冷卻水供水壓力穩(wěn)定正常，排除是冷卻水出口堵塞導(dǎo)致冷卻不到位引起發(fā)熱;入塢檢查，主軸及尾軸管外形未發(fā)現(xiàn)有變形刮擦，但尾軸承內(nèi)襯套橡膠有明顯的磨損。經(jīng)過仔細(xì)檢查，排除了由于外物進(jìn)入軸承導(dǎo)致的磨損，以及其他外力造成的損傷。
2.2   水潤滑軸承結(jié)構(gòu)與特性
通過對(duì)現(xiàn)場實(shí)際測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主要原因是軸承與主軸之間的間隙不合理導(dǎo)致軸系運(yùn)轉(zhuǎn)過程中摩擦損耗太大，并且產(chǎn)生發(fā)熱。為此，船廠技術(shù)人員對(duì)軸與軸承的配合間隙進(jìn)行了重新計(jì)算，軸與軸承尺寸如圖2所示。

這里所指的間隙是軸與軸承的徑向運(yùn)行間隙，即軸外徑與軸承內(nèi)徑之差值，是保證軸與軸承正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素。
水潤滑賽龍軸承的摩擦系數(shù)低于大多數(shù)金屬和非金屬材料軸承。在低轉(zhuǎn)速和啟動(dòng)階段，軸與軸承之間會(huì)有直接接觸，因此摩擦很大;當(dāng)軸速達(dá)到0.5 m/s線速度時(shí)，進(jìn)入軸承的水就會(huì)形成一層潤滑膜，使得軸與軸承的接觸減小，摩擦也會(huì)相應(yīng)的減小;當(dāng)軸速大于1.5 m/s線速度時(shí)，這層潤滑膜就會(huì)產(chǎn)生流體動(dòng)力膜使軸與軸承表面分開，使摩擦降至最低；如果速度繼續(xù)增高，潤滑膜則會(huì)產(chǎn)生剪切力，摩擦又會(huì)有所上升。
在船舶行駛過程中，水除了作為潤滑液的存在，還要作為載體帶走摩擦產(chǎn)生的熱量。因此只有足夠的運(yùn)行間隙，才能保證在滿足熱膨脹余量和水脹余量的同時(shí)，還要有充足的水量給軸承潤滑和冷卻。
2.3   水潤滑軸承的間隙計(jì)算
通常賽龍軸承的運(yùn)行間隙要比金屬軸承的運(yùn)行間隙稍大一些，通過對(duì)熱膨脹余量和水膨脹余量的計(jì)算來確定軸承的內(nèi)徑尺寸，以此來對(duì)比現(xiàn)有軸承是否合格（見圖3）。

2.3.1  熱膨脹余量
（1）徑向熱膨脹余量，可按下式計(jì)算：
經(jīng)過實(shí)際測量，軸承內(nèi)徑尺寸為95.78 mm，軸承與軸最大間隙只有0.20 mm，而軸承需要的最小運(yùn)行間隙為0.35 mm。最后經(jīng)過分析得出結(jié)論：由于此船動(dòng)力傳輸設(shè)備軸與軸承安裝配合間隙過小導(dǎo)致軸承過熱并 磨損，因此需要對(duì)軸系或者軸承進(jìn)行加工處理。其中軸承尺寸符合計(jì)算要求，只需要對(duì)軸系進(jìn)行加工處理。
在選用配套間隙時(shí)，通常應(yīng)采用0.005 D至0.0075 D之間的間隙值，最大維修間隙應(yīng)控制在0.015 D以內(nèi)。最后對(duì)軸進(jìn)行加工，軸承與軸的實(shí)際間隙增加到0.47 mm，重新安裝多次試航，沒有再出現(xiàn)軸承發(fā)熱磨損的情況。
3　總結(jié)
水潤滑賽龍軸承相比于其他傳統(tǒng)水潤滑軸承具有更優(yōu)良的物理特性，其運(yùn)用范圍也比傳統(tǒng)水潤滑軸承更加廣泛。但在安裝使用時(shí)還應(yīng)充分考慮到其實(shí)際運(yùn)行過程中的運(yùn)行間隙，因?yàn)楹侠淼倪\(yùn)行間隙可以給軸承的內(nèi)孔收縮提供足夠的安全余量，這是保證船舶軸系安全正常工作的重要條件。如果運(yùn)行間隙不充足，就會(huì)引起軸與軸承磨損加快，軸承表面出現(xiàn)損傷并且產(chǎn)生發(fā)熱，縮短軸承使用壽命；如果運(yùn)行間隙過大，則會(huì)導(dǎo)致軸承承托力不夠，軸系運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至影響到船舶的安全行駛。相信在以后的不斷發(fā)展中，水潤滑賽龍軸承的潤滑性能和機(jī)理將得到更深入的研究和完善，并且將會(huì)在更多的領(lǐng)域發(fā)揮其作用。
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來源：《廣東造船》2020年1期