張銘

（中石化石油工程有限公司上海船舶分公司，上海 200000）

某輪船齒輪箱機(jī)帶泵吸口管路系統(tǒng)改造

張銘

（中石化石油工程有限公司上海船舶分公司，上海 200000）

某輪船2013年12月發(fā)生停車事故，管理維修人員對(duì)該齒輪箱進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)齒輪箱機(jī)帶泵齒輪存在磨損問題。本文針對(duì)該故障問題，對(duì)齒輪箱結(jié)構(gòu)及齒輪機(jī)帶泵部件功能進(jìn)行分析，總結(jié)了機(jī)帶泵轉(zhuǎn)向的確定方法、齒輪磨損原因及其解決方案。

齒輪箱機(jī)帶泵；齒輪機(jī)帶泵；轉(zhuǎn)向；蓄油器

1 一般概況

某輪船是2012年11月出廠的一艘平臺(tái)多用途工作船舶，可滿足中、深海油氣勘探開發(fā)作業(yè)的起拋錨、拖航等各項(xiàng)服務(wù)及全球無限航區(qū)作業(yè)等任務(wù)，是一艘技術(shù)先進(jìn)、節(jié)能環(huán)保的多用途的新型海上平臺(tái)工作船。自該輪出廠投入營(yíng)運(yùn)后，多次發(fā)生齒輪箱機(jī)帶泵齒輪磨損故障。2013年12月初船舶在南海執(zhí)行平臺(tái)供油任務(wù)時(shí)發(fā)生主機(jī)自動(dòng)停車事故，當(dāng)時(shí)作業(yè)環(huán)境中涌浪高達(dá)4米。突發(fā)停車事故無疑嚴(yán)重威脅到了船員的生命財(cái)產(chǎn)安全，后船員換用備用泵化解危急情況。重申該突發(fā)停車事故發(fā)現(xiàn)故障問題出現(xiàn)在齒輪箱機(jī)帶泵磨損問題上，結(jié)合以往該輪運(yùn)行時(shí)齒輪箱機(jī)帶泵齒輪磨損故障情況，設(shè)備管理人員認(rèn)識(shí)到調(diào)整齒輪箱機(jī)帶泵內(nèi)部構(gòu)造、解決機(jī)帶泵齒輪好磨損問題刻不容緩。齒輪箱機(jī)帶泵齒輪磨損故障不單單增加了該輪營(yíng)運(yùn)成本，更是為船舶航行埋下安全隱患。為了提高輪船運(yùn)營(yíng)的安全性，設(shè)備管理人員組成技術(shù)攻關(guān)人員，上船實(shí)地勘驗(yàn)，核實(shí)故障成因并提出解決措施。

通過對(duì)以往故障觀察記錄發(fā)現(xiàn)，該輪故障出現(xiàn)頻率具有時(shí)間規(guī)律，平均每運(yùn)行4000h時(shí)即出現(xiàn)齒輪箱機(jī)帶泵損壞故障。該其內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)主機(jī)，左右機(jī)轉(zhuǎn)向相反，并配有兩套齒輪箱裝置，主機(jī)與螺旋槳之間靠齒輪箱進(jìn)行動(dòng)力傳遞和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換。在設(shè)備運(yùn)行前，依靠齒輪箱備用滑油機(jī)帶泵對(duì)齒輪箱中的部件進(jìn)行充油潤(rùn)滑，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到440RPMss，帶滑油機(jī)帶泵壓力達(dá)到3～4bar時(shí)，備用泵自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)機(jī)身自動(dòng)調(diào)整為齒輪箱機(jī)帶泵進(jìn)行充油潤(rùn)滑。

2 齒輪箱結(jié)構(gòu)分析

該輪配有兩臺(tái)主機(jī)，均為MAK公司生產(chǎn)，機(jī)型為V型，型號(hào)為12M32C，額定轉(zhuǎn)速為750RPM，推進(jìn)系統(tǒng)為變距槳。主機(jī)動(dòng)力經(jīng)齒輪箱離合器的脫開與合上傳送給中間軸及螺旋槳。齒輪箱為Scana公司生產(chǎn)，型號(hào)為EACG/980/PF700-1。從該機(jī)動(dòng)力輸出端向自由端看，左機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，右機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)二者受齒輪箱內(nèi)傳動(dòng)系統(tǒng)作用后，螺旋槳轉(zhuǎn)向和軸帶發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)向都調(diào)整為與主機(jī)轉(zhuǎn)向相反的方向旋轉(zhuǎn)。備車時(shí)應(yīng)首先啟動(dòng)備用滑油機(jī)帶泵對(duì)齒輪箱進(jìn)行預(yù)潤(rùn)滑，待離合器合上后，由機(jī)帶泵完成滑油的供給。

