某輪船齒輪箱機帶泵吸口管路系統改造

張銘

（中石化石油工程有限公司上海船舶分公司，上海 200000）

某輪船齒輪箱機帶泵吸口管路系統改造

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月發生停車事故，管理維修人員對該齒輪箱進行拆檢，發現齒輪箱機帶泵齒輪存在磨損問題。本文針對該故障問題，對齒輪箱結構及齒輪機帶泵部件功能進行分析，總結了機帶泵轉向的確定方法、齒輪磨損原因及其解決方案。

齒輪箱機帶泵；齒輪機帶泵；轉向；蓄油器

1 一般概況

某輪船是2012年11月出廠的一艘平臺多用途工作船舶，可滿足中、深海油氣勘探開發作業的起拋錨、拖航等各項服務及全球無限航區作業等任務，是一艘技術先進、節能環保的多用途的新型海上平臺工作船。自該輪出廠投入營運后，多次發生齒輪箱機帶泵齒輪磨損故障。2013年12月初船舶在南海執行平臺供油任務時發生主機自動停車事故，當時作業環境中涌浪高達4米。突發停車事故無疑嚴重威脅到了船員的生命財產安全，后船員換用備用泵化解危急情況。重申該突發停車事故發現故障問題出現在齒輪箱機帶泵磨損問題上，結合以往該輪運行時齒輪箱機帶泵齒輪磨損故障情況，設備管理人員認識到調整齒輪箱機帶泵內部構造、解決機帶泵齒輪好磨損問題刻不容緩。齒輪箱機帶泵齒輪磨損故障不單單增加了該輪營運成本，更是為船舶航行埋下安全隱患。為了提高輪船運營的安全性，設備管理人員組成技術攻關人員，上船實地勘驗，核實故障成因并提出解決措施。

通過對以往故障觀察記錄發現，該輪故障出現頻率具有時間規律，平均每運行4000h時即出現齒輪箱機帶泵損壞故障。該其內設有兩臺主機，左右機轉向相反，并配有兩套齒輪箱裝置，主機與螺旋槳之間靠齒輪箱進行動力傳遞和轉速轉換。在設備運行前，依靠齒輪箱備用滑油機帶泵對齒輪箱中的部件進行充油潤滑，當轉速達到440RPMss，帶滑油機帶泵壓力達到3～4bar時，備用泵自動運轉，此時機身自動調整為齒輪箱機帶泵進行充油潤滑。

2 齒輪箱結構分析

該輪配有兩臺主機，均為MAK公司生產，機型為V型，型號為12M32C，額定轉速為750RPM，推進系統為變距槳。主機動力經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，型號為EACG/980/PF700-1。從該機動力輸出端向自由端看，左機逆時針旋轉，右機順時針旋轉，當二者受齒輪箱內傳動系統作用后，螺旋槳轉向和軸帶發電機轉向都調整為與主機轉向相反的方向旋轉。備車時應首先啟動備用滑油機帶泵對齒輪箱進行預潤滑，待離合器合上后，由機帶泵完成滑油的供給。

3 齒輪箱機帶泵分析

該輪船所配齒輪箱機帶泵為外嚙合直齒輪機帶泵，由美國Parker公司生產，在正常運轉后完成齒輪箱潤滑油和伺服油的供給。

3.1 卸荷槽

為避免困油現象引起的噪聲和振動，該齒輪機帶泵采用單卸荷槽法，即只在排油側開設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。當齒輪機帶泵與吸油腔相通時正好脫離卸荷槽。Paerker所產機帶泵的單卸荷槽開在了浮動軸套上，這種情況對機帶泵的安裝有固定要求，不能隨意反轉安裝，否則將使困油現象加重，加大設備的振動與噪音，不僅降低機帶泵的機械效率，還影響理論設備的使用壽命。

