某轮船齿轮箱机带泵吸口管路系统改造

张铭

（中石化石油工程有限公司上海船舶分公司，上海 200000）

某轮船齿轮箱机带泵吸口管路系统改造

张铭

（中石化石油工程有限公司上海船舶分公司，上海 200000）

某轮船2013年12月发生停车事故，管理维修人员对该齿轮箱进行拆检，发现齿轮箱机带泵齿轮存在磨损问题。本文针对该故障问题，对齿轮箱结构及齿轮机带泵部件功能进行分析，总结了机带泵转向的确定方法、齿轮磨损原因及其解决方案。

齿轮箱机带泵；齿轮机带泵；转向；蓄油器

1 一般概况

某轮船是2012年11月出厂的一艘平台多用途工作船舶，可满足中、深海油气勘探开发作业的起抛锚、拖航等各项服务及全球无限航区作业等任务，是一艘技术先进、节能环保的多用途的新型海上平台工作船。自该轮出厂投入营运后，多次发生齿轮箱机带泵齿轮磨损故障。2013年12月初船舶在南海执行平台供油任务时发生主机自动停车事故，当时作业环境中涌浪高达4米。突发停车事故无疑严重威胁到了船员的生命财产安全，后船员换用备用泵化解危急情况。重申该突发停车事故发现故障问题出现在齿轮箱机带泵磨损问题上，结合以往该轮运行时齿轮箱机带泵齿轮磨损故障情况，设备管理人员认识到调整齿轮箱机带泵内部构造、解决机带泵齿轮好磨损问题刻不容缓。齿轮箱机带泵齿轮磨损故障不单单增加了该轮营运成本，更是为船舶航行埋下安全隐患。为了提高轮船运营的安全性，设备管理人员组成技术攻关人员，上船实地勘验，核实故障成因并提出解决措施。

通过对以往故障观察记录发现，该轮故障出现频率具有时间规律，平均每运行4000h时即出现齿轮箱机带泵损坏故障。该其内设有两台主机，左右机转向相反，并配有两套齿轮箱装置，主机与螺旋桨之间靠齿轮箱进行动力传递和转速转换。在设备运行前，依靠齿轮箱备用滑油机带泵对齿轮箱中的部件进行充油润滑，当转速达到440RPMss，带滑油机带泵压力达到3～4bar时，备用泵自动运转，此时机身自动调整为齿轮箱机带泵进行充油润滑。

2 齿轮箱结构分析

该轮配有两台主机，均为MAK公司生产，机型为V型，型号为12M32C，额定转速为750RPM，推进系统为变距桨。主机动力经齿轮箱离合器的脱开与合上传送给中间轴及螺旋桨。齿轮箱为Scana公司生产，型号为EACG/980/PF700-1。从该机动力输出端向自由端看，左机逆时针旋转，右机顺时针旋转，当二者受齿轮箱内传动系统作用后，螺旋桨转向和轴带发电机转向都调整为与主机转向相反的方向旋转。备车时应首先启动备用滑油机带泵对齿轮箱进行预润滑，待离合器合上后，由机带泵完成滑油的供给。

3 齿轮箱机带泵分析

该轮船所配齿轮箱机带泵为外啮合直齿轮机带泵，由美国Parker公司生产，在正常运转后完成齿轮箱润滑油和伺服油的供给。

3.1 卸荷槽

为避免困油现象引起的噪声和振动，该齿轮机带泵采用单卸荷槽法，即只在排油侧开设偏向中心线的卸荷槽，使封闭容积存在期间始终与排油卸荷槽连通。当齿轮机带泵与吸油腔相通时正好脱离卸荷槽。Paerker所产机带泵的单卸荷槽开在了浮动轴套上，这种情况对机带泵的安装有固定要求，不能随意反转安装，否则将使困油现象加重，加大设备的振动与噪音，不仅降低机带泵的机械效率，还影响理论设备的使用寿命。