3 齒輪箱機(jī)帶泵分析

該輪船所配齒輪箱機(jī)帶泵為外嚙合直齒輪機(jī)帶泵，由美國(guó)Parker公司生產(chǎn)，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)后完成齒輪箱潤(rùn)滑油和伺服油的供給。

3.1 卸荷槽

為避免困油現(xiàn)象引起的噪聲和振動(dòng)，該齒輪機(jī)帶泵采用單卸荷槽法，即只在排油側(cè)開設(shè)偏向中心線的卸荷槽，使封閉容積存在期間始終與排油卸荷槽連通。當(dāng)齒輪機(jī)帶泵與吸油腔相通時(shí)正好脫離卸荷槽。Paerker所產(chǎn)機(jī)帶泵的單卸荷槽開在了浮動(dòng)軸套上，這種情況對(duì)機(jī)帶泵的安裝有固定要求，不能隨意反轉(zhuǎn)安裝，否則將使困油現(xiàn)象加重，加大設(shè)備的振動(dòng)與噪音，不僅降低機(jī)帶泵的機(jī)械效率，還影響理論設(shè)備的使用壽命。

3.2 徑向力受力裝置

齒輪機(jī)帶泵工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生徑向力使機(jī)帶泵軸彎曲，導(dǎo)致齒頂壓向機(jī)帶泵腔的低壓端，產(chǎn)生偏磨，進(jìn)而加速軸承的磨損，大大降低軸承使用壽命。油液作用在齒輪外緣的壓力不均勻，導(dǎo)致頂間隙漏泄，齒輪外周的液體壓力是從排出腔到吸入腔逐漸降低，而從低壓腔到高壓腔，外周液體壓力又沿齒輪旋轉(zhuǎn)的方向逐齒遞增。這種情況導(dǎo)致主、從動(dòng)齒輪所承受液體壓力的合力徑向力方向不同，從動(dòng)齒輪的徑向力較大。齒輪機(jī)帶泵工作時(shí)機(jī)帶泵軸受徑向力會(huì)使機(jī)帶泵軸彎曲變形，軸承徑向負(fù)荷加大，造成齒頂和機(jī)帶泵體內(nèi)壁的摩擦。為了減小徑向力的影響，提高軸承的壽命，勘探225輪齒輪箱機(jī)帶泵所采用的是在浮動(dòng)軸套（端蓋）上開設(shè)壓力平衡槽。由于槽的位置延伸到了吸入側(cè)，引向壓力平衡槽壓力較高的排油側(cè)的油會(huì)流向吸入側(cè)，從而抵消部分排油側(cè)帶來的徑向力，以平衡兩側(cè)壓力。

3.3 軸頸潤(rùn)滑裝置

該輪主、從動(dòng)齒輪兩端軸頸的支撐依靠襯套，其設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)在于沒有活動(dòng)件，在齒輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)更平穩(wěn)。其后端蓋靠近排出側(cè)開有油孔，壓力較高的油液從兩軸頸襯套旁出油小孔流到主齒輪軸頸與密封環(huán)間的腔室內(nèi)，經(jīng)腔室中間油孔流向從動(dòng)齒輪，使得后端蓋的主、從動(dòng)襯套都能得到持續(xù)潤(rùn)滑。從動(dòng)齒輪沿軸心開有貫通油孔，從而使壓力油能夠繼續(xù)流向前端蓋軸頸。油液經(jīng)主齒輪軸頸襯套內(nèi)側(cè)油孔到達(dá)主動(dòng)齒輪的前端軸頸處，最終經(jīng)外側(cè)油孔流回機(jī)帶泵腔。倘若機(jī)帶泵反轉(zhuǎn)運(yùn)行，則兩側(cè)軸頸會(huì)因缺少油液造成干磨，導(dǎo)致設(shè)備劇烈損壞。

