某船舶主推進齒輪箱故障判斷與分析
2020-04-27傅利強
（中交上航局航道建設有限公司）
某船舶在調遣至烏拉圭途中，左推進齒輪箱機帶泵損壞，在無機帶泵備件的情況下，選擇備用泵替代使用，該齒輪箱先期已有滑油溫度高，潤滑壓力下降的征兆。
本文主要分析了齒輪箱油泵損壞及滑油溫度高的原因，并針對該齒輪箱提出改進方案。
01 齒輪箱參數
本船配有左右兩臺推進減速齒輪箱，型號：ACG950/ PF800-1，生產商：SCANA。
左右旋向相反，額定輸入功率 6000KW，輸入軸轉速 750rpm，底部輸出軸輸出至可調螺旋槳， 螺旋槳轉速 152rpm，使用摩擦式液壓離合器，上部輸出軸輸出至軸帶發電機，發電機轉速1500rpm，額定功率 5760KW， 齒輪箱滑油溫度 50℃。
傳動形式如圖1所示。
本文主要分析了齒輪箱油泵損壞及滑油溫度高的原因，并針對該齒輪箱提出改進方案。
01 齒輪箱參數
本船配有左右兩臺推進減速齒輪箱，型號：ACG950/ PF800-1，生產商：SCANA。
左右旋向相反，額定輸入功率 6000KW，輸入軸轉速 750rpm，底部輸出軸輸出至可調螺旋槳， 螺旋槳轉速 152rpm，使用摩擦式液壓離合器，上部輸出軸輸出至軸帶發電機，發電機轉速1500rpm，額定功率 5760KW， 齒輪箱滑油溫度 50℃。
傳動形式如圖1所示。
02 故障經過
船舶在調遣至烏拉圭的途中，機艙值班巡回檢查時發現左推進齒輪箱潤滑油壓力下降至 0.35MPa，下降趨勢明顯，其他壓力正常（離合器油壓、伺服油壓）。
停車拆檢機帶泵，發現機帶齒輪泵的從動齒輪 6 個齒局部損壞，齒輪軸及軸承磨損嚴重。
如圖 2 所示。
船舶在調遣至烏拉圭的途中，機艙值班巡回檢查時發現左推進齒輪箱潤滑油壓力下降至 0.35MPa，下降趨勢明顯，其他壓力正常（離合器油壓、伺服油壓）。
停車拆檢機帶泵，發現機帶齒輪泵的從動齒輪 6 個齒局部損壞，齒輪軸及軸承磨損嚴重。
如圖 2 所示。
因無機帶泵備件，備用泵替代使用。
但備用泵使用后，油泵排出壓力不穩定，波動很大，從排出壓力表上可以看出有10bar 的壓力波動，導致離合器自動脫排。
針對此情況，外接了蓄能器以使油泵油壓穩定；但是油溫及推進齒輪箱小齒輪軸前軸承（圖 1 中 TS26）溫度和推進齒輪箱小齒輪軸后軸承（圖 1 中 TS25）溫度還是高，冷卻器拆檢正常，另外加冷卻器加強冷卻，螺旋漿在 85% 負荷時油溫在 60℃左右。
到港后，對齒輪箱滑油系統再次進行檢查，并調整了恒溫閥，螺旋漿在 85% 負荷時油溫在 57℃左右，仍舊偏高，然后將備用泵換新，拆除了外加的冷卻器，螺旋漿在 85% 負荷時油溫在 54℃左右，這樣，齒輪箱油溫基本屬于正常，但還是需要蓄能器來維持油泵出口壓力的穩定。
03 故障分析
經了解，之前船舶在施工時，左推進齒輪箱油溫已接近 63℃（報警值），左推進齒輪箱小齒輪軸前軸承（圖 1 中TS26）溫度接近 67℃（報警值），左推進齒輪箱小齒輪軸后軸承（圖 1 中 TS25）溫度接近 65℃，其余溫度正常，潤滑油壓已明顯比 4bar 的背壓閥設定值低。在調遣初期，槳角 85%時都未超報警值，但油溫已明顯比右邊高 7℃左右，TS25、TS26 比右邊高 10℃左右，其余溫度正常，潤滑壓力 3.7bar 左右。
為了解各油壓以及油溫的關系，如圖 3 所示，機帶泵從油底殼吸油，油液排出至雙聯濾器，當油壓低時，通過 PS1 壓力繼電器來控制備用泵自動起動。