3.2 徑向力受力裝置

齒輪機帶泵工作時會產生徑向力使機帶泵軸彎曲，導致齒頂壓向機帶泵腔的低壓端，產生偏磨，進而加速軸承的磨損，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的方向逐齒遞增。這種情況導致主、從動齒輪所承受液體壓力的合力徑向力方向不同，從動齒輪的徑向力較大。齒輪機帶泵工作時機帶泵軸受徑向力會使機帶泵軸彎曲變形，軸承徑向負荷加大，造成齒頂和機帶泵體內壁的摩擦。為了減小徑向力的影響，提高軸承的壽命，勘探225輪齒輪箱機帶泵所采用的是在浮動軸套（端蓋）上開設壓力平衡槽。由于槽的位置延伸到了吸入側，引向壓力平衡槽壓力較高的排油側的油會流向吸入側，從而抵消部分排油側帶來的徑向力，以平衡兩側壓力。

3.3 軸頸潤滑裝置

該輪主、從動齒輪兩端軸頸的支撐依靠襯套，其設計優點在于沒有活動件，在齒輪高速轉動時運行狀態更平穩。其后端蓋靠近排出側開有油孔，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間的腔室內，經腔室中間油孔流向從動齒輪，使得后端蓋的主、從動襯套都能得到持續潤滑。從動齒輪沿軸心開有貫通油孔，從而使壓力油能夠繼續流向前端蓋軸頸。油液經主齒輪軸頸襯套內側油孔到達主動齒輪的前端軸頸處，最終經外側油孔流回機帶泵腔。倘若機帶泵反轉運行，則兩側軸頸會因缺少油液造成干磨，導致設備劇烈損壞。

3.4 軸向間隙補償裝置

當齒輪機帶泵排放壓力較高時，僅靠提高加工精度和裝配質量來減少齒輪機帶泵的密封間隙還遠遠不夠。因為在高油壓的作用下端蓋會變形，導致端面間隙增大，入氣產生磨損。因此高壓齒輪機帶泵需采用液壓間隙補償裝置。本輪齒輪箱機帶泵采用軸向間隙補償裝置，其基本原理是通過在齒輪端面與機帶泵體間夾設浮動原件，工作時將排出的壓力油引至該元件的外側，使作用在浮動原件外側向內的液壓力稍大于浮動件內側向外的液壓力，致浮動元件在機帶泵工作時能夠貼靠在齒輪端面，自動補償齒輪端面處的磨損，保持軸向的間隙始終在很小的數值范圍內。

4 機帶泵安裝時轉向的分析確定

為了避免混淆主機部件，降低部件安裝難度，生產廠家在左右主機的機帶泵上標明了左右標記，且左右方向機帶泵采用不同型號備件，與主機匹配吻合，不能混用。當在特殊情況下，需要交換左右主機整體或部分部件時，必須要根據上述結構確定機帶泵的轉向，不能裝錯。該輪齒輪箱機帶泵的吸口均在左側，出口均在右側。Parker公司生產的此型號主機后端蓋主軸徑襯套處有進出兩個油孔，前端蓋配有從外界注油潤滑孔并與從動軸后端蓋軸承處相通。

