船舶艉軸承高溫問題及其操作注意事項
2018-12-21作者：陸建平
（上海思舶網/上海思舶信息技術有限公司 技術總監）
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1、故障經過
某船廠生產的一艘82000DWT散貨船，出廠不久，航行途中，發生了艉軸承高溫報警，并觸發了主機安保系統，主機自動減速。
當時，船舶位于離岸230海里的開闊洋面上，船員檢查發現艉軸承繼續升高至80°C，于是決定立即停車檢查。打開艉管滑油放泄閥，艉管滑油含有部分金屬碎屑，見圖1。冷卻后再次啟動主機，密切觀察艉軸承溫度，逐步加速至70RPM, 艉軸承溫度穩定在41°C。船舶繼續駛往目的地澳大利亞港口。在此期間，船員密切觀察和報告艉軸承溫度，沒有再出現異常情況。
某船廠生產的一艘82000DWT散貨船，出廠不久，航行途中，發生了艉軸承高溫報警，并觸發了主機安保系統，主機自動減速。
當時，船舶位于離岸230海里的開闊洋面上，船員檢查發現艉軸承繼續升高至80°C，于是決定立即停車檢查。打開艉管滑油放泄閥，艉管滑油含有部分金屬碎屑，見圖1。冷卻后再次啟動主機，密切觀察艉軸承溫度，逐步加速至70RPM, 艉軸承溫度穩定在41°C。船舶繼續駛往目的地澳大利亞港口。在此期間，船員密切觀察和報告艉軸承溫度，沒有再出現異常情況。
圖1 艉管滑油含有部分金屬碎屑
2、維持運行
根據上述船員的描述，可以初步判斷艉軸承已經部分燒熔。到達港口后，邀請潛水員對船艉進行了水下檢查，沒有發現異物撞擊或螺旋槳被漁網纏繞的現象，也沒有發現泄漏的情況。測量艉軸下沉量，新的讀數為81.9mm ，比原始數據多了0.10mm微量下沉，屬合理范疇。在港期間，輪機長安排更換了新的艉管滑油。
考慮到備件需要至少三個月才能供應到船，該輪繼續航行，同時對此情況通報了船級社，驗船師提出了建議和要求：1.原有滑油取樣后送實驗室化驗，并保持每月取樣化驗；2.航行時，對艉管滑油進行每小時觀察檢查；3.密切監控后密封油箱油位變化判斷是否有海水進入或出現漏油情況；4.船員每日對艉軸油放殘，看其是否含有金屬碎屑以及含水量變化。同時要求船東盡早安排進塢更換艉軸承及密封裝置。
經過了一個航次，在確認備件可以提供的情況下，安排了船舶在新加坡船廠進塢修理。首先對整個軸系進行了測量、檢查，比較出廠時的數據，沒有發現明顯偏差。當艉軸抽出后，沒有發現明顯損傷，但艉軸承下部，在Z后三分之一長度段已經部分燒熔，見圖2，部分白合金呈片狀剝落，見圖3。
根據上述船員的描述，可以初步判斷艉軸承已經部分燒熔。到達港口后，邀請潛水員對船艉進行了水下檢查，沒有發現異物撞擊或螺旋槳被漁網纏繞的現象，也沒有發現泄漏的情況。測量艉軸下沉量，新的讀數為81.9mm ，比原始數據多了0.10mm微量下沉，屬合理范疇。在港期間，輪機長安排更換了新的艉管滑油。
考慮到備件需要至少三個月才能供應到船，該輪繼續航行，同時對此情況通報了船級社，驗船師提出了建議和要求：1.原有滑油取樣后送實驗室化驗，并保持每月取樣化驗；2.航行時，對艉管滑油進行每小時觀察檢查；3.密切監控后密封油箱油位變化判斷是否有海水進入或出現漏油情況；4.船員每日對艉軸油放殘，看其是否含有金屬碎屑以及含水量變化。同時要求船東盡早安排進塢更換艉軸承及密封裝置。
經過了一個航次，在確認備件可以提供的情況下，安排了船舶在新加坡船廠進塢修理。首先對整個軸系進行了測量、檢查，比較出廠時的數據，沒有發現明顯偏差。當艉軸抽出后，沒有發現明顯損傷，但艉軸承下部，在Z后三分之一長度段已經部分燒熔，見圖2，部分白合金呈片狀剝落，見圖3。
圖2 艉軸承下部在Z后三分之一長度段已經部分燒熔
