颜少平

(海军驻武汉461厂军事代表室，湖北 武汉 430084)

某型推进轴系的故障分析及改进建议

颜少平

(海军驻武汉461厂军事代表室，湖北 武汉 430084)

根据某型轴系铜套的表面腐蚀和玻璃钢松脱现象，分析了产生的原因，提出了在结构上和使用过程中的改进措施。

轴系；故障；分析；改进

1 结构简介

某型推进系统共有4套轴系，每套轴系自艉向艏由1根螺旋桨轴、1根艉轴及多根中间轴组成。螺旋桨轴尾端和艉轴的首、尾两端各装配有1件铜套，其中螺旋桨轴后铜套、艉轴前铜套及艉轴后铜套处由水润滑轴承支撑。在艉轴前铜套靠近首端部位装配有艉轴管密封装置，螺旋桨轴非铜套部位和艉轴前、后铜套之间均包覆有玻璃钢。艉轴前、后铜套位于艉轴管内，艉轴前、后铜套及艉轴管密封装置润滑及冷却水用舱内海水泵提供，冷却水自艉轴管密封装置处进入，从艉轴后铜套处艉轴管与水润滑轴承及水润滑轴承与铜套之间的间隙流出。该推进系统单轴装配结构简图见图1。

2 故障现象描述

该型轴系在坞修过程中，发现4根艉轴的前铜套腐蚀严重，整个铜套外圆上都分布存在较深的点状腐蚀坑(见图2)，并且由尾向首逐渐严重。艉轴后铜套也存在较重的表面腐蚀，同样是由尾向首

1-螺旋桨；2-螺旋桨轴后铜套；3-水润滑轴承；4-螺旋桨轴；5-玻璃钢；6-螺旋桨轴前铜套；7-联轴节；8-艉轴；9-艉轴后铜套；10-水润滑轴承；11-艉轴管；12-玻璃钢；13-艉轴前铜套；14-水润滑轴承；15-艉轴管密封装置；16-舱壁；17-半联轴节；18-美人架。图1 某型推进系统螺旋桨轴、艉轴结构布置图

逐渐严重。螺旋桨轴铜套表面存在一定锈蚀，经表面抛光后，表面腐蚀现象消失(见图3)。

图2 艉轴前铜套外表腐蚀情况

图3 艉轴后铜套外表腐蚀情况

同时，发现艉轴前铜套外表在轴向方向上，与水润滑轴承板条的接触处存在不同程度的点坑状腐蚀。另外，螺旋桨轴玻璃钢除表面粘附污染物外，玻璃钢与轴段包裹严实，与铜套接合部位也未出现脱落和松脱现象。但在检查艉轴玻璃钢时，发现两铜套之间的玻璃钢除中间部位无损伤、松脱外，离前后铜套约1 m范围内均出现了玻璃钢松脱现象(见图4)。

图4 艉轴玻璃钢松脱示意图

3 故障原因分析

该型轴系铜套材料为ZCuSn10Zn2，该材质耐各种腐蚀，广泛应用于各种船舶轴段上作轴承支撑，并与中间轴承、水润滑轴承之间形成滑动配合。从长期使用情况看，该材料很少发生较严重的海水腐蚀现象，说明其耐海水腐蚀能力较强。

通过分析，现4套轴系铜套存在相似的腐蚀共性和特征，就是只有艉轴前铜套腐蚀严重，且艉轴前铜套的腐蚀情况从尾端向首端逐渐加重，其他铜套表面属正常轻微腐蚀。经清查铜套浇注后材质报告，铜套化学成分及机械性能都符合相关标准，也能满足设计要求。通过对实船4件腐蚀严重的艉轴前铜套本体切削铜屑取样进行化学成分分析，其化学成分分析结果亦符合标准要求，铜套材质合格。说明艉轴前铜套腐蚀，不是由于铜套材料化学成分超标或偏析引起的。如果由于材质不合格导致铜套腐蚀，整个铜套表面腐蚀应基本一致，但从4根艉轴前铜套实际腐蚀情况看，均表现为从后至前腐蚀逐渐加重的共同特性，从该腐蚀现象也可进一步排除是由于铜套材质不合格引起的。

