艉轴承油润滑改为水润滑

1、船舶艉轴承环保化改造船舶艉轴承环保化改造 油润滑方式改为水润滑油润滑方式改为水润滑 1 开发单位：中科院长春应用化学研究所 生产单位：长春安旨科技有限公司 研发背景： 为解决国家重大战略需求，中国科学院组织了多家科研单位 开展了高分子轴承材料的攻关任务。中国科学院长春应用化学研究 所（简称：长春应化所）特别成立了高分子轴承材料科研团队，经 过不懈努力，解决了材料自润滑粒子温致相变智能释放、高分子材 料界面亲水处理、冷冻安装脆裂等技术关键难题，并在竞争中脱颖 而出。鉴于轴承材料的优异表现，中科院机关决定由长春应化所最 终全权负责高分子轴承材料的研制工作。在项目进行过程中长春应 化所先后获得了中国

2、科学院知识创新工程重要方向性项目、国防重 点项目、院地合作项目等项目的支持，累计研究经费高达3560余 万元。 2 安高水润滑轴承 2 领导支持与关怀 3 船检证书情况 已经获得： CCS, ABS, BV, DNV-GL, LR CR（台湾）, KR 正在申请： RS， NK 4 安高材料的微观结构 5 http:/www.anz- 5 6 安高材料物理参数安高材料物理参数 ItemUnitNZ- PNNZ- PX NZ-SMD BLACK NZ-RNStandard Shore hardnessShore 65D70D92A80AISO7619.1-2004 Tensile strengt

3、hMPa36383520ISO527.2-2012 Elongation at break100%200200 1000 450ISO527.2-2012 Impact strengthkJ/m2505050-ISO179.1-2000 Densityg/cm2ISO1183-1-2004 Coefficient of thermal expansion10-5/13.211.716.0ISO175-2010 Water swelling100%ISO3104-1994 Extreme PV value (dry sliding)MPam/s4.646

4、.621.21 GB/T 3960-1983 Wear coefficient (dry sliding)cm3/Nm 3.810-92.210-94.710-9 GB/T 3960-1983 Friction coefficient Dry sliding0.20.2-0.25GB/T 3960-1983 Water lubrication 0.0450.2 m/s 5 GB/T 3960-1983 0.21.0m/ s 0.010.10.020.10.010.15 GB/T 3960-1983 1.07m/s 0.006 0.01 0

5、.008 0.02 0.006 0.01 GB/T 3960-1983 T / Dry -70118-70118-20142 Wet (water) -1570-1570-590 6 船舶艉轴承常见润滑方式 传统闭式油润滑艉轴承系统 主要结构：a.巴氏合金滑动轴承 b. 前密封装置 c. 后密封装置 d.润滑 油供油系统 e.艉轴承温度监控 7 船舶艉轴承常见润滑方式 传统闭式油润滑艉轴承系统构成： 1. 巴氏合金轴承 2. 艉管前密封（防止润滑液进入机舱舱底） 3. 艉管后密封（防止润滑液进入水域，防止外部水进入润滑系统） 4. 润滑系统（油柜、油泵、仪表、阀门、管路、液位自动控制等） 8

6、船舶艉轴承常见润滑方式 开式水润滑艉轴承系统构成： 1. 聚酯树脂轴承（成本考虑可选轴承金属外壳或玻璃钢外壳） 2. 艉管艏密封装置（多种类型可选，常用端面密封形式） 3. 艉轴轴套或耐磨涂层。4. 艉轴及艉管耐腐蚀处理（海水润滑） 9 船舶艉轴承常见润滑方式 闭式油润滑系统的优点和缺点： A.优点 1. 艉轴承工作于可控的润滑环境：没有泥沙，良好润滑。 2. 重载低速下容易建立润滑油膜，降低轴承磨损。 B.缺点 1. 后密封装置容易受外力失效，造成润滑油泄露，污染水体。 2. 白合金轴承承在边缘载荷（螺旋桨运转振动）作用下容易产生塑性 变形，造成轴承碎裂。同时破坏密封效果，造成润滑油泄露。