從上述兩個位點可以確定主動軸及其轉向，進而可以判斷準確的安裝位置。轉向分析如表1。

由于齒輪機帶泵后端蓋主軸徑襯套處的油孔等設計特點以及吸排口廠家設計位置的特殊性，在通常情況下左右兩側的機帶泵不能交換或者組裝使用。

5 故障解決對策

5.1 齒輪機帶泵損壞的原因分析及處理對策

（1）成因類型。①前后端蓋接觸面密封不好而吸入空氣。這種情況發生需在前后端蓋接觸面涂敷環氧樹脂，更換密封墊恢復密封性。②機帶泵軸靠密封圈行油封，由于長時間使用使其唇部拉傷、老化，導致密封不良，進入空氣雜質。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，導致吸油阻力增加而吸入空氣或因油中污物進入機帶泵內致齒輪、機帶泵體等部件磨損拉傷。這種情況需管理維修人員在對船舶的日常維修養護中定期檢查并清洗更換吸口濾器。定時對滑油進行取樣化驗，發現滑油變性需及時更換油液。④齒形誤差或周節誤差大，兩齒輪接觸不良，齒面粗糙度高，公法線長度超差，齒側隙過小，兩嚙合齒輪的接觸區不在分度圓位置，接觸部件表面的毛刺未清除干凈導致部件磨損。這種情況需拆解齒輪機帶泵，仔細清除部件上的毛刺或者更換齒輪。對研齒輪時注意不能倒角。⑤機帶泵安裝位置太高，在機帶泵轉速降低時，機帶泵吸油困難，易吸入空氣，導致潤滑不充分而磨損，產生振動與噪聲，更嚴重的還會出現干磨。這種情況需要調整機帶泵的安裝距離，增設潤滑輔助部件，使潤滑充分。

（2）分析結果。拆檢損壞的機帶齒輪機帶泵發現，故障是由于內齒輪與機帶泵體接觸磨損而造成的。根據對該輪船齒輪箱機帶泵安裝情況、損壞前運轉狀況以及日常維護保養情況，結合拆檢結果分析，技術攻關小組人員一致認為，齒輪機帶泵損壞的主要原因為機帶泵的安裝位置距液面過高，齒輪機帶泵運轉初期吸油不充分，機帶泵內沒有得到足夠潤滑而導致內部部件發生干磨。

5.2 齒輪機帶泵改進方案

為了解決齒輪機帶泵運行初期，齒輪機帶泵吸力不足，吸油不充分。技術攻關小組對該船齒輪箱機帶泵吸入管路進行改裝，方案如下：

（1）在吸口管路與齒輪箱油底殼之間加裝蓄油器，蓄油器略高于機帶齒輪機帶泵，以保證在蓄油器不工作狀態時機帶齒輪機帶泵內仍能夠補有一定的潤滑油，起到潤滑作用，避免干磨的出現。

（2）為了避免齒輪箱機帶泵殼內留有空氣，在備用泵與機帶泵之間加裝一支細油管，避免齒輪箱機帶泵殼中進入空氣，以保證在備車環節的備用泵預潤滑過程中即可實現對機帶泵機帶泵腔內和蓄油器進行補油功能，避免空氣的吸入。

按照上述方案對某某輪左右輪齒輪箱機帶泵吸入管路進行改裝，加設蓄油器與補油管后，經改裝的齒輪箱機帶泵運行至今已超過9000小時，工況良好，先后在南海多次完成海上鉆井的相關任務，未發現齒輪箱機帶泵損壞等情況。齒輪箱潤滑油定期化驗，未發現有金屬磨損的粉末。在日規檢查中也未發現齒輪、機帶泵殼磨損現象。由此可以認定，該輪船齒輪箱機帶泵吸口管路系統改造方案非常成功，達到了預期的效果，能夠有效降低輪船維修成本，提高主機運行安全效能。

綜上，齒輪箱是船舶動力的關鍵設備，因此機艙管理人員務必保證齒輪箱及其附屬設備的穩定運行，嚴格按照相關規定對齒輪箱進行日常檢查與養護，及時處理潛在的故障問題。在日常巡視過程中，管理人員需關注機帶泵的運行狀態、系統溫度及壓力等參數，定期拆檢吸口濾器及齒輪箱系統細濾器以避免設備臟堵，定期取樣化驗滑油以及時換新。另外，技術人員還需不斷的學習新的技術與知識，提高自身專業素質，以滿足新設備維修養護要求。

[1]Installation Manual:Scana Propulsion System.

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

[3]藺二權，李德勇.齒輪機帶泵故障分析及解決辦法.數控機床市場.

表1 轉向分析表

TH32

A

1671-0711（2016）11（上）-0107-03