崔辰阳
中国卫星海上测控部江苏 江阴 214431
【摘要】本文以某船主机中间轴承滑油高温为背景，对处理过程中的故障现象、故障定位与排除进行了描述，并重点分析了中间轴承间隙、中间轴转速、承载负荷、滑油粘度等因素对中间轴承滑油温度的影响。
1 故障现象
某船在经历船舶维修后航行过程中，岗位人员巡视发现，主机中间轴承滑油温度整体较维修前偏高，尤其是左主机5#和右主机1#中间轴承滑油温度已接近报警值，中间轴承滑油温度如表1所示。岗位人员迅速报告轮机员，请示进行停车检查。
表1 故障时中间轴承滑油温度
转速/RPM 中间轴承滑油温度/℃
1# 2# 3# 4# 5#
左机 144 52.63 50.86 48.18 45.86 54.55
112 49.73 48.49 45.93 44.41 51.40
135 50.38 49.33 46.73 45.22 51.87
125 51.35 50.19 47.38 45.86 52.97
105 50.22 49.16 46.25 44.90 52.03
106 49.9 48.99 46.25 44.90 51.72
右机 133 54.97 47.03 47.97 50.55 49.49
105 50.58 44.29 45.56 47.84 45.65
130 51.83 45.20 46.52 49.02 46.95
121 52.93 46.22 47.49 50.05 48.54
99 51.83 45.26 46.52 48.68 47.59
102 51.20 45.10 46.36 48.68 47.27
2 故障定位与排除
中间轴承发热的主要原因有海水系统问题导致轴承滑油冷却不良进而引发高温；滑油油质变差或滑油油位较低使润滑不良产生异常发热；油盘（2）松动使滑油无法均匀布到轴承和轴瓦上使摩擦加剧产生高温。
在故障发现的过程中，岗位人员同步对中间轴承滑油的油质油量以及刮油情况进行检查，并使用工具顶动油盘（2），发现左主机5#和右主机1#中间轴承存在轴向移动，初步判断为油盘松动，导致（5）处布油量不足，造成中间轴承润滑不良、散热变差，滑油油温升高。同时轴承海水冷却系统进行了检查，发现无异常。
1轴承盖2油盘3油腔4冷却水腔5刮油器
通过对故障现象和中间轴承内部结构、工作原理的分析研讨，初步定位故障判定滑油高温的原因是油盘松动。中间轴承主要承载轴系的径向力，承载较大。若油盘不转动或转速太小，将导致布油量变小，严重会造成中间轴承轴瓦烧蚀损坏。
岗位人员召开了应急作业准备会，制定系统作业方案，为不影响航行计划，故障排除主要分为三个阶段。
2.1 问题归零--左主机5#和右主机1#中间轴承检修
将中间轴承上端盖进行拆吊，发现油盘存在松动，与轴系转速不同步。应急小组成员随即采用在油盘内圈上下安装2个0.3mm铜垫片的方式增加油盘抱紧力，使得油盘与轴系同步转动。
2.2 “举一反三”——对右主机2#3#4#5#中间轴承进行检修
在修复左主机5#和右主机1#中间轴承后，应急小组进行了“举一反三”工作，进一步确定了其余中间轴承油盘的状态。对于右主机2#3#5#中间轴承也存在的松动问题，采取了同样的处置措施。
2.3 全面覆盖—左右主机全部中间轴承油质油位检查
检查中发现左主机5#中间轴承油质变黑，对其滑油（CD30）换新；左主机5#和右主机1#中间轴承刮油间隙过小或过大，对其间隙进行了调整；右主机1#中间轴承油位较低，对其进行加油（CD40）。故障排除后中间轴承滑油温度如表2所示。
表2 故障排除后中间轴承滑油温度
转速/RPM 中间轴承滑油温度/℃
1# 2# 3# 4# 5#
左机 91 48.27 47.36 44.47 43.11 49.34
131 47.60 46.85 44.31 42.63 48.24
137 46.42 46.01 43.35 41.85 45.24
137 49.00 48.03 45.11 43.60 47.76
132 50.13 48.89 46.40 44.56 48.71
130 51.41 49.56 47.04 45.05 49.82
右机 111 49.75 43.80 45.06 47.55 45.97
124 48.49 42.99 44.10 47.04 45.01
134 46.76 41.87 42.82 46.03 43.42
134 49.12 44.12 45.06 47.89 45.17
126 51.47 45.73 46.99 49.59 48.19
124 51.47 45.40 46.67 49.09 47.56
3 滑油温度影响因素分析
当流体在外力作用下，流体微团之间出现相对运动时，随之产生一对阻碍流体层间相对运动的摩擦力。摩擦力的大小决定着热量产生的多少。流体内部产生的内摩擦力的大小可由牛顿内摩擦定律来确定。
流体内摩擦力大小与板的速度V成正比，与接触面积A呈正比，与两板间的距离h成反比，则流体内摩擦力Df为：
（1）
或以单位面积上的内摩擦力，即内摩擦力或切应力来表示：
（2）
式中，是与流体性质有关的比例系数，称为动力粘度。
一般情况下，流体运动的速度并不是按线性分布。若取y位置上厚度为的无限薄的流体层，薄层下表面的速度为，上表面的速度为，在厚度为的薄层中速度增量为。将上式推广应用于流体的各个薄层，可得：