7、3. 润滑油在前、后密封处会发生渗漏。 4. 供油系统复杂，需要更多维护。 5. 润滑油长时间摩擦，粘度下降。润滑油漏水乳化。更换费用。 船东时刻承受艉轴管漏油的风险！以及带来的损失！ 10 船舶艉轴承常见润滑方式 传统艉轴承油润滑系统的环保性改造方案： 方案一：使用可生物降解润滑油的闭式系统 特点：简单、满足最新规范要求、漏油可能性依然存在，密封装置和 润滑油仍然需要成本维护、润滑油对生物的危害性？ 用合成材料代替白合金轴承，紧急情况下可以在短时间内使用低粘度 海水/淡水进行润滑。但是对流量有较高要求。 缺点：系统结构复杂，造价偏高，维护较复杂，内河对漏油的自清洁 能力很差。 方案二：闭式水

8、润滑系统 特点：水质、水量可控。不存在漏油污染的可能性。润滑系统跟油润 滑基本相同，润滑水流量要求高，需要强制润滑。 缺点：前、后密封装置润滑冷却效果较差，漏水严重。系统结构复杂 。对于海水润滑系统，艉轴需做防腐处理。因为水的粘度较低，轴承 重载时难以建立动态水膜，因此轴承压力不能过高。 11 船舶艉轴承常见润滑方式 方案三：开式水润滑系统 （对水质没有处理） 特点：该系统由高分子轴承、艉轴前密封、艉轴轴套、防腐涂层构成 ，结构简单，维护方便，无需复杂的润滑油供应系统，完全环保。 A. 高分子轴承材料的选择 水域泥沙含量少（远洋船舶）：NZ-PX，半圈水槽 水域泥沙含量较多（近海及内河船舶）：

9、NZ-PX，整圈水槽 水域泥沙含量很多：NZ-SMD，整圈水槽 常见其它材料的特点： 合成橡胶：耐磨粒磨损性能较好，适应轴系振动较好，低速重载易刮 擦磨损，难以加工安装，不方便维修更换。没有耐干摩擦能力。 酚醛层压板：承压能力强，硬度较高，泥沙对轴承和轴的表面容易刮 擦，轴系振动容易加速轴承磨损。 聚酰胺材料：价格便宜， 耐泥沙和轴系振动能力跟酚醛相似，干磨高 温易膨胀抱轴，高温易熔化。高蠕变，过盈安装后容易发生应力松弛 聚酯树脂：出色的弹性，恰当的硬度，低速，多泥沙，轴系振动下都 可以表现出色的耐磨性。高温难以熔化，水解降低抱轴风险。 12 船舶艉轴承常见润滑方式 用水润滑代替油润滑需注意：

10、 1. 由于高分子材料与金属材料的耐温能力不同，对润滑剂流量的要求 是不同的。水润滑的冷却水流量应不小于0.15x轴径(mm)，升/分钟。 2. 油的粘度较大，在油润滑条件下，金属轴承的低速接触摩擦系数更 低，重载时磨损很低。而高分子轴承水润滑时，应尽量避免长时间低 速重载下工作。增大轴径、增加轴承长度可以增加轴承承载面积，降 低轴承承压。艉管前轴承长径比L/D不应低于1，靠近螺旋桨轴承长径 比L/D为24左右。半圈水槽设计可以将轴承承压能力提高约一倍，轴 承可以在降低转速下建立动态润滑水膜，从而减小低速下轴承表面的 刮擦磨损。水润滑轴承的设计尺寸须经生产厂家计算校核，其承压及 工作转速应满足

11、相关工厂标准。半圈水槽设计不利于泥沙的排出，对 于内河或近海航行的船舶，由于水质较差，建议润滑水去除泥沙后再 提供给半圈水槽轴承使用。对于全水槽轴承，承压不超过0.4MPa，对 于半圈水槽轴承，静态承压不超过0.6MPa。 3. 密封方式：艉管前密封，多种方案可选，适用不同船型，不同工况 。 4. 轴套材料：海水C90500或10-2锡青铜，淡水多泥沙35-40Cr。红装 或HVOF喷涂 13 船舶艉轴承常见润滑方式 油润滑与开式水润滑系统的优劣性对比： 1. 轴承使用寿命 油润滑-闭式循环润滑-工况改善-轴承寿命长 （10年以上） 水润滑-开式非循环润滑-泥沙磨损轴承和轴套-轴承寿命依赖与摩