3.4 軸向間隙補(bǔ)償裝置

當(dāng)齒輪機(jī)帶泵排放壓力較高時(shí)，僅靠提高加工精度和裝配質(zhì)量來減少齒輪機(jī)帶泵的密封間隙還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因?yàn)樵诟哂蛪旱淖饔孟露松w會(huì)變形，導(dǎo)致端面間隙增大，入氣產(chǎn)生磨損。因此高壓齒輪機(jī)帶泵需采用液壓間隙補(bǔ)償裝置。本輪齒輪箱機(jī)帶泵采用軸向間隙補(bǔ)償裝置，其基本原理是通過在齒輪端面與機(jī)帶泵體間夾設(shè)浮動(dòng)原件，工作時(shí)將排出的壓力油引至該元件的外側(cè)，使作用在浮動(dòng)原件外側(cè)向內(nèi)的液壓力稍大于浮動(dòng)件內(nèi)側(cè)向外的液壓力，致浮動(dòng)元件在機(jī)帶泵工作時(shí)能夠貼靠在齒輪端面，自動(dòng)補(bǔ)償齒輪端面處的磨損，保持軸向的間隙始終在很小的數(shù)值范圍內(nèi)。

4 機(jī)帶泵安裝時(shí)轉(zhuǎn)向的分析確定

為了避免混淆主機(jī)部件，降低部件安裝難度，生產(chǎn)廠家在左右主機(jī)的機(jī)帶泵上標(biāo)明了左右標(biāo)記，且左右方向機(jī)帶泵采用不同型號(hào)備件，與主機(jī)匹配吻合，不能混用。當(dāng)在特殊情況下，需要交換左右主機(jī)整體或部分部件時(shí)，必須要根據(jù)上述結(jié)構(gòu)確定機(jī)帶泵的轉(zhuǎn)向，不能裝錯(cuò)。該輪齒輪箱機(jī)帶泵的吸口均在左側(cè)，出口均在右側(cè)。Parker公司生產(chǎn)的此型號(hào)主機(jī)后端蓋主軸徑襯套處有進(jìn)出兩個(gè)油孔，前端蓋配有從外界注油潤(rùn)滑孔并與從動(dòng)軸后端蓋軸承處相通。

從上述兩個(gè)位點(diǎn)可以確定主動(dòng)軸及其轉(zhuǎn)向，進(jìn)而可以判斷準(zhǔn)確的安裝位置。轉(zhuǎn)向分析如表1。

由于齒輪機(jī)帶泵后端蓋主軸徑襯套處的油孔等設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及吸排口廠家設(shè)計(jì)位置的特殊性，在通常情況下左右兩側(cè)的機(jī)帶泵不能交換或者組裝使用。

5 故障解決對(duì)策

5.1 齒輪機(jī)帶泵損壞的原因分析及處理對(duì)策

（1）成因類型。①前后端蓋接觸面密封不好而吸入空氣。這種情況發(fā)生需在前后端蓋接觸面涂敷環(huán)氧樹脂，更換密封墊恢復(fù)密封性。②機(jī)帶泵軸靠密封圈行油封，由于長(zhǎng)時(shí)間使用使其唇部拉傷、老化，導(dǎo)致密封不良，進(jìn)入空氣雜質(zhì)。這種情況只更換新油封即可，注意新油封朝向。③吸口濾器堵塞，導(dǎo)致吸油阻力增加而吸入空氣或因油中污物進(jìn)入機(jī)帶泵內(nèi)致齒輪、機(jī)帶泵體等部件磨損拉傷。這種情況需管理維修人員在對(duì)船舶的日常維修養(yǎng)護(hù)中定期檢查并清洗更換吸口濾器。定時(shí)對(duì)滑油進(jìn)行取樣化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)滑油變性需及時(shí)更換油液。④齒形誤差或周節(jié)誤差大，兩齒輪接觸不良，齒面粗糙度高，公法線長(zhǎng)度超差，齒側(cè)隙過小，兩嚙合齒輪的接觸區(qū)不在分度圓位置，接觸部件表面的毛刺未清除干凈導(dǎo)致部件磨損。這種情況需拆解齒輪機(jī)帶泵，仔細(xì)清除部件上的毛刺或者更換齒輪。對(duì)研齒輪時(shí)注意不能倒角。⑤機(jī)帶泵安裝位置太高，在機(jī)帶泵轉(zhuǎn)速降低時(shí)，機(jī)帶泵吸油困難，易吸入空氣，導(dǎo)致潤(rùn)滑不充分而磨損，產(chǎn)生振動(dòng)與噪聲，更嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)干磨。這種情況需要調(diào)整機(jī)帶泵的安裝距離，增設(shè)潤(rùn)滑輔助部件，使?jié)櫥浞帧?/p>

