林威　陈海明　刘小磊

摘　要：水润滑轴承作为一种结构简单、环保节能且安装方便的轴承，被普遍应用于各种船舶中。其中，水润滑赛龙轴承的各项性能都优越于传统的铜、巴氏合金、尼龙、铁弗尼、电木、铁梨木、碳精、氨基聚合物及层压板等材料制作的轴承，尤其是赛龙轴承具有稳定的化学特性而不存在老化问题。水润滑赛龙轴承与轴的配合运行间隙，直接影响到轴承与轴之间的摩擦性能，以及整个轴系的振动性能。本文以某16m拖带船的赛龙水润滑尾轴承在实际使用中出现的问题及加工改进为例，阐述赛龙水润滑轴承的运行间隙的几个问题。
关键词：拖带船；赛龙水润滑轴承；轴承运行间隙；热膨胀余量；水胀余量
1　前言
随着造船技术日益进步，水润滑轴承从Z早的由铁梨木制作到现今使用SPA、赛龙及橡胶等高分子复合材料制作经历了一百多年。作为一种抗冲击性好、阻尼性能优良、制作成本低且符合环保精神的船舶零部件，深受国内外船舶行业的关注。但是水润滑轴承也存在自身的缺点：由于水的黏度小，加上其特定的结构会导致轴承的承载力降低，而且在低速运转时轴承的摩擦系数偏大，导致轴承发热，振动与噪音很明显，如果轴承间隙不合理甚至会影响到船舶的使用寿命。因此在设计时，要对轴承运行间隙的参数进行合理的计算和加工。
2　水润滑轴承实例分析
2.1   应用实例
2017年显利（珠海）造船有限公司承建了一艘16m拖带船，采用单轴系动力传输、整体式尾轴管设计（见图1）。其使用开放式水润滑轴承尾轴管，其尾轴承是赛龙复合材料制成，通过主机海水泵提供冷却水从轴承前端进水口进入轴承，再从轴承尾端开放处流出船外，供水压力大于船体吃水深度所产生的压力，供水量足以带走船舶正常航行时轴系因摩擦而产生的热量，以此起到尾軸与轴承之间的冷却润滑作用，因此其轴与轴承的配合间隙必须满足冷却润滑功能的要求。

为了便于安装且满足轴与轴封之间的密封性，设计时轴与轴承之间留有间隙，加工并安装完毕后实际测量轴与轴承的半径间隙在0.150～0.200 mm之间。该船正式试航时，主机运作平稳，各项数据正常，航行过程中尾轴轴承振动在允许值范围内，并且轴承温度低于水温+20 ℃。但正式交付船东使用后，船方反馈轴承在长期使用过程中出现了过热情况。经检查，冷却水供水压力稳定正常，排除是冷却水出口堵塞导致冷却不到位引起发热;入坞检查，主轴及尾轴管外形未发现有变形刮擦，但尾轴承内衬套橡胶有明显的磨损。经过仔细检查，排除了由于外物进入轴承导致的磨损，以及其他外力造成的损伤。
2.2   水润滑轴承结构与特性
通过对现场实际测量数据进行分析，发现主要原因是轴承与主轴之间的间隙不合理导致轴系运转过程中摩擦损耗太大，并且产生发热。为此，船厂技术人员对轴与轴承的配合间隙进行了重新计算，轴与轴承尺寸如图2所示。

这里所指的间隙是轴与轴承的径向运行间隙，即轴外径与轴承内径之差值，是保证轴与轴承正常运行的关键因素。
水润滑赛龙轴承的摩擦系数低于大多数金属和非金属材料轴承。在低转速和启动阶段，轴与轴承之间会有直接接触，因此摩擦很大;当轴速达到0.5 m/s线速度时，进入轴承的水就会形成一层润滑膜，使得轴与轴承的接触减小，摩擦也会相应的减小;当轴速大于1.5 m/s线速度时，这层润滑膜就会产生流体动力膜使轴与轴承表面分开，使摩擦降至Z低；如果速度继续增高，润滑膜则会产生剪切力，摩擦又会有所上升。
在船舶行駛过程中，水除了作为润滑液的存在，还要作为载体带走摩擦产生的热量。因此只有足够的运行间隙，才能保证在满足热膨胀余量和水胀余量的同时，还要有充足的水量给轴承润滑和冷却。
2.3   水润滑轴承的间隙计算
通常赛龙轴承的运行间隙要比金属轴承的运行间隙稍大一些，通过对热膨胀余量和水膨胀余量的计算来确定轴承的内径尺寸，以此来对比现有轴承是否合格（见图3）。

2.3.1  热膨胀余量
（1）径向热膨胀余量，可按下式计算：
经过实际测量，轴承内径尺寸为95.78 mm，轴承与轴Z大间隙只有0.20 mm，而轴承需要的Z小运行间隙为0.35 mm。Z后经过分析得出结论：由于此船动力传输设备轴与轴承安装配合间隙过小导致轴承过热并 磨损，因此需要对轴系或者轴承进行加工处理。其中轴承尺寸符合计算要求，只需要对轴系进行加工处理。
在选用配套间隙时，通常应采用0.005 D至0.0075 D之间的间隙值，Z大维修间隙应控制在0.015 D以内。Z后对轴进行加工，轴承与轴的实际间隙增加到0.47 mm，重新安装多次试航，没有再出现轴承发热磨损的情况。
3　总结
水润滑赛龙轴承相比于其他传统水润滑轴承具有更优良的物理特性，其运用范围也比传统水润滑轴承更加广泛。但在安装使用时还应充分考虑到其实际运行过程中的运行间隙，因为合理的运行间隙可以给轴承的内孔收缩提供足够的安全余量，这是保证船舶轴系安全正常工作的重要条件。如果运行间隙不充足，就会引起轴与轴承磨损加快，轴承表面出现损伤并且产生发热，缩短轴承使用寿命；如果运行间隙过大，则会导致轴承承托力不够，轴系运行过程中会出现不稳定振动，严重时甚至影响到船舶的安全行驶。相信在以后的不断发展中，水润滑赛龙轴承的润滑性能和机理将得到更深入的研究和完善，并且将会在更多的领域发挥其作用。
参考文献
[1]  王优强，李鸿琦，佟景伟.水润滑赛龙轴承综述  [J].机械工程师，2002  （11）.
[2]  彭晋民，朱志宏，王家序.水润滑轴承的研究现状及展望[J].润滑与密封， 2004 （5）.
[3]  版机械设计手编委会编著.机械设计手册（第3卷 ）[M]. 2004.

来源：《广东造船》2020年1期