船舶轴系中间轴承的探索与研究
摘要：推进轴系作为船舶动力装备，其运行的稳定性及可靠性是保障船舶生命力的重要条件。中间轴承作为船舶推进轴系的主要支承单元，其工作性能的好坏将直接影响舰船推进动力性能，进而影响到舰船整体的推进效率、可靠程度及使用寿命等服役性能。
关键词：中间轴承；船舶轴系；探索研究
船舶轴系是船舶推进系统的重要组成部分，它把主机功率传递给推进器，并把推进器产生的推力传递给船体，以推进船舶的航行。船舶轴系能否安全可靠的运行工作，直接影响船舶安全航行及船员的生命力。 船舶轴系的状态关系到船舶推进动力装置的可靠性，因此是船舶设计、制造与使用管理的重要内容。在船舶建造时，船舶轴系安装质量及轴承负荷的合理分布决定了轴系工作的可靠性。
1 中间轴承的结构说明
目前大多数船舶的中间轴承采用白合金的滑动轴承。我国滑动式中间轴承结构已经标准化。某轮属于尾机型船舶，属于刚性轴，即仅有一根中间轴联接到螺旋桨。该轮采用了固定油盘式中间轴承。此种中间轴承适用于中间轴工作轴颈圆周线速度在3一10m/s范围内的大型船舶上。轴承座内装有轴瓦和套在中间轴上的圆盘（即油盘），油盘有径向斜凹槽。油盘下部浸在轴承座底部的油槽中。当中间轴转动时，油槽中的润滑油被圆盘（储存在径向斜凹槽内）带至上部铝合金分油盘中，对轴颈和轴瓦进行润滑，然后再流回到油槽中去。基于润滑的重要性，每次机舱巡回检查应查看分油盘上的油量及油的颜色，若量少应加入适量润滑油。油槽内设有蛇形冷却水管，引入弦外海水冷却油槽中热的回油。
2 滑动轴承与滚动轴承的比较
滚动轴承包括球轴承和滚子轴承，设计滚动式中间轴承往往要比设计滑动式中间轴承容易得多，因为它只需根据所需设计的中间轴承轴径和转速以及载荷从轴承样本上选择合理的轴承，再根据所选轴承设计出轴承的壳体就可以了。对于载荷和转速不太苛刻的许多应用场合，滚动轴承能更适应于油脂填充的密封结构工作，在整个使用期内不需要或很少需要再加油脂和维护。因为没有什么磨损表面要修复，所以若有备用的滚动轴承更换就很方便，同时滚动轴承的摩擦系数要比滑动轴承小得多。但是，滚动式中间轴承的中间轴至少有一端是可拆联轴节。
滑动式中间轴承是目前船舶上用得较多的中间轴承，即使是最新型的滑动轴承也比滚动轴承容易更换，特别是由于大多数滑动轴承都容易做成剖分式结构，故不需移动中间轴就可以将它们拆卸。滑动轴承的承载能力可以比滚动轴承大很多，也适合在较高转速下运转。滑动轴承倾向于逐渐地磨损，而不会没有预兆就突然损坏。现在的滑动式中间轴承设计时都安装了温度传感器或表盘式温度计，可以对中间轴承轴瓦的工作温度和润滑油温度进行现场测量，一旦出现轴瓦温度和润滑油温度偏高或烧瓦现象就可以立即分析原因，现场进行解决。滑动式调心中间轴承现在在船舶行业已得到广泛应用。调心中间轴承轴瓦采用球体结构，可以在轴承壳体内自由转动，这降低了轴承的安装要求。但是由于轴瓦和轴承壳体的配合为球面配合，故其对轴瓦和壳体的加工要求比以前更高了，加工难度也比以前大。轴承的冷却是通过冷却盘管的热交换来进行的，冷却盘管是由B10镍铜管弯曲制成，这就减少了冷却海水对轴承壳体的腐蚀。
3 滑动式中间轴承冷却性能分析