（2）分析結(jié)果。拆檢損壞的機(jī)帶齒輪機(jī)帶泵發(fā)現(xiàn)，故障是由于內(nèi)齒輪與機(jī)帶泵體接觸磨損而造成的。根據(jù)對(duì)該輪船齒輪箱機(jī)帶泵安裝情況、損壞前運(yùn)轉(zhuǎn)狀況以及日常維護(hù)保養(yǎng)情況，結(jié)合拆檢結(jié)果分析，技術(shù)攻關(guān)小組人員一致認(rèn)為，齒輪機(jī)帶泵損壞的主要原因?yàn)闄C(jī)帶泵的安裝位置距液面過高，齒輪機(jī)帶泵運(yùn)轉(zhuǎn)初期吸油不充分，機(jī)帶泵內(nèi)沒有得到足夠潤(rùn)滑而導(dǎo)致內(nèi)部部件發(fā)生干磨。

5.2 齒輪機(jī)帶泵改進(jìn)方案

為了解決齒輪機(jī)帶泵運(yùn)行初期，齒輪機(jī)帶泵吸力不足，吸油不充分。技術(shù)攻關(guān)小組對(duì)該船齒輪箱機(jī)帶泵吸入管路進(jìn)行改裝，方案如下：

（1）在吸口管路與齒輪箱油底殼之間加裝蓄油器，蓄油器略高于機(jī)帶齒輪機(jī)帶泵，以保證在蓄油器不工作狀態(tài)時(shí)機(jī)帶齒輪機(jī)帶泵內(nèi)仍能夠補(bǔ)有一定的潤(rùn)滑油，起到潤(rùn)滑作用，避免干磨的出現(xiàn)。

（2）為了避免齒輪箱機(jī)帶泵殼內(nèi)留有空氣，在備用泵與機(jī)帶泵之間加裝一支細(xì)油管，避免齒輪箱機(jī)帶泵殼中進(jìn)入空氣，以保證在備車環(huán)節(jié)的備用泵預(yù)潤(rùn)滑過程中即可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)帶泵機(jī)帶泵腔內(nèi)和蓄油器進(jìn)行補(bǔ)油功能，避免空氣的吸入。

按照上述方案對(duì)某某輪左右輪齒輪箱機(jī)帶泵吸入管路進(jìn)行改裝，加設(shè)蓄油器與補(bǔ)油管后，經(jīng)改裝的齒輪箱機(jī)帶泵運(yùn)行至今已超過9000小時(shí)，工況良好，先后在南海多次完成海上鉆井的相關(guān)任務(wù)，未發(fā)現(xiàn)齒輪箱機(jī)帶泵損壞等情況。齒輪箱潤(rùn)滑油定期化驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)有金屬磨損的粉末。在日規(guī)檢查中也未發(fā)現(xiàn)齒輪、機(jī)帶泵殼磨損現(xiàn)象。由此可以認(rèn)定，該輪船齒輪箱機(jī)帶泵吸口管路系統(tǒng)改造方案非常成功，達(dá)到了預(yù)期的效果，能夠有效降低輪船維修成本，提高主機(jī)運(yùn)行安全效能。

綜上，齒輪箱是船舶動(dòng)力的關(guān)鍵設(shè)備，因此機(jī)艙管理人員務(wù)必保證齒輪箱及其附屬設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定對(duì)齒輪箱進(jìn)行日常檢查與養(yǎng)護(hù)，及時(shí)處理潛在的故障問題。在日常巡視過程中，管理人員需關(guān)注機(jī)帶泵的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)溫度及壓力等參數(shù)，定期拆檢吸口濾器及齒輪箱系統(tǒng)細(xì)濾器以避免設(shè)備臟堵，定期取樣化驗(yàn)滑油以及時(shí)換新。另外，技術(shù)人員還需不斷的學(xué)習(xí)新的技術(shù)與知識(shí)，提高自身專業(yè)素質(zhì)，以滿足新設(shè)備維修養(yǎng)護(hù)要求。

[1]Installation Manual:Scana Propulsion System.

[2]潘新祥.船舶輔機(jī).大連：大連海事大學(xué)出版社；北京：人民交通出版社，2012.6.

[3]藺二權(quán)，李德勇.齒輪機(jī)帶泵故障分析及解決辦法.數(shù)控機(jī)床市場(chǎng).

表1 轉(zhuǎn)向分析表

TH32

A

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