监测轴承状况和减少现代船舶发动机轴承故障的不同方法

职场   2024-07-31 23:00   江苏  

现代船舶发动机的轴承具有高承载能力和良好的合金组合(Sn、Al、Pb 等),可提供出色的嵌入和滑动性能。船舶工程师应了解发动机内各种轴承的运行时间,并据此规划检查和检修程序。

轴承故障或损坏通常发生在运行时间之前。轴承的成本取决于其所在位置。如果发生任何重大损坏或故障,总成本将增加,因为轴或曲轴臂的轴颈销很有可能受损。如果轴承严重损坏,发动机底板也会受损。不用说,对主发动机曲轴或底板的任何重大维修都可能花费数千美元。

为了避免此类故障并尽量降低成本,可以安装各种监控系统并遵循最佳操作规范,以确保轴承顺利完成其运行时间。

船舶发动机轴承监控系统的优势:

  • 在发生钢与钢接触情况之前提前向船舶工程师发出警报(最大损坏发生在此级别)

  • 易于安装,可在改造系统上完成

  • 安装和维护成本低廉

  • 它可感知并提供连续的基于条件的数据,以便于监控

  • 减少计划开放检查,从而减少工时

  • 消除了打开检查时内部零件和油底壳油被污染的可能性

  • 如果采用并经发动机制造商批准此类系统,发动机制造商将减少手动监控(偏转、间隙测量等)

当出现以下情况时,可以说船用发动机的轴承已磨损:

  • 涂层(巴氏合金或锡铝)因涂层刮伤而磨损

  • 因负荷过重而磨损涂层

  • 润滑油污染导致的磨损

  • 由于供油不足或轴承温度过高,涂层(巴氏合金)熔化或严重疲劳

  • 当钢与钢发生接触时 

以下是保护和监控主发动机轴承的不同方法:

人工监控方式:

  • 曲轴箱检查

  • 曲轴挠度

电子监控方式:

  • 轴承磨损监测 (BWM)

  • 轴承温度监测(BTM)

  • 油中水监测 (WIOM)

  • 螺旋桨轴接地装置

BWM、BTM 和 WIOM 系统的主要目的是提前防止重大轴承损坏。然而,该系统无法保护轴承壳,而主要是为了避免在发生严重轴承故障时对曲轴和基座造成相应的损坏。


然而,螺旋桨轴接地装置的设计和安装是为了保护轴承免受电火花腐蚀

曲轴箱检查:

曲轴箱检查是按照计划维护系统(PMS)为船上工程师制定的检查主机曲轴箱空间和轴承设置是否有异常的计划。

曲轴挠度:

曲轴偏转是一种测量轴在不同水平上的错位并与测量的原始/最后读数进行比较的程序。通常,此程序与曲轴箱检查一起执行。然后将记录的读数解释为图表,并与原始图表进行比较,以指出导致曲轴错位的磨损或有缺陷的轴承。



轴承磨损监测:

轴承磨损监测(BWM)系统的原理是测量横梁在下止点(BDC)的垂直位置。

通用 BWM 系统使用每个气缸单元前后两个近距离传感器(放置在框架箱内)监控所有三个主要曲轴系轴承。传感器持续监控导靴底端并测量 BDC 中到十字头的距离。


图片来源:MAN


这些传感器将持续监测的数据发送到船舶计算机监控系统中的报警系统。因此,当主轴承、曲轴销轴承或十字头轴承出现明显磨损时,该监测的垂直位置将发生偏移,并且该偏移将反映在船舶的监控系统中。如果此偏移达到一个或多个单元的设定报警值,工程师将收到有关情况的警报。该监控系统连接到发动机的安全系统,当出现轴承磨损警报时,该系统可能会降低发动机的速度。

轴承温度监测:

温度升高可视为发动机轴承异常的重要信号。如果能够在轴承温度升高至危险水平之前对其进行监测并加以考虑,则可以防止发动机曲轴和轴承装置发生重大故障。轴承温度的测量可通过两种方式进行:

直接测量:使用通常安装在轴承壳后侧的温度传感器

间接测量: 检测曲轴箱内各轴承回油温度


监测回油温度


温度监控系统持续监控轴承温度。如果记录到指定温度(轴承壳温度或轴承油出口温度),则会发出警报。对于主轴承、曲柄销轴承和十字头轴承的壳体温度,适用两个高温警报级别。


第一级报警在报警面板上显示,而第二级报警会激活减速命令。对于主轴承、曲轴销轴承和十字头轴承中的油出口温度,适用两个高温报警级别,包括偏差报警。第一级高温/偏差报警在报警面板上显示,而第二级报警会激活减速命令。

油中水监测:

润滑油中的水含量是保持主机轴承良好状态的关键因素。水含量的大幅增加(通常最高为 0.2 vol.%;短时间内最高可达 0.5 vol.%)会严重损坏发动机轴承。水含量的增加会对不同的轴承产生以下影响:

  • 水分含量过多会导致十字头轴承(锡铝涂层)中作为运行层的铅覆盖层腐蚀

  • 涂层巴氏合金或锡铝的主轴承和曲柄销轴承也可能因水污染而遭受不可修复的损坏

如果能够持续监测发动机的润滑油是否受到水污染,就可以防止这些损坏。

监测水污染有两种方法:

手动: 每两周使用船用发动机制造商提供的油中水测试套件检查一次水污染情况。这种方法的主要缺点是监测水含量存在时间间隔和不连续性。

自动: 通过在发动机润滑油系统中安装油中水监测系统,该系统将持续测量系统油中的相对湿度。在油管系统中安装一个探头,将信号传输到一个用于计算湿度作为水活度的装置。该系统的主要优点是可以持续监测油中的水含量,以便尽早排除故障,此外,该系统不受油的类型、温度或年龄的影响。该系统连接到报警系统,如果水含量达到设定值,将激活警报。

螺旋桨轴接地装置

在船舶中,螺旋桨、船体、底板、曲轴、轴承等由不同的金属制成。阴极保护系统的电流通常存在于这些部件中,最终为电火花腐蚀创造了完美的环境。当两种载流的不同金属接触时,火花会在接触点传播,从而形成一个空腔,腐蚀小金属。


为了抑制电化学腐蚀的影响,特别是在装有螺旋桨的船尾部分,采用了外加电流阴极保护系统。螺旋桨轴接地以实现连续电路并避免其发生故障。

该回路通常存在于螺旋桨静止时,此时轴和艉管衬套之间或主发动机轴承和轴颈之间发生金属与金属的接触。

然而,当轴转动时,轴承油膜会产生间歇性高阻力,从而有效地将螺旋桨与船体结构隔离开来。


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