บุชชิ่งคาร์บอนกราไฟต์หล่อลื่นด้วยน้ำสำหรับเพลาส่งกำลังเรือ: ทางออกสำหรับการกัดกร่อนจากน้ำทะเลและการกัดกร่อนจากตะกอน

บุชชิ่งเพลาก้านท้ายใบพัดเรือเดินทะเลเป็นส่วนประกอบสำคัญของระบบส่งกำลังของเรือ; ประสิทธิภาพของมันเกี่ยวข้องโดยตรงกับความปลอดภัยในการเดินเรือ บุชชิ่งทองแดงอัลลอยแบบเดิมสึกหรออย่างรวดเร็วภายใต้สภาพน้ำทะเลและตะกอน และต้องเข้าซ่อมบำรุงในอู่เรืออย่างสม่ำเสมอเพื่อเปลี่ยนใหม่ ด้วยข้อดีด้านความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานการกัดกร่อน การหล่อลื่นตัวเอง และไม่มีมลพิษจากน้ำมัน บุชชิ่งคาร์บอนกราไฟต์หล่อลื่นด้วยน้ำจึงกลายเป็นทางเลือกที่เหมาะสมแทนบุชชิ่งทองแดง บทความนี้อิงจากประสบการณ์การใช้งานของ Huahao Sealing ในหลายอู่เรือ เพื่อแนะนำจุดสำคัญในการเลือกบุชชิ่งคาร์บอนกราไฟต์หล่อลื่นด้วยน้ำ

1. ลักษณะการใช้งาน

1.1 พารามิเตอร์การใช้งานทั่วไป

• สื่อกลาง: น้ำทะเล (ความเค็ม 3.0-3.8% NaCl, pH 7.5-8.4) + ตะกอน (ปริมาณตะกอน 0.1-1.0 กก./ม³, สูงสุด 5 กก./ม³ ที่ปากแม่น้ำแยงซี)
• ความเร็ว: 2-14 น็อต (1-7 ม./วินาที) ความเร็วเชิงเส้นของเพลาก้านท้าย 3-15 ม./วินาที
• โหลด: แรงดันใบพัด + น้ำหนักเพลาก้าน + แรงกระตุ้นจากใบพัดที่ไม่สมดุล ความดันเฉพาะ 0.5-2.0 MPa
• อุณหภูมิ: น้ำทะเล 0-35℃ เรือชายฝั่งสูงสุด 40℃

1.2 รูปแบบความเสียหาย

สถิติความเสียหายของบุชชิ่งดีบุกบรอนซ์ทั่วไป (ZCuSn10P1): การสึกหรอจากการขัดถูของตะกอน (55%, ความลึกร่อง 1-3 มม.), การกัดกร่อนทางไฟฟ้าเคมีในน้ำทะเล (25%, หลุมกัดกร่อน 2-5 มม.), การหล่อลื่นไม่ดีทำให้เพลาก้านติดขัด (15%), รอยแตกจากความเมื่อยล้า (5%) อายุเฉลี่ย 1-1.5 ปี ต้องเปลี่ยนทุก 2 ปีในอู่เรือโดยมีค่าใช้จ่าย 200000-500000 หยวนต่อครั้ง

2. การเลือกวัสดุ

2.1 คาร์บอนกราไฟต์อัดซึมด้วยเรซินอีพ็อกซี่

สำหรับบุชชิ่งหล่อลื่นด้วยน้ำทะเลในงานทางทะเล นิยมใช้คาร์บอนกราไฟต์อัดซึมด้วยเรซินอีพ็อกซี่รุ่น M106K โดยมีคุณสมบัติสำคัญดังนี้:

• ความคงตัวในน้ำทะเล: แช่ในสารละลาย NaCl 3.5% เป็นเวลา 3000 ชั่วโมง น้ำหนักเปลี่ยนแปลงน้อยกว่า 0.1% และไม่มีการบวมตัว
• หล่อลื่นตัวเอง: หลังฟิล์มน้ำแตก (เช่น กรณีเรือชนพื้นหรือช่วงเริ่มต้นเดินเครื่อง) ยังสามารถวิ่งแห้งได้ 30 นาทีโดยไม่ติดคอเพลา ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำกว่า 0.3
• ความต้านทานการสึกหรอ: อัตราการสึกหรอบริเวณตะกอน 0.03-0.05 มม./1000 ชม. ซึ่งต่ำกว่าทองแดงอัลลอย 1/5-1/8 เท่า
• ปราศจากน้ำมันและมลพิษ: ใช้น้ำทะเลเป็นตัวหล่อลื่น ไม่มีการใช้หรือน้ำมันหล่อลื่นและไม่มีการปล่อยสารมลพิษ ตรงตามข้อกำหนดของอนุสัญญา MARPOL

เมื่อเทียบกับคาร์บอนกราไฟต์อัดซึมด้วยฟีนอลิก อีพ็อกซี่มีความคงตัวในน้ำทะเล (pH 8) ดีกว่า เนื่องจากฟีนอลิกจะไฮโดรไลซ์ในสภาพด่างอ่อน และเมื่อเทียบกับคาร์บอนกราไฟต์อัดซึมด้วยฟูราน ฟูรานทนอุณหภูมิสูงกว่าแต่มีต้นทุนสูงกว่า อีพ็อกซี่จึงเป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าที่สุดสำหรับงานในน้ำทะเลทั่วไป

2.2 ชนิดเสริมแรงด้วยเส้นใยคาร์บอน

สำหรับเพลาหางเรือที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 300 มม. หรือเรือขนาดใหญ่ (เช่น เรือบรรทุกน้ำมัน เรือบรรทุกสินค้ากระสอบ) แนะนำใช้ M106H-CF (คาร์บอนกราไฟต์อัดซึมด้วยอีพ็อกซี่เสริมแรงด้วยเส้นใยคาร์บอน) โดยมีคุณสมบัติ:

• ความต้านทานแรงอัด: 180 → 280 MPa (+56%)
• ความต้านทานแรงกระแทก: 0.8 → 1.2 J/cm² (+50%)
• ต้นทุนเพิ่มขึ้นประมาณ 25% แต่ระยะเวลาการใช้งานยาวนานขึ้น 30-50%

2.3 วัสดุเพลาคู่กัน

เพลาหางเรือควรเคลือบด้วยสแตนเลส 316L หรือเคลือบด้วยอัลลอยฐานโคบอลต์ (Stellite 6) โดยมีความแข็งเกิน HV 350 หลีกเลี่ยงการใช้เพลาคาร์บอนธรรมดาเนื่องจากเกิดสนิมจากน้ำทะเลและการสึกหรอจากตะกอนได้ง่าย

3. การออกแบบโครงสร้าง

3.1 โครงสร้างช่องน้ำแบบ 3 ปุ่ม/6 ปุ่ม

บุชชิ่งหล่อลื่นด้วยน้ำใช้โครงสร้างแบบปุ่ม โดยฝังแถบกราไฟต์ลงในเมทริกซ์ยาง (หรือเมทริกซ์โลหะพร้อมชั้นยางกันสั่นสะเทือน) ซึ่งจะประกอบด้วยแถบกราไฟต์รับแรงสลับกับช่องน้ำ:

• แบบ 3 ปุ่ม: เหมาะสำหรับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า 200 มม. โครงสร้างเรียบง่าย
• แบบ 6 ปุ่ม: เหมาะสำหรับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 300 มม. มีอัตราส่วนช่องน้ำ 40% รับแรงอย่างสม่ำเสมอ
• อัตราส่วนช่องน้ำ: 35-45% หากสูงเกินไปจะขาดพื้นที่รับแรง หากต่ำเกินไปจะล้างตะกอนไม่สะอาด
• ความกว้างแถบกราไฟต์: 20-30 มม. ควบคุมความดันเฉพาะต่ำกว่า 1.0 MPa

3.2 ทางเดินน้ำตามแนวแกน

มีร่องน้ำเกลียวตามแนวแกน 1-2 ร่อง (ลึก 5-8 มม.) บนผนังด้านในของบุชชิ่ง เพื่อชี้นำให้น้ำทะเลไหลเข้าจากปลายด้านหน้าและไหลออกจากด้านหลัง สร้างการระบายความร้อนและล้างตะกอนอย่างต่อเนื่อง ความเร็วการไหล 0.5-1.0 ม./วินาที เพื่อป้องกันการตกตะกอน