圖3 部分白合金呈片狀剝落
3、雙斜坡設計
對于損壞的原因分析，多方各持意見。供應商認為其產品歷史悠久，各項測試參數均符合要求，不是艉軸承產品質量問題。船東方面認為，他們在該廠的姐妹船在試航時就出現了高溫，并在出廠前進行進塢修理、更換了艉軸承及密封裝置。同時，該船東在其它船廠訂制的該系列船舶出現了同樣類似的問題。如果排除產品質量、船廠安裝工藝方面的問題，那么就應該是艉軸承的設計問題了。
對此，有關船級社高度重視該系列船舶艉軸承高溫問題，船級社通過研究、計算，采取改用艉軸承雙斜坡（double slope）的設計方案，要求船廠現場進行軸系校中測量，相關數據遞交船級社專家重新計算，把艉軸承設計加工成雙斜坡（double slope）型，以解決艉軸承高溫問題。
船東根據船級社專家計算的數據，邀請專業廠家對艉軸承進行了現場高難度的加工，使得原有的只有一個斜坡的艉軸承變成了雙斜坡（double slope）形狀。重新安裝并經過試航以后，船舶再次投入營運，之后沒有再出現異常情況。
4、原因分析
通常來說，如果問題具有普遍性，那么一定是設計上出現問題，比如計算強度不足或余量太小，等等。針對頻繁出現的艉軸承高溫問題，筆者進行了一番調查詢問，經了解，過去也曾經建造了幾十艘同類型的船舶，都沒有發生此類艉軸承高溫問題。現在國內多家船廠建造64000DWT和82000DWT的多艘散貨船，出現了艉軸承高溫問題。一艘64000DWT散貨船出現了100°C的艉軸承高溫報警，考慮船舶的安全，緊急安排了進塢，當艉軸抽出后，艉軸承出現了類似圖2的燒熔，船東請了專業廠家對艉軸承進行了澆鑄修理。另一艘64000DWT散貨船也出現了100°C左右的艉軸承高溫報警，但采取了如前所描述的冷卻、放泄、換油等措施，并密切觀察后，依然能夠繼續航行，好幾個月都沒有再出現異常情況。
有個別船廠甚至達到了五六艘船舶出現該問題，有的試航時就發生，返廠更換修理后再次試航。仔細了解各種情況，并與過去的同系列船舶比較后，發現出現艉軸承高溫普遍問題的船舶有如下共同特點：
1.艉軸承采用單點支撐，即艉管內只有一個軸承，而過去的同系列船舶都是前后二個軸承；
2.使用環保油，而過去的同系列船舶都使用礦物油，環保油是否存在高溫性能不穩定的因素尚不能確定；
3.出現艉軸承高溫時，船舶都處于壓載狀態，即螺旋槳部分葉面露出水面；
4.軸承損壞狀態類似，都是在軸承后端三分之一處燒熔；
5.出現艉軸承高溫后，經過冷卻或換油后，船舶還能繼續航行，有的甚至還能達到正常航行的狀態，即達到船舶經濟航速，并沒有繼續出現艉軸承高溫現象。
船舶的軸心線在各種負荷下實際是一個折線而不是一個直線，如果船舶的設計在輕槳裕度不是很富裕的情況下，螺旋槳就顯得偏重，即通俗稱為“重槳heavy propeller”。之所以都是在壓載狀態下發生艉軸承高溫，是因為此時，部分螺旋槳葉露出水面，螺旋槳旋轉時，水對螺旋槳的反作用力就小。此反作用力的向上分力，形成了對螺旋槳和軸的托舉力作用。在海況惡劣時，在某個時間點，就會出現更多槳葉接觸不到水，水對螺旋槳和軸的托舉作用就更小，更為主要的是螺旋槳下方受到水的反作用力而產生力矩（見圖4）使得艉軸承負荷增加，因此整個軸系尤其是后部艉軸承就會承受過高的壓力。當軸與軸承之間旋轉形成的鍥型油膜壓力不足于支撐軸系負荷時，就使得軸與軸承之間產生干摩擦，從而導致艉軸承艉端燒熔。
對于損壞的原因分析，多方各持意見。供應商認為其產品歷史悠久，各項測試參數均符合要求，不是艉軸承產品質量問題。船東方面認為，他們在該廠的姐妹船在試航時就出現了高溫，并在出廠前進行進塢修理、更換了艉軸承及密封裝置。同時，該船東在其它船廠訂制的該系列船舶出現了同樣類似的問題。如果排除產品質量、船廠安裝工藝方面的問題，那么就應該是艉軸承的設計問題了。