12、擦副 的耐磨性-轴承寿命（好的轴承材料预计5年左右，看泥沙含量和泥沙 成分）-采用润滑水净化装置能够大幅提高轴承耐磨寿命至10年以上 2. 艉轴振动对轴承寿命的影响 油润滑：轴承耐冲击振动差，易发生偏磨和碎裂 水润滑：聚酯材料弹性好，很好抵抗轴系冲击振动 3. 环保性 油润滑：会发生艉管漏油，环境污染带来各种处罚 水润滑：零污染 4. 系统使用维护 油润滑：润滑油的补充和更换，油温、油压和液位的监控 水润滑：润滑水流量的监控 5. 对船舶自重的影响：油润滑系统重量水润滑系统重量 14 水润滑系统与油润滑系统的应用现状 国际 大型船舶水润滑艉轴系统应用已经非常成熟、成功案例很多 内河环保要求严格

13、，绝大多数内河船舶采用水润滑方式 野生大闸蟹、亚洲鲤鱼泛滥事件被频繁公布 国内 已经有少量大型船舶在使用水润滑系统，主要原因是国际航线和处罚 。 内河及沿海水质泥沙较多，低成本国产橡胶、进口层压板和国产尼龙 类轴承在多泥沙高承压的工况下寿命普遍不高，成本上限制了水润滑 系统的应用。 各种污染物的排放和过度捕捞造成鱼类等经济资源的匮乏。 措施： 1. 加大污染治理力度、控制污染物的排放。 2. 野生水产品捕捞的限制和管理。 3. 中科院安高水润滑轴承使用寿命长，降低船东使用和维护成本。 15 从油润滑系统改造成水润滑系统 新造船：设计时间比较宽裕，多方（轴承厂家+船厂+设计院）联合提 供设计方案

14、，交船东和船检认可。据国外统计，水润滑系统造价不超 过油润滑系统的80%。 旧船改造：设计时间比较紧张，主要步骤如下： 1. 获取油润滑系统艉管布置图，了解原始结构。获取原船相关轴系计 算书，了解轴承工况，包括承压和转速。 2. 确认实际工况是否满足改造后的水润滑轴承要求。根据航行水域的 水质情况，决定采用何种形式的水润滑轴承（NZ-PX全水槽？NZ-PX 半水槽? NZ-SMD全水槽？） 3. 利用AUTOCAD和SOLIDWORKS等软件对水润滑系统进行设计， 尽量减少施工量。通常要考虑：轴承座孔的加工、轴套的设计、轴承 止动的设计、防腐材料的选择、密封装置的选择等等。 4. 改造方案经审

15、核批准后，开始相关物资的采购和加工工作。由船厂 制定施工计划，按期完工。 5. 系统组件的安装、调试和验收由生产厂家与船厂配合进行。 16 安高的不同等级产品 NZ-PN（蓝色） 用途：船舶螺旋浆轴轴承或类似工况 特点：半圈水槽结构设计增加轴承承压能力 低转速下容易建立润滑水膜，降低磨损 NZ-PX（白色） 用途：通用型。可用于船舶艉轴、舵、艉滚筒、水泵等 特点：整圈水槽结构设计容易排出泥沙 可用于泥沙含量较多的环境中 17 安高的不同等级产品 NZ-RN（黑色） 用途：舰船螺旋桨轴轴承 特点：出色的耐磨性能和耐温性能 NZ-SMD（复合型） 用途：水泵、内河船舶、近海船舶、挖泥船 特点：外层

16、红色材料硬度较大容易进行加工 内层黑色材料非常耐磨粒磨损 可用于泥沙含量较多的环境中 18 安高轴承供货形态 1. 圆筒毛坯 2. 板材-板条 A. 梯形板条 B. 成型板条 3. 圆筒成品 4. 圆筒半成品 5. 分半型/开口型圆筒成品 6. 带轴承座的装配体成品/半成品 19 水润滑滑动轴承知识水润滑滑动轴承知识 1.常见的高分子滑动轴承材料：橡胶、尼龙、酚醛树脂、PTFE、 UHMWPE等 2.高分子滑动轴承的主要应用： a. 水泵 b. 船舶或水下航行器的螺旋桨轴轴承 c. 舵杆轴承和舵销轴承 d. 甲板机械、工程机械、潮汐能发电 e. 水轮机主轴轴承、导叶及连杆轴承 设计时需要考虑：