3.3 ชั้นยางกันสั่นสะเทือน

มีชั้นยางสไตรีน-บิวทาไดอีน (SBR) หนา 3-5 มม. ระหว่างแถบกราไฟต์กับเมทริกซ์โลหะ เพื่อดูดซับแรงสั่นสะเทือนจากใบพัดและการบิดตัวของตัวเรือ ป้องกันการแตกหักของแถบกราไฟต์ที่เปราะ

4. จุดที่ต้องระวังในการติดตั้งและจัดแนว

4.1 การอัดแหวนซีลเข้าที่

• ทำความเย็นแถบกราไฟต์ด้วยน้ำแข็งแห้งจนอุณหภูมิ -40 ถึง -30℃ เพื่อให้หดตัวก่อนอัดเข้าที่ในตัวเรือนบุชชิ่ง โดยมีพิกัดความเผื่อ 0.08-0.12 มม.
• ห้ามใช้ค้อนทุบแถบกราไฟต์โดยตรง ต้องรองหน้าสัมผัสรับแรงด้วยแผ่นไม้
• ปลายแถบกราไฟต์ต้องเสมอกับตัวเรือนบุชชิ่ง โดยมีพิกัดความเผื่อ ±0.2 มม.

4.2 การจัดแนวเพลาหางเรือ

• ความคลาดเคลื่อนของหน้าแปลนเพลาไม่เกิน 0.05 มม. การโก่งตัวไม่เกิน 0.05 มม./ม.
• ขนาดรูบุชชิ่งใหญ่กว่าเพลาหางเรือ 0.6-1.0 มม. (ช่องว่างเส้นผ่านศูนย์กลาง) เพื่อให้มีความหนาฟิล์มน้ำ
• ทดลองเดินเครื่อง 2 ชั่วโมง ตรวจสอบอุณหภูมิไม่เกิน 20℃ และไม่มีเสียงผิดปกติ

5. กรณีศึกษาของ Huahao Sealing

เรือบรรทุกสินค้าขนาด 25000 DWT ของบริษัทเดินเรือแห่งหนึ่ง (เส้นผ่านศูนย์กลางเพลาหาง 340 มม. ความยาวเพลา 12 ม. กำลังไฟฟ้าระบุ 3000 กิโลวัตต์) เดิมใช้บุชชิ่งบรอนซ์ดีบุกที่มีอายุการใช้งานเฉลี่ย 1.5 ปี โดยแต่ละครั้งที่เปลี่ยนในระหว่างการขึ้นซ่อมแห้งมีค่าใช้จ่ายประมาณ 350000 หยวนจีน (รวมค่าท่าเรือ ค่าแรง และอะไหล่) หลังจากเปลี่ยนมาใช้แบริ่งบุชชิ่งคาร์บอนกราไฟต์เสริมใย M106H-CF แบบ 6 ปีก พร้อมด้วยการเคลือบ Stellite 6 บนเพลาหางในปี 2018 จนถึงปี 2026 เรือได้ใช้งานมาเป็นเวลา 8 ปี มีระยะทางสะสม 480000 ไมล์ทะเล โดยการตรวจสอบพบการสึกหรอเพียง 0.25 มม. อายุการใช้งานที่คาดว่าจะเหลืออยู่ประมาณ 5-6 ปี ต้นทุนการบำรุงรักษาสะสมในช่วง 8 ปีลดลงประมาณ 2800000 หยวนจีน พร้อมทั้งขจัดความเสี่ยงจากการรั่วไหลของน้ำมันหล่อลื่น

หัวใจของการเลือกใช้: เส้นผ่านศูนย์กลางเพลา/ภาระงานกำหนดเกรดวัสดุ (งานหนักเลือกชนิดเสริมใย CF) ปริมาณตะกอนกำหนดอัตราส่วนน้ำในห้องน้ำ (ตะกอนสูงเลือก 40-45%) สภาพแวดล้อมน้ำทะเลกำหนดชนิดของการอัดซึม (อีพ็อกซี่ทนต่อความเป็นด่างอ่อนของน้ำทะเล)