船舶主机中间支架轴向振动故障监测实例分析

船舶主机中间支架轴向振动故障监测实例分析

王冲 

91884部队 辽宁大连 116041

摘要:文章介绍了某船主机中间支架轴向振动大故障的监测与修理过程，从结构原理出发对故障原因、故障性质进行了分析，而后总结了振动监测中的经验教训，并基于这些认识就此类故障振动监测分析给出了相关建议。

关键词:船舶主机;中间支架，轴向振动

某船在航行过程中突发柴油主机故障，由于故障严重，加上该船需承担后续任务，修理厂家进行了紧急修理。修后开展航行试验，试验过程中对主机及后传动装置进行了振动监测，根据监测结果发现该主机中间支架存在振动偏大问题。事后承修单位进行了多次检查和调整，并进行了第2、3次航行试验，问题仍未得到解决。考虑到承担任务时间临近，业务部门不得不以较大代价解决这一问题，协调设备原厂家参与修理。问题虽最终得到解决，但相关经验教训值得总结。

1.基本过程

1.1第1次航行试验振动监测数据分析

在完成该船主机抢修后，开展了修后航行试验。结果发现，主机振动良好，而中间支架却存在轴向振动偏大问题，其中在转速1000r/min工况下，轴向振动速度有效值达到52.2mm/s，明显大于同型装备相同工况值(其它3个中间支架轴向振动速度有效值分别为17.6mm/s、10.7mm/s、34.9mm/s)，并已超过设备厂家推荐的限制值。该中间支架的径向振动较小，在转速1000r/min工况下，水平径向(即横向)、垂直径向振动速度分别为12.5mm/s、6.4mm/s。分析该中间支架轴向测点在转速1000r/min工况下的振动时频图，轴向测点时域波形图见图1，轴向测点频谱图见图2。由图1、图2发现具有如下特征:时域波形呈一定谐波状;频谱图中1倍频振动分量(即16.7Hz)幅值较大，并伴有相对明显的2倍频分量(即33.6Hz)。进一步分析轴向测点各振动参数随转速变化关系，可确认:振动速度有效值、1倍频分量与转速基本呈线性关系，轴向振动主要来源于1倍频分量，轴向测点振动参数随转速变化图见图3。上述特征与我单位曾经监测过的另外一艘同型船的中间支架振动故障情况类似。当时维修厂家反映万向联轴器滑动副存在严重磨损问题，在更换滑动副衬套后开展修后监测，轴向振动恢复正常。因而，根据测试结果，并参考历史监测情况，认为:该中间支架振动存在异常，需进行检查，不排除万向联轴器存在故障的可能，应将其列为排查重点。该船发生主机故障前，刚从A厂完成等级修理，而此次主机故障修理是由B厂承担。为了排查是否因为此次紧急抢修导致中间支架振动大，我们调阅了历史监测资料，然而，令人遗憾的是，由于客观方面原因，A厂的出厂试航并未开展中间支架振动监测。若当时出厂航行试验开展过振动监测，并且状态良好，那么此次故障排向联轴器和高弹性联轴器存在问题。

1.2承修单位排查故障及第2次航行试验监测

返航后，承修单位B厂检查主机安装情况时，发现主机存在明显的沉降情况，有可能导致主机与中间支架对中不良。为此，他们对主机安装以及中间支架与主机、高弹性联轴器和万向联轴器之间的对中情况进行了检查和调整。事后，又进行了第2次航行试验，结果发现1号中间支架轴向振动依旧偏大，且相对前次结果有所增加(转速1000r/min工况下，轴向振动速度有效值为59.4mm/s)。此后，又再次调整对中情况，问题仍未得到解决。［1］

1.3设备厂家排查故障及第3次航行试验监测

由于该船即将承担航行任务，为尽快解决问题，业务机关决定由原设备厂家参加排查故障，B厂协助。鉴于引起中间支架轴向振动大有多种可能，加上排查故障时间有限，修理中采取了较为全面的处理措施:不仅重新检查对中情况，而且更换了高弹性联轴器和万向联轴器。修后，开展了第3次航行试验和振动监测，在转速1000r/min工况下，轴向振动速度有效值为16.7mm/s，远小于修前数据和厂家限值，且与正常支架振动水平相同，表明轴向振动问题得到顺利解决。事后，我们向船方了解排查故障情况。船方反映，设备厂家检查时，发现主柴油机输出法兰与中间支架法兰轴向安装距离存在问题，有一处轴向距离偏小。