17、设计时需要考虑： 工作温度、工作压力、轴的转速、润滑工作温度、工作压力、轴的转速、润滑/冷却方式、摩擦副材质等冷却方式、摩擦副材质等 20 典型的船舶水润滑艉管总图典型的船舶水润滑艉管总图 21 艉轴轴承艉轴轴承/ /水泵轴承的一些设计方案水泵轴承的一些设计方案 22 一些水润滑轴承设计的基本知识 1. 水槽的作用 润滑、冷却、排污 2. 轴承铜套壁厚的确定 3. 轴套的设计标准 4. 关于艉管轴承间距 5. 半圈水槽和全水槽的选择 6. 长径比L/D的认可 7. 轴承材料强度和硬度对耐磨粒磨损性能的影响 8. 粘接磨损对橡胶轴承的影响 23 轴承安装方式轴承安装方式 过盈安装过盈安装 过盈安

18、装：轴承外径 座孔内径 过盈的目的：防止轴承在座孔中松动。特别是环境温度下降时，轴承 尺寸会变小，不足的过盈力可能导致轴承在座孔中松动并旋转 过盈量与环境温度的关系 24 轴承安装方式轴承安装方式 过盈安装过盈安装 过盈量与壁厚的关系： 壁厚减小会导致过盈力减小，需要 增大过盈量。 25 轴承安装方式轴承安装方式 过盈安装过盈安装 过盈引起的内径收缩 理论A：横截面积不变 理论B：长度增加、横截面积减小 从保证轴承运转的安全性考虑及实验数据，安高采用理论A作为计算 内径收缩量的理论基础 26 轴承安装方式轴承安装方式 过盈安装过盈安装 径向安装间隙=最小运转间隙+温涨间隙+水涨间隙 最小运转间

19、隙与轴径的关系曲线 温涨间隙=温涨系数*2*壁厚*（最高工作温度-环境温度） 水涨间隙=水涨系数*2*壁厚 轴向安装间隙=温涨间隙+水涨间隙 温涨间隙=温涨系数*座孔长度* （最高工作温度-环境温度） 水涨间隙=水涨系数*座孔长度 27 轴承安装方式轴承安装方式 过盈安装过盈安装 外径加工尺寸=座孔内径+过盈量 内径加工尺寸=轴径+内径收缩量+最小安装间隙 1. 可以通过减小壁厚的方法来减小内径安装间隙 需要增加过盈量 或者 将高分子材料粘接在座孔中 2. 为了保证精确的安装间隙，如条件允许，可以在轴承安装后精加工内孔。 对内孔材料加工会影响轴承过盈力，需要控制加工量 (5% of W.T.)

20、 3. 轴承尺寸（外径、内径和长度）会随着温度而变化。宝高公司会根据不同的加工 车间温度，确定不同的轴承加工尺寸。轴承外径和壁厚对正确的过盈力和安装间隙 非常重要！ 4. 温度过热会导致轴承松脱！轴承过盈安装后避免进行高温作业，如浇注环氧树脂。 28 轴承安装方式轴承安装方式 过盈安装过盈安装 轴承的过盈安装方法： 1.液氮/干冰冷冻 2.压力安装 轴承的取出方法： 1.冷冻 2.压力 3.燃烧破坏 4.轴向切槽 29 轴承安装方式轴承安装方式 粘接安装粘接安装 1.专用胶水保证轴承与金属之间良好的粘接强度 2.胶层厚度：0.3mm-0.5mm 3.粘接后需要控制环境温度，胶水固化中剧烈降温会

21、导致轴承脱离座孔 4.对于内径安装间隙高的轴承，可以粘接后对内孔进行加工 5.粘接的缺点：不利于轴承更换维修 30 安高轴承使用条件安高轴承使用条件 1.冷却水流量要求：0.15升 x 轴径(mm) / 分钟 2.水温要求：Max. 60 ，建议45 3.干运转时间：不超过2分钟，具体参照PVT曲线 4.船级社认可艉轴应用最大承压1.2MPa，厂家建议0.6MPa 5.船级社认可舵轴应用最大承压11MPa。 31 不同材料滑动轴承优劣对比 橡胶（硫化在金属套筒中） 优点：良好的耐磨性（磨粒磨损） 缺点： 1.内部橡胶材料难以机械加工，通常需要特殊定制。 2.交货时间长，需要提前订货或者购买备件

22、。 3.摩擦系数高，高蠕变，低速下耐磨性差（粘接磨损），噪音大。 4.承压能力低，用作艉轴承需要按L/D=4：1设计。 5.维修更换时，需要将橡胶连同金属外壳一起取出来，腐蚀造成难以取出。 6.长时间不用，橡胶会对轴产生腐蚀，特别是不锈钢轴。 7.长时间使用，橡胶会硬化碎裂，还会老化。 常见品牌: Duramax, USA / Morse Bearings, USA / Icon Polymer UK / Gumeta, Germany / KEMEL, Japan 32 不同材料滑动轴承优劣对比 酚醛树脂层压板 优点：高抗压强度、容易加工、低成本、耐温性好（最高到188） 缺点： 1.耐磨性

