林威　陳海明　劉小磊

摘　要：水潤滑軸承作為一種結構簡單、環(huán)保節(jié)能且安裝方便的軸承，被普遍應用于各種船舶中。其中，水潤滑賽龍軸承的各項性能都*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)定的化學特性而不存在老化問題。水潤滑賽龍軸承與軸的配合運行間隙，直接影響到軸承與軸之間的摩擦性能，以及整個軸系的振動性能。本文以某16m拖帶船的賽龍水潤滑尾軸承在實際使用中出現(xiàn)的問題及加工改進為例，闡述賽龍水潤滑軸承的運行間隙的幾個問題。
關鍵詞：拖帶船；賽龍水潤滑軸承；軸承運行間隙；熱膨脹余量；水脹余量
1　前言
隨著造船技術日益進步，水潤滑軸承從的由鐵梨木制作到現(xiàn)今使用SPA、賽龍及橡膠等高分子復合材料制作經(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，深受國內外船舶行業(yè)的關注。但是水潤滑軸承也存在自身的缺點：由于水的黏度小，加上其特定的結構會導致軸承的承載力降低，而且在低速運轉時軸承的摩擦系數(shù)偏大，導致軸承發(fā)熱，振動與噪音很明顯，如果軸承間隙不合理甚至會影響到船舶的使用壽命。因此在設計時，要對軸承運行間隙的參數(shù)進行合理的計算和加工。
2　水潤滑軸承實例分析
2.1   應用實例
2017年顯利（珠海）造船有限公司承建了一艘16m拖帶船，采用單軸系動力傳輸、整體式尾軸管設計（見圖1）。其使用開放式水潤滑軸承尾軸管，其尾軸承是賽龍復合材料制成，通過主機海水泵提供冷卻水從軸承前端進水口進入軸承，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，設計時軸與軸承之間留有間隙，加工并安裝完畢后實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，主機運作平穩(wěn)，各項數(shù)據(jù)正常，航行過程中尾軸軸承振動在允許值范圍內，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，但尾軸承內襯套橡膠有明顯的磨損。經(jīng)過仔細檢查，排除了由于外物進入軸承導致的磨損，以及其他外力造成的損傷。
2.2   水潤滑軸承結構與特性
通過對現(xiàn)場實際測量數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)主要原因是軸承與主軸之間的間隙不合理導致軸系運轉過程中摩擦損耗太大，并且產(chǎn)生發(fā)熱。為此，船廠技術人員對軸與軸承的配合間隙進行了重新計算，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行間隙，即軸外徑與軸承內徑之差值，是保證軸與軸承正常運行的關鍵因素。
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。在低轉速和啟動階段，軸與軸承之間會有直接接觸，因此摩擦很大;當軸速達到0.5 m/s線速度時，進入軸承的水就會形成一層潤滑膜，使得軸與軸承的接觸減小，摩擦也會相應的減小;當軸速大于1.5 m/s線速度時，這層潤滑膜就會產(chǎn)生流體動力膜使軸與軸承表面分開，使摩擦降至；如果速度繼續(xù)增高，潤滑膜則會產(chǎn)生剪切力，摩擦又會有所上升。
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。因此只有足夠的運行間隙，才能保證在滿足熱膨脹余量和水脹余量的同時，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算
通常賽龍軸承的運行間隙要比金屬軸承的運行間隙稍大一些，通過對熱膨脹余量和水膨脹余量的計算來確定軸承的內徑尺寸，以此來對比現(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，可按下式計算：
經(jīng)過實際測量，軸承內徑尺寸為95.78 mm，軸承與軸間隙只有0.20 mm，而軸承需要的最小運行間隙為0.35 mm。最后經(jīng)過分析得出結論：由于此船動力傳輸設備軸與軸承安裝配合間隙過小導致軸承過熱并 磨損，因此需要對軸系或者軸承進行加工處理。其中軸承尺寸符合計算要求，只需要對軸系進行加工處理。
在選用配套間隙時，通常應采用0.005 D至0.0075 D之間的間隙值，維修間隙應控制在0.015 D以內。最后對軸進行加工，軸承與軸的實際間隙增加到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
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，其運用范圍也比傳統(tǒng)水潤滑軸承更加廣泛。但在安裝使用時還應充分考慮到其實際運行過程中的運行間隙，因為合理的運行間隙可以給軸承的內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。如果運行間隙不充足，就會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；如果運行間隙過大，則會導致軸承承托力不夠，軸系運行過程中會出現(xiàn)不穩(wěn)定振動，嚴重時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理將得到更深入的研究和完善，并且將會在更多的領域發(fā)揮其作用。
參考文獻
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來源：《廣東造船》2020年1期