油液經雙聯濾器后到達 V1、V2、V3 三個閥，V1 為安全閥，設定值為 40bar，正常情況下不動作，當油壓超出設定值后開啟溢流至恒溫閥 V6；V2 為伺服油壓閥，設定為24bar，用來保證伺服油壓的穩定，多余的油溢流至恒溫閥 V6，極小一部分通過 1mm 的節流孔作為驅氣和起壓用；V3 為減壓閥，設定值為 21bar，把 24bar 的伺服油減壓至 21bar 作為離合器的驅動油。
油液經恒溫閥 V6 到冷卻器，冷卻后的滑油在 4bar 的背壓閥 V7 的作用下到達各潤滑點后流回油箱。
引起油溫高的原因有以下幾個方面：
（1）推進齒輪箱小齒輪軸前軸承（圖 1 中 TS26）和推進齒輪箱小齒輪軸后軸承（圖 1 中 TS25）工況不好發熱。
（2）冷卻器冷卻效果不好。檢查冷卻器后冷卻器正常，排除了該疑點。
（3）恒溫閥工作不正常。通過調整恒溫閥的開度可以改變經過冷卻器的滑油量而調整油溫，調整的不一樣，流經冷卻器的油量也不一樣，所以在相同負荷下齒輪箱油溫高或低不能代表齒輪箱發熱量的高或低，Z真實的是要看冷卻器帶走熱量的多少。
（4）油泵內泄大，排量不足流經冷卻器的滑油量減少。
通過換新備用泵后，取消外加冷卻器后相同工況下齒輪箱油溫又下降了 3℃，可以看出以前油泵內泄已較大。一般情況下，油泵的設計都有一定的富余量，油溫偏高泄漏加大的話，是靠自動關小背壓閥的開度來保證潤滑油壓。所以油溫一高潤滑壓力也隨之下來，是由于油泵的排量已不足。
再來看圖 2損壞油泵的情況，齒斷裂和齒輪軸及軸承磨損，可以得出結論，齒的斷裂是由于軸與軸承先磨損后超極限再引起的，也可以解釋油泵損壞前內泄量大冷卻不足的原因，是因為軸承及軸磨損后間隙太大影響了齒輪泵的端面間隙而內泄加大。
這一點后在拆檢右齒輪箱機帶泵時得到驗證，該泵軸承及軸已磨損很嚴重，齒輪還好沒損壞。
04 改進方案
（1）滑油泵的選型。
從圖 2 可以看出，油泵齒輪軸與滾柱軸承的滾柱直接接觸，且從磨損程度上看，軸比滾柱更易磨損，所以不能靠定期更換軸承來延長油泵的使用時間，必須要軸承及齒輪都同時更換才行。
（１）建議選用質地較軟的滑動軸承型齒輪泵；（2）備用泵安裝位置離齒輪箱的吸入口太遠，以致吸入 性能差引起排出壓力不穩定，需要蓄能器來穩壓；建議備用泵靠近齒輪箱油泵吸入濾器安裝，并盡量減少彎頭和管徑突變；（3）密切關注齒輪箱小齒輪軸軸承的溫度變化，如有升高的趨勢，擇機檢查小齒輪軸與兩軸承的間隙及軸線情況；（4）機帶泵改成兩臺，一臺高壓低流量用于合排，另一臺低壓大流量用于潤滑，達到降低油泵機械負荷，延長使用壽命。
05 總結
從齒輪箱數據不正常到判斷出機帶泵故障再到故障排除的過程可以看出，提早發現故障，可以有效地保證設備不會造成更嚴重的損壞，保證船舶的安全運營。想要以Z快、Z有效的方法發現、排除故障，必須對各設備功能、原理及性能理解透徹，還要加強機艙值班巡回檢查，定期比對各參數，判斷其變化趨勢，及時地掌握各設備的運行工況。
但備用泵使用后，油泵排出壓力不穩定，波動很大，從排出壓力表上可以看出有10bar 的壓力波動，導致離合器自動脫排。
針對此情況，外接了蓄能器以使油泵油壓穩定；但是油溫及推進齒輪箱小齒輪軸前軸承（圖 1 中 TS26）溫度和推進齒輪箱小齒輪軸后軸承（圖 1 中 TS25）溫度還是高，冷卻器拆檢正常，另外加冷卻器加強冷卻，螺旋漿在 85% 負荷時油溫在 60℃左右。
到港后，對齒輪箱滑油系統再次進行檢查，并調整了恒溫閥，螺旋漿在 85% 負荷時油溫在 57℃左右，仍舊偏高，然后將備用泵換新，拆除了外加的冷卻器，螺旋漿在 85% 負荷時油溫在 54℃左右，這樣，齒輪箱油溫基本屬于正常，但還是需要蓄能器來維持油泵出口壓力的穩定。
03 故障分析