（3）
（4）
式中为速度梯度。
从上式中可以看出：流体内摩擦力的大小与速度梯度成正比，与接触面积成正比，并与流体的动力粘度成正比。
本文针对中间轴承滑油高温故障，重点对滑油温度的影响因素进行了分析，主要包括中间轴承间隙、中间轴转速、承载负荷、滑油粘度等。
3.1 中间轴承间隙对中间轴承滑油温度影响
轴和轴瓦之间的径向最大配合间隙称为轴承间隙。合适的轴承间隙是形成润滑油膜实现液体动压润滑的重要条件。轴承间隙过小，油膜不能建立，轴和轴瓦金属的直接接触，产生大量的热量；间隙过大，润滑油流失和产生冲击，使轴瓦合金层出现裂纹、破碎。
随着中间轴承间隙变小，滑油油膜的速度梯度变大，从式4中可以得到：油膜间的内摩擦力变大。计算得到不同轴承间隙下的摩擦功耗，如表3所示。从表中可以看出：随着轴承间隙减小，轴承间的摩擦功耗变大，且轴承间隙对摩擦功耗影响较大。
表3 轴承间隙与摩擦功耗关系
轴承间隙/micro 3.3 4.6 5.8 7
摩擦功耗/W 1650 1480 1330 1160
3.2 中间轴转速对中间轴承滑油温度影响
中间轴转速的大小直接决定了润滑油速度梯度，对于润滑油内摩擦力的大小有直接影响。计算得到不同中间轴转速下的摩擦功耗，如表4所示，从表4中可以看出：随着中间轴转速升高，轴承间的摩擦功耗变大，且中间轴转速对摩擦功耗影响较大。
表4 中间轴转速与摩擦功耗关系
中间轴转速/RAM 152 135 120 80
摩擦功耗/W 1454 1257 1080 931
3.3 中间轴承承载负荷对中间轴承滑油温度影响
中间轴承是为了减少轴系挠度而设置的支承点，它承受着中间轴的重量以及因轴系变形和各种形式的运动造成的附加径向负荷。由于船体巨大且航渡过程中海况复杂，所以中间轴承承载的负荷较大。由于船体老化变形，每个中间轴承承载不均匀，可能会出现个别中间轴承负荷过大，滑油油温过高。因此分析不同承载负荷条件下的摩擦功耗有一定实践意义。
随着中间轴承承载负荷增大，中间轴承间隙会减小，滑油油膜的速度梯度变大，油膜间的内摩擦力变大。计算得到不同轴承承载负荷下的摩擦功耗，如表5所示。从表5中可以看出：随着轴承承载负荷变大，轴承间摩擦功耗变大，且轴承承载负荷对摩擦功耗有一定影响。
表5 轴承承载载荷与摩擦功耗关系
轴承承载载荷/% 100 80 60 40
摩擦功耗/W 1532 1350 1232 1121
3.4 中间轴承滑油粘度对中间轴承滑油温度影响
滑油粘度分为动力粘度和运动粘度，两者关系用以下公式表示：
在相同速度梯度下，动力粘度越大的流体，其切应力就越大，则表明该流体的粘性就越大。因此动力粘度直接表示流体粘度的大小。运动粘度不像动力粘度可直接表示流体粘度大小。滑油牌号通常用运动粘度来描述滑油粘度。
随着润滑油粘度变大，从式4中可以得到：油膜间的内摩擦力变大。计算得到不同滑油粘度的摩擦功耗，如表6所示。从表6中可以看出：随着滑油粘度增大，轴承间摩擦功耗变大，且滑油粘度对摩擦功耗有较大影响。
表6 轴承承载载荷与摩擦功耗关系
滑油粘度/m2/s 16.3 14.5 12.5 10.2
摩擦功耗/W 1698 1550 1432 1305
通过上述分析可以得到：中间轴承滑油温度的影响因素排序是中间轴转速＞滑油粘度＞中间轴承间隙＞中间轴承承载负荷。我船在本次维修期间对轴系进行抽拔检查、中间轴承负荷校验和轴瓦检查，并将轴承滑油由30CD更换为40CD。因此造成本次中间轴承滑油温度高的原因主要有相关中间轴承间隙变小、滑油粘度增加和中间轴承承载负荷增大。
4、总结
本文描述了处置中间轴承高温的过程，并重点对并重点分析了中间轴承间隙、中间轴转速、承载负荷、滑油粘度等因素对中间轴承滑油温度的影响。可以得到以下结论：
（一）经过计算分析得到中间轴承滑油温度的影响因素排序是中间轴转速＞滑油粘度＞中间轴承间隙＞中间轴承承载负荷。参考船舶维修内容和实际情况，分析造成本次中间轴承滑油温度高的原因主要是中间轴承间隙变小、滑油粘度增加和中间轴承承载负荷增大。
（二）值班期间，密切关注中间轴承温度，发现温度发生明显变化（主要为持续升温）时，应立即报告并前往轴承旁检查滑油流量是否正常，油质（主要方法为目视法观察滑油颜色）是否正常，冷却水系统是否正常，并实际测量中间轴承温度，以排除传感器故障可能。
（三）定期检查滑油油质油量，需要换油时及时更换。发现油流减少或没有油流时，要立即采取措施恢复滑油供给，检查刮油器间隙，如无法解决且温度持续上升，应停车维修。
参考文献
[1] 李明海,李晓伟,牟恕宽.机油温度对主轴颈轴承润滑性能的影响[J].内燃机车,2009.,
[2] 刘娜.柴油机关键摩擦副的摩擦润滑性能研究[D].山东:山东大学,2012.
[3] 陈爱平等.船舶辅机[D].大连海事大学出版社.
[4] 陈爱平等.主推进动力装置[D].大连海事大学出版社.
[5] 高志等.润滑油边界膜临界温度性能评价方法的研究[J].湘潭大学自然科学学报,2001
[6] 张德元等.高强化柴油机缸套-活塞环异常磨损及磨合研究[J].柴油机,2016,38(1).40-43. [7] 张大虎等.润滑油的理化性能及意义[J].合成润滑材料,2004.
[8]Gt-Suite. Mechanics TheoryManual.VERSION 7.5. 2014.