3.2 径向力受力装置

齿轮机带泵工作时会产生径向力使机带泵轴弯曲，导致齿顶压向机带泵腔的低压端，产生偏磨，进而加速轴承的磨损，大大降低轴承使用寿命。油液作用在齿轮外缘的压力不均匀，导致顶间隙漏泄，齿轮外周的液体压力是从排出腔到吸入腔逐渐降低，而从低压腔到高压腔，外周液体压力又沿齿轮旋转的方向逐齿递增。这种情况导致主、从动齿轮所承受液体压力的合力径向力方向不同，从动齿轮的径向力较大。齿轮机带泵工作时机带泵轴受径向力会使机带泵轴弯曲变形，轴承径向负荷加大，造成齿顶和机带泵体内壁的摩擦。为了减小径向力的影响，提高轴承的寿命，勘探225轮齿轮箱机带泵所采用的是在浮动轴套（端盖）上开设压力平衡槽。由于槽的位置延伸到了吸入侧，引向压力平衡槽压力较高的排油侧的油会流向吸入侧，从而抵消部分排油侧带来的径向力，以平衡两侧压力。

3.3 轴颈润滑装置

该轮主、从动齿轮两端轴颈的支撑依靠衬套，其设计优点在于没有活动件，在齿轮高速转动时运行状态更平稳。其后端盖靠近排出侧开有油孔，压力较高的油液从两轴颈衬套旁出油小孔流到主齿轮轴颈与密封环间的腔室内，经腔室中间油孔流向从动齿轮，使得后端盖的主、从动衬套都能得到持续润滑。从动齿轮沿轴心开有贯通油孔，从而使压力油能够继续流向前端盖轴颈。油液经主齿轮轴颈衬套内侧油孔到达主动齿轮的前端轴颈处，最终经外侧油孔流回机带泵腔。倘若机带泵反转运行，则两侧轴颈会因缺少油液造成干磨，导致设备剧烈损坏。

3.4 轴向间隙补偿装置

当齿轮机带泵排放压力较高时，仅靠提高加工精度和装配质量来减少齿轮机带泵的密封间隙还远远不够。因为在高油压的作用下端盖会变形，导致端面间隙增大，入气产生磨损。因此高压齿轮机带泵需采用液压间隙补偿装置。本轮齿轮箱机带泵采用轴向间隙补偿装置，其基本原理是通过在齿轮端面与机带泵体间夹设浮动原件，工作时将排出的压力油引至该元件的外侧，使作用在浮动原件外侧向内的液压力稍大于浮动件内侧向外的液压力，致浮动元件在机带泵工作时能够贴靠在齿轮端面，自动补偿齿轮端面处的磨损，保持轴向的间隙始终在很小的数值范围内。

4 机带泵安装时转向的分析确定

为了避免混淆主机部件，降低部件安装难度，生产厂家在左右主机的机带泵上标明了左右标记，且左右方向机带泵采用不同型号备件，与主机匹配吻合，不能混用。当在特殊情况下，需要交换左右主机整体或部分部件时，必须要根据上述结构确定机带泵的转向，不能装错。该轮齿轮箱机带泵的吸口均在左侧，出口均在右侧。Parker公司生产的此型号主机后端盖主轴径衬套处有进出两个油孔，前端盖配有从外界注油润滑孔并与从动轴后端盖轴承处相通。

