尾轴接地装置日常必须加强维护,按要求经该装置放电后,尾轴对地电压不能超过80mv,日常管理中基本不会让它超过30mv。如果电势太高最直观的破坏是尾轴尾密封接触面腐蚀严重,主机轴瓦拆检时看到的电腐蚀麻坑,持续恶化会导致抱轴,甚至引发曲柄箱爆炸。所以对该设备必须谨慎对待。
尾轴电势的来源:
1. 电磁感应(最主要的来源):
原理: 船舶作为一个巨大的金属体,航行时会切割地球磁场(地磁场)的磁力线。根据法拉第电磁感应定律,运动的导体在磁场中切割磁力线会产生感应电动势(电压)。
形成回路: 螺旋桨、尾轴、中间轴、主机曲轴、推力轴承、主轴承、船体本身构成了一个巨大的导电回路。这个回路恰好可以成为感应电流的路径。
电流路径: 感应电流会尝试在这个金属回路中流动。理想的路径应该是低电阻的连续金属连接。然而,在轴系中,存在关键的非连续点:
轴承油膜: 主轴承、推力轴承、特别是尾管轴承(通常是白合金轴承)的润滑油膜是不良导体(高电阻)。
齿轮啮合: 如果存在减速齿轮箱,齿轮齿面间的油膜接触点也是高电阻点。
海水密封件: 尾轴管前后的密封(如橡胶唇式密封、机械密封)与轴或海水之间也形成高电阻。
电压差与放电: 当感应电动势足够大时,它会“寻找”电阻更低的路径返回。如果尾轴放电系统(接地碳刷)工作良好,电流会优先通过低电阻的接地电缆流回船体(大地)。如果放电系统失效或电阻过高,感应电流就会被迫“击穿”上述高电阻点(如轴承油膜、密封件)形成微小的放电(电火花),流回船体。这种放电就是造成电化学腐蚀(电蚀) 的元凶。
2. 电化学腐蚀电池效应:
原理: 螺旋桨(通常是铜合金,如镍铝青铜、锰青铜)浸在海水中,尾轴(通常是高强度钢)通过尾管轴承(金属或非金属)和密封件与船体(钢)相连。海水是良好的电解质。
形成原电池: 不同金属(螺旋桨、钢轴、钢船体)在电解质(海水)中接触,由于金属的电极电位不同,会形成原电池。
电流: 在这个电池中,电位较负的金属(如钢轴)成为阳极被腐蚀,电位较正的金属(如铜合金螺旋桨或钢船体)成为阴极受到保护。这就产生了持续的微小直流电流,在轴系-船体回路中流动。虽然通常电流较小,但长期作用也会造成腐蚀,特别是如果尾轴放电系统不能有效释放这部分电流。
3. 静电积累(次要来源):
来源: 高速旋转的轴系(尤其是通过非金属轴承或密封件时)与周围介质的摩擦,或者油液在系统中的流动摩擦,可能产生静电荷积累。
放电: 积累的静电荷达到一定程度后,可能通过轴系对地(船体)放电。虽然不如前几种来源常见和显著,但在特定工况下也可能成为问题。
总结来说,尾轴上的“电”主要来自:
(最主要)电磁感应: 船体切割地磁场在轴系-船体回路中产生感应电动势/电流。
(常见且危险)杂散电流: 船上电气设备绝缘故障、接地问题、变频器干扰等产生的泄漏电流流入轴系。
(长期作用)电化学腐蚀电池: 不同金属(螺旋桨-轴-船体)在海水电解质中形成原电池电流。
(次要)静电积累: 旋转摩擦或流体摩擦产生的静电荷。
尾轴放电系统的核心作用,就是为这些来源的电流(尤其是前两种)提供一个主动、可靠、极低电阻的“高速公路”(接地电缆),让电流顺畅地流回船体(大地)。 这样就避免了电流被迫去“走小路”——击穿高电阻的轴承油膜、齿轮接触点或密封件,从而有效防止这些关键部件因电蚀而损坏。定期维护放电系统(保持碳刷接触良好、滑环清洁、接地电阻极小)是确保其发挥保护作用的关键。
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船舶关键设备-尾轴接地装置
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