2故障分析

2.1中间支架及其相关后传动部件结构

引起中间支架振动大的原因有多种情况，不仅有中间支架自身原因，也与整个后传动系统有关，应从整个系统角度出发，分析可能产生振动故障的原因。系统包括高弹性联轴器、中间支架、万向联轴器。中间支架是一种弹性支撑轴承，它在柴油主机和齿轮箱之间起到支撑高弹性联轴器和万向联轴器的基本作用。支架核心部件为2个安装在箱体上的滚动轴承，支架箱体底部安装有隔振器。高弹性联轴器除了传递功率、转速外，具有减振降噪及补偿轴向、径向和角向位移的基本作用。其基本结构部件包括扭转弹性部件、挠性杆部件和连接件。其中，扭转弹性部件为2排多片扇形弹性元件，具有补偿径向位移作用;挠性杆部件具有补偿轴向和角位移作用。万向联轴器为十字轴式，除传递功率和转速外，还具有补偿柴油机弹性支撑和齿轮箱刚性安装之间相对位移的能力。其中，核心运动部件主要为十字轴承、滑动套及滑槽、传扭滑块。

［2］

2.2引发中间支架振动大的多种可能性因素

由上文所述后传动系统结构，结合旋转机械振动故障基本理论，引发中间支架异常振动的多种可能性因素。

2.3中间支架轴向振动故障原因分析

轴向振动大、径向振动小，且轴向振动以1倍频为主，是此次中间支架故障主要特征。据此特征，并结合前文进行分析，中间支架轴向振动大故障存在多种可能原因:①高弹性联轴器挠性杆件故障;②万向联轴器滑动副组件出现异常磨损或润滑不良;③柴油机输出法兰与中间支架法兰对中不良。高弹性联轴器挠性杆件断裂会影响轴向力平衡，进而引发中间支架轴向振动，但振动信号的时域特征和频谱特征如何、时域波形是否存在冲击现象，这些都缺乏实际案例参考。如果之前有实际案例参考，那就可通过振动信号时频特征排除此种故障可能性。万向联轴器滑动副组件磨损或润滑不良会引发中间支架振动轴向振动，这是因为磨损严重或润滑不良会极大增加滑动副组件在轴向运动中的摩擦力，导致联轴器在运转中出现明显的轴向作用力，中间支架在联轴器轴向力作用下相应产生轴向振动。由于该轴向作用力周期与转频相关，中间振动频率也相应地与转频有关。柴油机输出法兰与中间支架法兰对中包括平行对中、角度对中、轴向对中。平行不对中引发的振动虽以轴向为主，但频谱中2倍频分量幅值较高，并伴有1倍频和高次谐波分量。角度不对中引发的振动在径向和轴向均较大。这些特征均与问题中间支架故障不相符，故可排除这2种对中故障可能。轴向对中是指柴油机输出法兰端面与中间支架法兰端面轴向距离符合要求，一般要求以90°为间隔均匀取4点，测量端面之间的轴向距离。如果在某一角度方向两法兰端面轴向距离偏小，就会导致两法兰之间在该角度方向存在较大的轴向预应力，那么运转过程就会引发中间支架轴向振动，并且振动频率与转频相对应。因而，从故障机理上讲，船方所述中间支架轴向对中问题与振动监测结果相符，可在理论上初步确认中间支架振动问题是轴向对中不良所致。［3］

4结束语

轴向振动大是中间支架常见振动故障形式之一，由于故障原因具有多种可能，需综合多种信息进行分析，才能准确诊断故障部位、故障原因。本文所述监测工作案例，其故障分析和经验教训总结有助于指导相关人员对类似故障开展监测诊断工作。文中观点仍需在实践中不断发展和检验。

参考文献

［1］温小飞，郑瀚坤，胡贤民，等．船舶主机安装误差对船舶轴系安装质量的影响［Ｊ］．中国修船，２０１７，３０（４）：１４－１６．

［2］龚涛．高新舰船长轴系施工质量和周期的过程控制［Ｄ］．上海：上海交通大学，２０１４．

［3］张猛猛．船舶轴系校中状态在线监控方法的研究［Ｄ］．大连：大连海事大学，２０１２．