热器的数值分析方法在国外已经发展了四十余年。1972年，英国学者S.V.Patankar和D.B.Spalding最先将CFD（ComputationalFluidDynamics，CFD）方法应用在实际的管壳式换热器中，研究了换热器壳侧无相变时的流体流动与传热过程。受当时条件的限制，他们提出分布式阻力的概念以表征壳程处固体表面对流体流动的影响，并提出体积多孔度概念，形成简化了的换热器流动和传热数学模型。这种处理方法在簡化了换热器复杂几何结构的同时，还保留了使用微分方程描述壳程式流体流动与传热的优点，第一次以数值模拟的方法对管壳式换热器壳程流场进行分析。2001年MichaelSchafer和IlkaTeschauer研究了一种基于块结构网格的专门用于计算复杂几何体流固耦合问题的多重有限容积法。该方法采用了基于压力修正的非线性多重网格法，因此精度较高。后来，研究者针对这种算法做了一系列的实验来验证计算方法的准确性。近年来，FabienWlassow和FlorentDuchaine研究了高压汽轮机内部叶片的流固耦合传热问题。该研究将流动的Navier-Stokes求解器和固体导热的求解器进行耦合，预测叶片的温度场分布，通过对比数值分析的计算结果和实验结果，证明数值分析的准确性。EnderOzden和IlkerTarl研究了管壳式换热器的传热问题，对比一阶、二阶离散方法、不同湍流模型及两种网格密度对计算结果的影响。P.Rollet-Miet，D.Laurence和J.Ferzige开发了LES（LargeEddySimulation，LES）的有限元程序，对栅格湍流、通道流及管束的交叉流进行了计算，最后与Simonin和Barcouda的实验数据进行了对比，验证对于以上流动问题LES比RANS（ReynoldsAveragedNavier—Stokes，RANS）具有更加准确的预测性。NasserGhorbani，HessamTaherian及MofidGorji等做了许多实验来研究管径、盘管间距、壳程与管程质量流率对换热器换热性能的影响，实验包括了盘管层流及湍流流动问题。同时，研究人员计算了换热器的稳态换热问题。结果表明，壳程与管程质量流率对换热器轴向温度分布有显著影响。
国内也有许多研究人员应用CFD法研究流固耦合的流动及传热问题。近年来，姜培学、柯道友、任泽霈等对有内热源的耦合换热问题进行了数值求解，得到了物体内的最高温度分别在直角坐标系和贴体坐标系下的变化规律。李隆键，黄旭方把有源液池内的自然对流和冷却盘管内的强制对流的传热进行耦合研究，给出换热系数的变化的曲线，并与实验结果进行对比验证。骆清国，刘红彬，龚正波等对柴油机气缸盖的流固耦合传热问题进行了分析，得到了额定工况下冷却水的流场、缸盖温度场以及耦合面的温度分布图。陈红岩，李迎，李孝禄对内燃机活塞组-缸套-冷却水-机体之间耦合传热的问题进行了研究，对发动机额定工况下的换热情况进行了数值模拟，得到了耦合系统的温度场和流场。最后对比实验结果，得到数值计算合理的结论。Jian-FeiZhang，Ya-LingHe，Wen-QuanTao等对中度折叠螺旋折流板管壳式换热器的换热性能进行了数值仿真及实验研究。该研究计算了换热器的壳程压力场与温度场，对比了整个换热器的平均Nu数、整体压降的仿真结果与实验结果以及不同循环的平均Nu数的仿真结果与实验结果，在工程精度允许的范围内，仿真结果能有效地预测该型换热器的换热特性。
4 结语
总之，针对于船舶轴系的研究和应用需要结合实际情况，经过缜密的分析和选择，设计和采用成本较低、维护和操控过程中消耗较少、对操作和维护人员技术要求不高、安装和维护都方便简单、性能可靠的中间轴承来用于承受船舶中间轴系负荷。总而言之，船舶轴系中间轴承的设计和选用需要根据具体情况而定，如果出现什么问题可以请教轴承制造厂的相关人员。
参考文献：
[1] 陈乐东.一起中间轴承异常漏油故障原因分析[J].航海技术，2011（05）.
[2] 张力.船用滑动式中间轴承润滑及冷却性能耦合分析研究[D].华中科技大学，2015.
（作者单位：江苏南极机械有限责任公司）