23、差 2.刚度大，弹性差，因船体变形产生的边缘载荷会造成轴的损坏 3.加工时产生大量粉尘，危害身体健康 4.弹性差，船舶重载时轴承可能发生碎裂 5.干摩擦或低速边界润滑状态下，对轴的磨损较大 常见品牌: Orkot, UK and USA / Railko, UK / ACM, UK / Tenmat, UK Tufnol, UK / Micarta, USA 33 不同材料滑动轴承优劣对比 热塑性塑料 优点：便宜、与普通塑料相比耐磨性较好、吸水率低 缺点： 1.比安高材料耐磨性差。 2.弹性差，容易碎裂。 3.在水中的摩擦系数高相对较高。 4.通常需要采用机械方式固定。 常见品牌: Vesco

24、nite, South Africa / Tufclad Moly, Australia 34 不同材料滑动轴承优劣对比 尼龙6 （其它名称：聚己内酰胺；NYLON6; PA-6; 卡普隆） 优点：价格便宜、容易加工、技术简单、购买渠道多 缺点： 1.材料高塑性，低弹性，耐泥沙磨损性能差，边缘载荷容易造成过度磨损。 2.吸水率高，安装间隙大 3.尼龙材料高蠕变会导致过盈安装后，过盈力会逐渐消失，轴承松脱。 4.尼龙材料是热塑性塑料，高温下会熔化再固化，包在轴上导致轴系问题。 常见品牌: 国产品牌 35 不同材料滑动轴承优劣对比 赛龙 三维交叉结晶热固性树脂 优点：出色的耐磨性、良好的弹性、全球

25、供货及服务、大量的使用业绩 缺点： 1.价格高，特别是紧急供货时，库存尺寸规格有限，浪费量较大 2.干运转能力较低 常见品牌: Thordon， Canada 36 回顾安高水润滑高分子轴承的优点 安高是一种材料成分及分子结构类似于进口赛龙的材料 1.出色的耐磨损性能（实验数据不低于赛龙各对应等级） 2.更加出色的耐干摩擦性能（与赛龙对比试验视频） 3.高弹性和高韧性（数据优于赛龙，更适应轴系振动和边缘载荷） 4.价格竞争力强 5.交货快。工厂生产+库存供货 6.中科院对重点项目提供技术支持，可以进行模拟试验和仿真计算。 7.宝高公司有二十年销售及安装水润滑轴承的经验，提供工程设计支持和 现场

26、服务。 8.安旨公司和宝高公司都通过ISO9001质量体系认证。安高产品获得12项 发明专利，具有自主知识产权。 37 国产水净化装置- 离心原理去除泥沙 38 1.海水供应泵 2.离心式固液分离器 3.流量开关 4.电控箱 5.排污阀 6.其它阀门、管路及框架等 说明：图示装置为双泵双分 离器系统，提供流量显示报警 、自动定时排污、一用一备等 功能，成本考虑可简化为单分 离器系统或去除监控功能。 国产水净化装置- 离心原理去除泥沙 润滑水净化后， 1. 大幅降低水中泥沙的含量，提高轴承的耐磨性。 2. 允许轴承进行半圈水槽设计，提高轴承的承压能力，即在较低的线 速度下建立动态润滑水膜，降低轴

27、承磨损率，使得用低粘度的水润滑 系统代替高粘度的油润滑系统更为可行。 39 安高轴承使用业绩 大连中远修船项目更换舵轴承 曾用材料：Feroform飞龙 安装方式：Belzona粘接 船东/船名：新加坡/COS INTREPID 安装日期：2016年1月3日 40 安高轴承使用业绩 长航南京油运紫金山船厂修船更换艉轴承 曾用材料：Thordon XL 赛龙，申龙 安装方式：过盈干冰冷冻 船东/船名：大连集发600TEU/集发渤海 安装日期：2016年4月5日 工作水域：长江+近海 41 安高轴承使用业绩 南通中远艉轴承更换 曾用材料：Thordon XL赛龙 安装方式：过盈冷冻 船东/船名：南通中远船厂/远通3号拖轮 安