从上述两个位点可以确定主动轴及其转向，进而可以判断准确的安装位置。转向分析如表1。

由于齿轮机带泵后端盖主轴径衬套处的油孔等设计特点以及吸排口厂家设计位置的特殊性，在通常情况下左右两侧的机带泵不能交换或者组装使用。

5 故障解决对策

5.1 齿轮机带泵损坏的原因分析及处理对策

（1）成因类型。①前后端盖接触面密封不好而吸入空气。这种情况发生需在前后端盖接触面涂敷环氧树脂，更换密封垫恢复密封性。②机带泵轴靠密封圈行油封，由于长时间使用使其唇部拉伤、老化，导致密封不良，进入空气杂质。这种情况只更换新油封即可，注意新油封朝向。③吸口滤器堵塞，导致吸油阻力增加而吸入空气或因油中污物进入机带泵内致齿轮、机带泵体等部件磨损拉伤。这种情况需管理维修人员在对船舶的日常维修养护中定期检查并清洗更换吸口滤器。定时对滑油进行取样化验，发现滑油变性需及时更换油液。④齿形误差或周节误差大，两齿轮接触不良，齿面粗糙度高，公法线长度超差，齿侧隙过小，两啮合齿轮的接触区不在分度圆位置，接触部件表面的毛刺未清除干净导致部件磨损。这种情况需拆解齿轮机带泵，仔细清除部件上的毛刺或者更换齿轮。对研齿轮时注意不能倒角。⑤机带泵安装位置太高，在机带泵转速降低时，机带泵吸油困难，易吸入空气，导致润滑不充分而磨损，产生振动与噪声，更严重的还会出现干磨。这种情况需要调整机带泵的安装距离，增设润滑辅助部件，使润滑充分。

（2）分析结果。拆检损坏的机带齿轮机带泵发现，故障是由于内齿轮与机带泵体接触磨损而造成的。根据对该轮船齿轮箱机带泵安装情况、损坏前运转状况以及日常维护保养情况，结合拆检结果分析，技术攻关小组人员一致认为，齿轮机带泵损坏的主要原因为机带泵的安装位置距液面过高，齿轮机带泵运转初期吸油不充分，机带泵内没有得到足够润滑而导致内部部件发生干磨。

5.2 齿轮机带泵改进方案

为了解决齿轮机带泵运行初期，齿轮机带泵吸力不足，吸油不充分。技术攻关小组对该船齿轮箱机带泵吸入管路进行改装，方案如下：

（1）在吸口管路与齿轮箱油底壳之间加装蓄油器，蓄油器略高于机带齿轮机带泵，以保证在蓄油器不工作状态时机带齿轮机带泵内仍能够补有一定的润滑油，起到润滑作用，避免干磨的出现。

（2）为了避免齿轮箱机带泵壳内留有空气，在备用泵与机带泵之间加装一支细油管，避免齿轮箱机带泵壳中进入空气，以保证在备车环节的备用泵预润滑过程中即可实现对机带泵机带泵腔内和蓄油器进行补油功能，避免空气的吸入。

按照上述方案对某某轮左右轮齿轮箱机带泵吸入管路进行改装，加设蓄油器与补油管后，经改装的齿轮箱机带泵运行至今已超过9000小时，工况良好，先后在南海多次完成海上钻井的相关任务，未发现齿轮箱机带泵损坏等情况。齿轮箱润滑油定期化验，未发现有金属磨损的粉末。在日规检查中也未发现齿轮、机带泵壳磨损现象。由此可以认定，该轮船齿轮箱机带泵吸口管路系统改造方案非常成功，达到了预期的效果，能够有效降低轮船维修成本，提高主机运行安全效能。

综上，齿轮箱是船舶动力的关键设备，因此机舱管理人员务必保证齿轮箱及其附属设备的稳定运行，严格按照相关规定对齿轮箱进行日常检查与养护，及时处理潜在的故障问题。在日常巡视过程中，管理人员需关注机带泵的运行状态、系统温度及压力等参数，定期拆检吸口滤器及齿轮箱系统细滤器以避免设备脏堵，定期取样化验滑油以及时换新。另外，技术人员还需不断的学习新的技术与知识，提高自身专业素质，以满足新设备维修养护要求。

[1]Installation Manual:Scana Propulsion System.

[2]潘新祥.船舶辅机.大连：大连海事大学出版社；北京：人民交通出版社，2012.6.

[3]蔺二权，李德勇.齿轮机带泵故障分析及解决办法.数控机床市场.

表1 转向分析表

TH32

A

1671-0711（2016）11（上）-0107-03