某船舶主推进齿轮箱故障判断与分析
2020-04-27
傅利强
（中交上航局航道建设有限公司）
某船舶在调遣至乌拉圭途中，左推进齿轮箱机带泵损坏，在无机带泵备件的情况下，选择备用泵替代使用，该齿轮箱先期已有滑油温度高，润滑压力下降的征兆。
本文主要分析了齿轮箱油泵损坏及滑油温度高的原因，并针对该齿轮箱提出改进方案。
01 齿轮箱参数
本船配有左右两台推进减速齿轮箱，型号：ACG950/ PF800-1，生产商：SCANA。
左右旋向相反，额定输入功率 6000KW，输入轴转速 750rpm，底部输出轴输出至可调螺旋桨， 螺旋桨转速 152rpm，使用摩擦式液压离合器，上部输出轴输出至轴带发电机，发电机转速1500rpm，额定功率 5760KW， 齿轮箱滑油温度 50℃。
传动形式如图1所示。
02 故障经过
船舶在调遣至乌拉圭的途中，机舱值班巡回检查时发现左推进齿轮箱润滑油压力下降至 0.35MPa，下降趋势明显，其他压力正常（离合器油压、伺服油压）。
停车拆检机带泵，发现机带齿轮泵的从动齿轮 6 个齿局部损坏，齿轮轴及轴承磨损严重。
如图 2 所示。
因无机带泵备件，备用泵替代使用。
但备用泵使用后，油泵排出压力不稳定，波动很大，从排出压力表上可以看出有10bar 的压力波动，导致离合器自动脱排。
针对此情况，外接了蓄能器以使油泵油压稳定；但是油温及推进齿轮箱小齿轮轴前轴承（图 1 中 TS26）温度和推进齿轮箱小齿轮轴后轴承（图 1 中 TS25）温度还是高，冷却器拆检正常，另外加冷却器加强冷却，螺旋浆在 85% 负荷时油温在 60℃左右。
到港后，对齿轮箱滑油系统再次进行检查，并调整了恒温阀，螺旋浆在 85% 负荷时油温在 57℃左右，仍旧偏高，然后将备用泵换新，拆除了外加的冷却器，螺旋浆在 85% 负荷时油温在 54℃左右，这样，齿轮箱油温基本属于正常，但还是需要蓄能器来维持油泵出口压力的稳定。
03 故障分析
经了解，之前船舶在施工时，左推进齿轮箱油温已接近 63℃（报警值），左推进齿轮箱小齿轮轴前轴承（图 1 中TS26）温度接近 67℃（报警值），左推进齿轮箱小齿轮轴后轴承（图 1 中 TS25）温度接近 65℃，其余温度正常，润滑油压已明显比 4bar 的背压阀设定值低。在调遣初期，桨角 85%时都未超报警值，但油温已明显比右边高 7℃左右，TS25、TS26 比右边高 10℃左右，其余温度正常，润滑压力 3.7bar 左右。
为了解各油压以及油温的关系，如图 3 所示，机带泵从油底壳吸油，油液排出至双联滤器，当油压低时，通过 PS1 压力继电器来控制备用泵自动起动。
油液经双联滤器后到达 V1、V2、V3 三个阀，V1 为安全阀，设定值为 40bar，正常情况下不动作，当油压超出设定值后开启溢流至恒温阀 V6；V2 为伺服油压阀，设定为24bar，用来保证伺服油压的稳定，多余的油溢流至恒温阀 V6，极小一部分通过 1mm 的节流孔作为驱气和起压用；V3 为减压阀，设定值为 21bar，把 24bar 的伺服油减压至 21bar 作为离合器的驱动油。
油液经恒温阀 V6 到冷却器，冷却后的滑油在 4bar 的背压阀 V7 的作用下到达各润滑点后流回油箱。
引起油温高的原因有以下几个方面：
（1）推进齿轮箱小齿轮轴前轴承（图 1 中 TS26）和推进齿轮箱小齿轮轴后轴承（图 1 中 TS25）工况不好发热。
（2）冷却器冷却效果不好。检查冷却器后冷却器正常，排除了该疑点。
（3）恒温阀工作不正常。通过调整恒温阀的开度可以改变经过冷却器的滑油量而调整油温，调整的不一样，流经冷却器的油量也不一样，所以在相同负荷下齿轮箱油温高或低不能代表齿轮箱发热量的高或低，Z真实的是要看冷却器带走热量的多少。
（4）油泵内泄大，排量不足流经冷却器的滑油量减少。
通过换新备用泵后，取消外加冷却器后相同工况下齿轮箱油温又下降了 3℃，可以看出以前油泵内泄已较大。一般情况下，油泵的设计都有一定的富余量，油温偏高泄漏加大的话，是靠自动关小背压阀的开度来保证润滑油压。所以油温一高润滑压力也随之下来，是由于油泵的排量已不足。
再来看图 2损坏油泵的情况，齿断裂和齿轮轴及轴承磨损，可以得出结论，齿的断裂是由于轴与轴承先磨损后超极限再引起的，也可以解释油泵损坏前内泄量大冷却不足的原因，是因为轴承及轴磨损后间隙太大影响了齿轮泵的端面间隙而内泄加大。
这一点后在拆检右齿轮箱机带泵时得到验证，该泵轴承及轴已磨损很严重，齿轮还好没损坏。
04 改进方案
（1）滑油泵的选型。
从图 2 可以看出，油泵齿轮轴与滚柱轴承的滚柱直接接触，且从磨损程度上看，轴比滚柱更易磨损，所以不能靠定期更换轴承来延长油泵的使用时间，必须要轴承及齿轮都同时更换才行。
（１）建议选用质地较软的滑动轴承型齿轮泵；（2）备用泵安装位置离齿轮箱的吸入口太远，以致吸入 性能差引起排出压力不稳定，需要蓄能器来稳压；建议备用泵靠近齿轮箱油泵吸入滤器安装，并尽量减少弯头和管径突变；（3）密切关注齿轮箱小齿轮轴轴承的温度变化，如有升高的趋势，择机检查小齿轮轴与两轴承的间隙及轴线情况；（4）机带泵改成两台，一台高压低流量用于合排，另一台低压大流量用于润滑，达到降低油泵机械负荷，延长使用寿命。
05 总结
从齿轮箱数据不正常到判断出机带泵故障再到故障排除的过程可以看出，提早发现故障，可以有效地保证设备不会造成更严重的损坏，保证船舶的安全运营。想要以Z快、Z有效的方法发现、排除故障，必须对各设备功能、原理及性能理解透彻，还要加强机舱值班巡回检查，定期比对各参数，判断其变化趋势，及时地掌握各设备的运行工况。
来源：《中国水运》 2019年第4期
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