對此，有關船級社高度重視該系列船舶艉軸承高溫問題，船級社通過研究、計算，采取改用艉軸承雙斜坡（double slope）的設計方案，要求船廠現場進行軸系校中測量，相關數據遞交船級社專家重新計算，把艉軸承設計加工成雙斜坡（double slope）型，以解決艉軸承高溫問題。
船東根據船級社專家計算的數據，邀請專業廠家對艉軸承進行了現場高難度的加工，使得原有的只有一個斜坡的艉軸承變成了雙斜坡（double slope）形狀。重新安裝并經過試航以后，船舶再次投入營運，之后沒有再出現異常情況。
4、原因分析
通常來說，如果問題具有普遍性，那么一定是設計上出現問題，比如計算強度不足或余量太小，等等。針對頻繁出現的艉軸承高溫問題，筆者進行了一番調查詢問，經了解，過去也曾經建造了幾十艘同類型的船舶，都沒有發生此類艉軸承高溫問題。現在國內多家船廠建造64000DWT和82000DWT的多艘散貨船，出現了艉軸承高溫問題。一艘64000DWT散貨船出現了100°C的艉軸承高溫報警，考慮船舶的安全，緊急安排了進塢，當艉軸抽出后，艉軸承出現了類似圖2的燒熔，船東請了專業廠家對艉軸承進行了澆鑄修理。另一艘64000DWT散貨船也出現了100°C左右的艉軸承高溫報警，但采取了如前所描述的冷卻、放泄、換油等措施，并密切觀察后，依然能夠繼續航行，好幾個月都沒有再出現異常情況。
有個別船廠甚至達到了五六艘船舶出現該問題，有的試航時就發生，返廠更換修理后再次試航。仔細了解各種情況，并與過去的同系列船舶比較后，發現出現艉軸承高溫普遍問題的船舶有如下共同特點：
1.艉軸承采用單點支撐，即艉管內只有一個軸承，而過去的同系列船舶都是前后二個軸承；
2.使用環保油，而過去的同系列船舶都使用礦物油，環保油是否存在高溫性能不穩定的因素尚不能確定；
3.出現艉軸承高溫時，船舶都處于壓載狀態，即螺旋槳部分葉面露出水面；
4.軸承損壞狀態類似，都是在軸承后端三分之一處燒熔；
5.出現艉軸承高溫后，經過冷卻或換油后，船舶還能繼續航行，有的甚至還能達到正常航行的狀態，即達到船舶經濟航速，并沒有繼續出現艉軸承高溫現象。
船舶的軸心線在各種負荷下實際是一個折線而不是一個直線，如果船舶的設計在輕槳裕度不是很富裕的情況下，螺旋槳就顯得偏重，即通俗稱為“重槳heavy propeller”。之所以都是在壓載狀態下發生艉軸承高溫，是因為此時，部分螺旋槳葉露出水面，螺旋槳旋轉時，水對螺旋槳的反作用力就小。此反作用力的向上分力，形成了對螺旋槳和軸的托舉力作用。在海況惡劣時，在某個時間點，就會出現更多槳葉接觸不到水，水對螺旋槳和軸的托舉作用就更小，更為主要的是螺旋槳下方受到水的反作用力而產生力矩（見圖4）使得艉軸承負荷增加，因此整個軸系尤其是后部艉軸承就會承受過高的壓力。當軸與軸承之間旋轉形成的鍥型油膜壓力不足于支撐軸系負荷時，就使得軸與軸承之間產生干摩擦，從而導致艉軸承艉端燒熔。
圖4 受力分析圖
從照片上可以看出，燒熔后的艉軸承只是白合金的上表面部分，就是說，艉軸承的白合金沒有完全徹底被破壞，反而形成了局部斜坡，無形中造成了雙斜坡（double slope），使得軸與軸承之間能夠貼合的更好了，達到了雙斜坡某種效果，所以，當出現艉軸承高溫后，船舶還能繼續航行。
對于原因分析，有不少人認為或者說是簡單地歸咎于使用環保油，業內人士都知道凡是進入美國水域的船舶都要求使用環保油，如果這種油性能不過關，那么，為什么在其他船舶上沒有頻繁發生這樣的事故呢？而集中在這樣單點支撐的系列船舶，這種觀點顯然是難以成立的。
