工程塑料艉轴承使用寿命分析

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用于制造工程结构、机器零件的工程塑料，它是以合成树脂为主要成分的高分子材料I 。以工程塑料为材料制造的船舶艉轴承获得广泛应用，其品种繁多，常用的有赛龙、天龙、圣龙、彪龙等，它们在性能上有其共同点但也存在差异，往往在船舶艉轴承设计时由于没有很好了解每种材料的技术特性；在建造时安装不完善；使用管理失误等，导致艉轴承发生早期过度磨损、烧熔使轴承失效，而不得不提前换新。实船使用有的仅 1年，-个坞修期都未到而不得不进坞修理。根据实船检验和向船东了解，部分船舶工程塑料艉轴承出现短期损坏，情况如表 1所示。表中 13，500t散货船艉轴承损坏情况如图 1，该艉轴承长度与轴径之比为 2倍多-点，查阅该产品检验证书，其材料符合规范要求，设计图纸上标注间。

表 1 部分船舶工程塑料后艉轴承使用情况隙为 0.9-1.05mm，在船台上按此值安装 ，未考虑材料的水、热胀特性 ，使轴承烧熔。有的轴承外圆松动是由于该轴承没有定位设计，而冷冻安装的过盈量又不够，造成运行时轴承外圆与艉管产生相对运动。其他两艘 5，000t出现艉轴承的早期过度磨损，艉轴后轴承间隙达 5.0mm 之多，轴系振动加剧 ，据船东反映是由于冷却水压太序桨毂防绳罩失效缠入渔网，造成冷却水量不够所至。

工程塑料艉轴承的早期损坏形式与设计、材料采购、安装、使用管理密切相关，应从这几方面作进-步研究，以期延长使用寿命。

-、 设计方面艉轴承设计包括结构尺寸及公差配合、安装工艺 (包括合理校中)、润滑冷却系统布置等。

(1)对邻接并支撑螺旋桨的的轴承长度作如下规定：对油润滑或水润滑轴承的合成塑料轴承 ，其长度应不小于规范所要求的螺旋桨轴直径的 2倍2。在设计选用轴承材料时，应注意该类材料系列产品的性能介绍，并不是在任何工作条件下和任何该类材料产品都适用于上述的长度直径比。例如在赛龙系列产品介绍中，仅指出坚实型轴承的长度与直径之比为 2：1；而天龙系列产品轴承长度与直径比值规定为：油润滑艉轴承 L/D2：1，水润滑艉轴承 L/D4：1，工作压力 P<0.55N/ram 的水润滑艉轴承 L/D2：l。各生产商对轴承长度直径比的规定，其 目的是限制轴承所承受的比压，即限制磨损率。轴承比压可从轴系合理校中计算书查得，- 般以不超过 0.5N/ram 为宜 。

(2)因为工程塑料轴承具有不可忽视的热胀和水胀特性，详细设计图纸上标注的艉轴承间隙，应特别注明是安装问隙还是运行间隙，安装间隙。。cCyc c。

最小运行间隙 c O.30.0025 X D热胀间隙 C 2at·6·/kt水胀间隙C 2as·6D为轴径 mm6为轴承壁厚 mm (60.04356.5D)△t为轴承使用时的温升 ℃其中at为材料热线胀系数、(IS为材料吸水线胀率因材料不同有所差异如果设计图纸上标注的是运行间隙，那么在安装时就要预先计入轴承的热、水胀余量，即 c c。，要求产品制造商提供数据，二者合计-般为 0.5-lmm。另外在轴向也应给轴承留有膨胀余地，不至于在长度方向水、热胀受阻，-般取长度尺寸的 1%。

(3)结构和安装工艺要保证轴承轴、径向定位，防止外圆松动。如采用压入法安装，轴承外圆设计过盈量可小些，以免操作困难，但要设置结构方面止动，如端部设法兰、外收稿 日期：2013-01-16作者简介：姚公亮 (1962-)，男，乐清人，温州市港航管理局工程师。

74 中 国 水 运 第 13卷圆径向止动螺钉等。当采用冷冻安装时，因为有足够大的过盈量，可以免除结构方面止动。上述数据、结构、工艺方法在设计方面均应给予准确表达。