經了解，之前船舶在施工時，左推進齒輪箱油溫已接近 63℃（報警值），左推進齒輪箱小齒輪軸前軸承（圖 1 中TS26）溫度接近 67℃（報警值），左推進齒輪箱小齒輪軸后軸承（圖 1 中 TS25）溫度接近 65℃，其余溫度正常，潤滑油壓已明顯比 4bar 的背壓閥設定值低。在調遣初期，槳角 85%時都未超報警值，但油溫已明顯比右邊高 7℃左右，TS25、TS26 比右邊高 10℃左右，其余溫度正常，潤滑壓力 3.7bar 左右。
為了解各油壓以及油溫的關系，如圖 3 所示，機帶泵從油底殼吸油，油液排出至雙聯濾器，當油壓低時，通過 PS1 壓力繼電器來控制備用泵自動起動。
油液經雙聯濾器后到達 V1、V2、V3 三個閥，V1 為安全閥，設定值為 40bar，正常情況下不動作，當油壓超出設定值后開啟溢流至恒溫閥 V6；V2 為伺服油壓閥，設定為24bar，用來保證伺服油壓的穩定，多余的油溢流至恒溫閥 V6，極小一部分通過 1mm 的節流孔作為驅氣和起壓用；V3 為減壓閥，設定值為 21bar，把 24bar 的伺服油減壓至 21bar 作為離合器的驅動油。
油液經恒溫閥 V6 到冷卻器，冷卻后的滑油在 4bar 的背壓閥 V7 的作用下到達各潤滑點后流回油箱。
引起油溫高的原因有以下幾個方面：
（1）推進齒輪箱小齒輪軸前軸承（圖 1 中 TS26）和推進齒輪箱小齒輪軸后軸承（圖 1 中 TS25）工況不好發熱。
（2）冷卻器冷卻效果不好。檢查冷卻器后冷卻器正常，排除了該疑點。
（3）恒溫閥工作不正常。通過調整恒溫閥的開度可以改變經過冷卻器的滑油量而調整油溫，調整的不一樣，流經冷卻器的油量也不一樣，所以在相同負荷下齒輪箱油溫高或低不能代表齒輪箱發熱量的高或低，Z真實的是要看冷卻器帶走熱量的多少。
（4）油泵內泄大，排量不足流經冷卻器的滑油量減少。
通過換新備用泵后，取消外加冷卻器后相同工況下齒輪箱油溫又下降了 3℃，可以看出以前油泵內泄已較大。一般情況下，油泵的設計都有一定的富余量，油溫偏高泄漏加大的話，是靠自動關小背壓閥的開度來保證潤滑油壓。所以油溫一高潤滑壓力也隨之下來，是由于油泵的排量已不足。
再來看圖 2損壞油泵的情況，齒斷裂和齒輪軸及軸承磨損，可以得出結論，齒的斷裂是由于軸與軸承先磨損后超極限再引起的，也可以解釋油泵損壞前內泄量大冷卻不足的原因，是因為軸承及軸磨損后間隙太大影響了齒輪泵的端面間隙而內泄加大。
這一點后在拆檢右齒輪箱機帶泵時得到驗證，該泵軸承及軸已磨損很嚴重，齒輪還好沒損壞。
04 改進方案
（1）滑油泵的選型。
從圖 2 可以看出，油泵齒輪軸與滾柱軸承的滾柱直接接觸，且從磨損程度上看，軸比滾柱更易磨損，所以不能靠定期更換軸承來延長油泵的使用時間，必須要軸承及齒輪都同時更換才行。
（１）建議選用質地較軟的滑動軸承型齒輪泵；（2）備用泵安裝位置離齒輪箱的吸入口太遠，以致吸入 性能差引起排出壓力不穩定，需要蓄能器來穩壓；建議備用泵靠近齒輪箱油泵吸入濾器安裝，并盡量減少彎頭和管徑突變；（3）密切關注齒輪箱小齒輪軸軸承的溫度變化，如有升高的趨勢，擇機檢查小齒輪軸與兩軸承的間隙及軸線情況；（4）機帶泵改成兩臺，一臺高壓低流量用于合排，另一臺低壓大流量用于潤滑，達到降低油泵機械負荷，延長使用壽命。
05 總結
從齒輪箱數據不正常到判斷出機帶泵故障再到故障排除的過程可以看出，提早發現故障，可以有效地保證設備不會造成更嚴重的損壞，保證船舶的安全運營。想要以Z快、Z有效的方法發現、排除故障，必須對各設備功能、原理及性能理解透徹，還要加強機艙值班巡回檢查，定期比對各參數，判斷其變化趨勢，及時地掌握各設備的運行工況。
來源：《中國水運》 2019年第4期