值得一提的是，船舶營運必須按照要求進行壓載。某船廠一艘大型集裝箱船舶，在剛剛駛出船廠幾個小時后就出現了尾軸承高溫問題，船員描述尾管軸承高溫在10分鐘內到達123度，打開尾管放泄閥檢查發現滑油含有金屬顆粒，無法繼續安全航行，不得不拖航進塢修理。抽軸后發現尾管后軸承下瓦后部磨損燒熔見圖5，前軸承上瓦部分磨損燒熔。該事故經專家全面校中測量調查取證后判定，這顯然是螺旋槳過多地露出水面在很輕的壓載狀態下（very light condition）導致的。即螺旋槳缺少了部分水的反作用力，軸承負荷過大導致了軸承被燒熔。該事故使得船舶拖航備件費用等修理總費用達到幾百萬。
4、謹慎選擇單斜坡設計
現在查閱ABS美國船級社2017年鋼質船舶規范船舶系統與機械part 4部分可以找到明確要求，對于船舶在艉管內沒有前軸承的裝置，艉管內的后軸承必須是雙斜坡（double slope）如圖5的設計，只有遞交了適當的技術文件來證明單斜坡（single slope）設計能夠提供一個等效或更好的設計，才會給予單斜坡（single slope）設計特別考慮。
對于原因分析，有不少人認為或者說是簡單地歸咎于使用環保油，業內人士都知道凡是進入美國水域的船舶都要求使用環保油，如果這種油性能不過關，那么，為什么在其他船舶上沒有頻繁發生這樣的事故呢？而集中在這樣單點支撐的系列船舶，這種觀點顯然是難以成立的。
值得一提的是，船舶營運必須按照要求進行壓載。某船廠一艘大型集裝箱船舶，在剛剛駛出船廠幾個小時后就出現了尾軸承高溫問題，船員描述尾管軸承高溫在10分鐘內到達123度，打開尾管放泄閥檢查發現滑油含有金屬顆粒，無法繼續安全航行，不得不拖航進塢修理。抽軸后發現尾管后軸承下瓦后部磨損燒熔見圖5，前軸承上瓦部分磨損燒熔。該事故經專家全面校中測量調查取證后判定，這顯然是螺旋槳過多地露出水面在很輕的壓載狀態下（very light condition）導致的。即螺旋槳缺少了部分水的反作用力，軸承負荷過大導致了軸承被燒熔。該事故使得船舶拖航備件費用等修理總費用達到幾百萬。
4、謹慎選擇單斜坡設計
現在查閱ABS美國船級社2017年鋼質船舶規范船舶系統與機械part 4部分可以找到明確要求，對于船舶在艉管內沒有前軸承的裝置，艉管內的后軸承必須是雙斜坡（double slope）如圖5的設計，只有遞交了適當的技術文件來證明單斜坡（single slope）設計能夠提供一個等效或更好的設計，才會給予單斜坡（single slope）設計特別考慮。
圖5
5、結論
近年來，國內很多船廠生產了不少64000DWT和82000DWT系列散貨船舶，有多艘船舶艉軸承出現了高溫問題，損失很大，教訓深刻。當艉軸承高溫報警達到80°C，就可以判斷軸承已經被燒熔，這時也不必太驚慌失措，只要采取正確的措施，維持運行，可以等到適當的時候進塢修理。船廠應該謹慎選擇艉軸承單點支撐這樣的新型設計，新型設計應該經過實船考驗后才能進行批量產生。此外，船舶沒有貨物時必須充分壓載，使得螺旋槳盡可能多的浸沒在水中，如果海況惡劣，則還應按照壓載手冊進行風暴艙壓載。
近年來，國內很多船廠生產了不少64000DWT和82000DWT系列散貨船舶，有多艘船舶艉軸承出現了高溫問題，損失很大，教訓深刻。當艉軸承高溫報警達到80°C，就可以判斷軸承已經被燒熔，這時也不必太驚慌失措，只要采取正確的措施，維持運行，可以等到適當的時候進塢修理。船廠應該謹慎選擇艉軸承單點支撐這樣的新型設計，新型設計應該經過實船考驗后才能進行批量產生。此外，船舶沒有貨物時必須充分壓載，使得螺旋槳盡可能多的浸沒在水中，如果海況惡劣，則還應按照壓載手冊進行風暴艙壓載。