(4)润滑、冷却系统。在大、中型船舶使用的工程塑料艉轴承，很少采用以油润滑和冷却的，基本都以海水进行开式润滑冷却 (艉轴前轴承处，在机舱内设轴封，接入具有-定压力的海水，而后轴承与船外海水相通)。润滑冷却系统设计的主要问题是冷却水流量，艉轴承的运行温度与冷却水流量直接相关，要求运行温度小于 60℃，流量 Q 大于 16D(1/min)[41(D 为艉轴直径，单位 dm)。流量大小主要取决于管道通径 d和流体压力 P，现有生产商所提供水封装置的水管接口通径 d为 25ram，那么在该通径下需要多大的水压才能使流量满足要求这点在设计时应该明确。现以轴径D300mm 为例，计算所需的冷却水压力。参照薄壁凶口自由出流的基本关系式5 J：Q AQ-所需流量，48 (1/min)8×10 m。/s；u-流量系数，取 0.62；管口面积，4.9×10 m。；H-与冷却水压力相当的水柱高度 m。

经计算得出 H 为 0.35m，但此时的冷却水并非自由出流，还应计入重载时轴线中心至海面高度的静背压，假设为6m ，这 样 水封装 置 处冷却 水 的进 口压 力至少 应达 到0.0635MPa，现有的设计都没有进行该项计算。

二、安装与使用管理为使艉轴承达到较为理想的使用效果，安装与使用管理显得尤为重要，主要应该做好下例几方面工作。

(1)船厂采购时不得随意更改设计图纸所选用的轴承材料，造成轴承材料的比压小于设计值，使轴承的磨损过快。

(2)把握好轴承尺寸加工精度，特别是外圆过盈量的选劝安装后内孔收缩量 c 的预留。以300ram轴径为例，采用冷冻安装，取外圆过盈量 lmm，内孔加工总问隙应在 cvc c 基础上再增加 1-1.2倍外圆过盈量引起的收缩量预留C ，即轴承孔径为 300mmc ctc。c 。

(3)测量并调整轴承的负荷，应满足轴系合理校中计算书要求。

(4)在冷却水进入水封装置处的管路上应设滤器，其铜网规格建议用 1 2×1 2 网格/cm ，有效阻止较粗大杂物进入造成轴承加速磨损。在滤器后冷却水进入水封装置处的管路上设监视水压的压力表 (量程以 00.2MPa为宜)。在布置冷却系统管路时，应从接近主海水泵出口的主管处引出，保证有足够的水压，管径应大于计算值 (如上述的 25mm)，使之在管内壁结垢后仍然有足够的通径 。在运行时要注意冷却水压力的变化情况，压力有稍许升高时，可能是渔 网进入防绳罩，堵塞其与桨毂之间的间隙使冷却水流不畅，流量减少；压力降低时，也使冷却水流量减少，如上述例子计算，当进水压力低于 0.06MPa时，将无法克服水深 6m 的静压而断流，使轴承发热，这-点必须引起轮机管理人员的高度注意 。

(5)防绳罩与桨毂之间的间隙应合适，以5-10mm 为宜，达到有效阻止渔网等物进入。防绳罩钢板应有足够厚度，以防坞期前腐蚀失效。

三 、结论研究表明，设计单位、船厂应做到正确设计工程塑料轴承长度、间隙；合理制定安装工艺；合理校中使轴承的负载比压在允许范围内；确保冷却水量足够和水质清洁等，有效延长使用期效，既提高了船舶营运安全性又可降低修理费用，实船部分轴承使用调查情况如表 2。按表中显示的运行时间及间隙增量计算，至下-个坞期时大约运行累计 20，000h(5年内运行时间累计)，间隙估计为 4.04.5ram左右 (在水中运行间隙约为 3.54.0mm)。虽然造船标准规定的艉轴承运行极限间隙可以是 4倍新安装时的水中运行间隙 (极限间隙约为 1.6mmX46.4mm)，但从轴系的合理校中状态考虑，此时的艉轴承中心已比其它轴承低得多 (虽然其它轴承也会出现磨损，但相对艉轴承而言程度较轻)，运行状态已发生很大的改变，特别是对于带有齿轮箱的轴系，经历二个坞期换新艉轴承是较为合适的，对保护齿轮箱的输出端轴承及齿轮的咬合状态有好处。

表 2 部分船舶工程塑料后艉轴承使用情况生产厂商关于工程塑料艉轴承的产品介绍方面表达应详尽与合理，例如：对使用期限不能以几年计 (有的表述使用期限 6年)，应给出在正常运行情况下可达到的累计时问供用户参考；正常磨损率应以简明的单位时间内间隙增量给出，而不是多少克重量；应明确材料的水胀率和热胀率，为合理选炔装间隙提供技术依据；轴承长度直径比应明确。