通过对艉轴前铜套腐蚀及玻璃钢松脱现象联系起来分析，笔者认为造成上述故障的主要原因有以下几个方面。

1)从结构设计和安装情况看，艉轴前、后铜套均布置在艉轴管内，艉轴前铜套首端又安装有艉轴密封装置，均处于密闭小环境内。铜套与支撑轴承之间的冷却和润滑依靠海水泵提供冷却用水，但该冷却水需先对艉轴管密封装置进行润滑、冷却后，再向前、后铜套进行润滑。由于艉轴密封装置及前后铜套的摩擦生热，同时由于艉轴管与水润滑轴承之间的间隙及铜套与水润滑轴承之间的间隙均较小，导致冷却水交换不充分，造成艉轴管内水温较高，加速了铜套的腐蚀[1]。

2)由于艉轴前铜套首端紧靠艉轴密封装置，此处为发热密集区，加之冷却水量较小，且与外界海水交换速度更慢，因此处区域温度远高于艉轴管尾端，因而前铜套较后铜套腐蚀严重，又由于艉轴管内从前往后，温度由高逐渐变低，因而前铜套外表面腐蚀亦表现为由重渐轻。

3)由于艉轴前铜套处水温较高，加速海水电解，产生了较多的O-、Cl-等离子，也加速了铜套表面的腐蚀；同时，由于艉轴前铜套处于较小密闭环境中，与海水循环交换速度很慢，腐蚀后的混合溶液中各种阴离子浓度增加，形成了浓差腐蚀[1]环境，导致铜套腐蚀加速。

4)在艉轴前铜套工作的小环境中，混合的海水电解溶液存在较艉轴前铜套材料电位高的材料，没有充分的低电位零件作为牺牲阳极，也造成了该铜套的腐蚀加速。

5)该铜套采用离心浇铸方法制造，若是铸造缺陷一般应呈径向、圆周分布。该船下水后，停靠在码头时，轴系长期不转动，铜套与水润滑轴承长期在一个部位接触，也就是在板条与板条之间的缝隙处，久而久之导致铜套表面出现轴向的线状点蚀坑。

6)该轴系艉轴玻璃钢[2]处于艉轴管内，当艉轴管密封装置处冷却水量不足时，艉轴管内水温会较高。另外，当轴系转动时艉轴前、后铜套与支撑轴承摩擦生热并逐步向两端传递，导致玻璃钢受热变软后轻微蠕动。轴系停止转动后，又被海水冷却变硬收缩。玻璃钢在冷、热交替作用下蠕动，逐渐与基体之间产生相对运动，导致玻璃钢与基体之间产生了松脱。

4 改进建议

针对该轴系故障现象，笔者在对其结构及铜套严重腐蚀和玻璃钢松脱的原因分析后，认为可以在以下几方面对轴系结构进行改进。

1)增大艉轴管密封装置处冷却水进口流量，可有效改善艉轴管密封装置、艉轴前后轴承处摩擦状态，降低艉轴管内环境温度，也就是降低艉轴管内作为电解质的海水温度，改善艉轴密封装置和铜套的工作环境，降低铜套腐蚀速度。

2)在艉轴管内合适的位置增加防腐锌块的数量，作为牺牲阳极，加强对艉轴密封装置及铜套等零部件的保护作用，减轻铜套腐蚀。

3)在艉轴管适当位置多开通海孔，增加艉轴管内海水与外界海水的交换速度，既能降低艉轴管内的环境温度，又能降低作为电解质的海水中的O-、Cl-等阴离子的浓度，减缓铜套腐蚀，同时又降低了玻璃钢工作的环境温度，避免了热力作用导致的松脱。

4)增强维护、保养措施，强调在码头停泊期间，应定期盘车，转动轴系，避免轴系长时间在一个位置停靠，导致铜套表面产生轴向缝隙腐蚀。

[1]黄建中.材料的耐蚀性和腐蚀数据[M].北京：化学工业出版社，2003.

[2]周祖福.复合材料学[M].武汉：武汉工业大学出版社，1995.

Analysis the malfunction reason of one type of thrust shafting according to the fissures on the shaft sleeve and the phenomenon of glass fiber reinforced plastics fall off, the suggestions were given for the shafting structure and during its operation.

propulsion shafting；malfunction；analysis；improvement

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.06.014

颜少平(1964-)，男，湖北荆门人，高级工程师，硕士，主要从事舰船的修理监造工作。

2014-08-01