主推进齿轮箱轴瓦高温烧坏分析及整改

2018-03-28周春雨周二红

设备管理与维修 2018年3期

周春雨，周二红

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

0 引言

某船采用的齿轮箱由齿轮箱本体（内置推力轴承和离合器）、滑油系统、控制箱（含操纵面板）、仪表板、电动备用泵（滑油）、控制箱（滑油电动备用泵）组成。

齿轮箱通过高弹与主机相连，将主机转速变为调距桨所需的转速，同时承受螺旋桨产生的正、倒车推力及扭矩，同时将主机的转速变为轴发电机和对外水泵所需的转速，通过PTO（Power Take Off，轴带发电机）轴输出至轴发电机和对外水泵。配油器法兰连接口位于齿轮箱输出轴的前端，主推进输出和消防泵PTO输出带离合器。

电动备用泵组（滑油）控制设有机旁手动、自动控制两种工作模式：前者只能就地使用控制箱操作备用泵启停；后者则可以根据润滑系统油压自动启停备用泵。主机提供一组运行信号（无源开关量）给齿轮箱备用泵控制箱。提供远程控制接口。

控制离合器（集成在齿轮箱机旁操作箱上）设有机旁手动/远程控制，在机旁可对离合器进行应急接脱排控制，提供集控室和驾驶室远程控制接口。提供离合器的接、脱排状态在集控室和驾驶室提供显示信号接口。电磁记忆阀支配离合器的结合或分开，并带有手动机旁应急操纵功能。

1 失效过程描述

油田守护供应船为双机双桨，且舵机平台位于水线以下，舟山海域航行试验，在标定主机负荷100%时，发现右齿轮箱透气管冒烟，立即停车检查。从标定100%负荷到发现透气管冒烟前后间隔约20 min。经过服务商和船厂检查，初步判断右齿轮箱输入前轴承烧坏。船舶返回船厂后进一步检查发现，右齿轮箱输入轴中间位置处前轴瓦端面发蓝。在船厂将故障输入轴部件拆卸，返回设备厂家进行拆检、分析。

2 故障拆检分析

（1）故障输入部件前轴瓦的端面与推力板的颜色发蓝，应为高温所致。根据零件表面的颜色，从高温色变程度判断，轴瓦端面为高温源，导致端面的巴氏合金在高温下局部融化。

（2）拆除径向滑动轴承，发现该轴瓦靠近推力瓦处的径向巴氏合金也有向轴向融化的迹象。该轴瓦内孔表面巴氏合金层也已损坏，且与输入轴粘连。

（3）拆检输入轴后滑动轴承，检查轴承推力瓦与内孔以及轴径，零件完好，无明显磨损迹象。

（4）重新复检故障件及相关零件复检齿面硬度，硬度检测结果为60.1 HRC，符合图纸和（58～62）HRC技术要求。

通过上述检查分析，判定此次故障为输入轴前滑动轴承推力瓦烧死。故障点位于推力瓦靠近内径处，轴承合金有局部融化现象，最终导致轴瓦烧死。

3 产品设计可靠性分析

右齿轮箱前轴承的径向圆柱面比压为3.4 MPa，间隙比1.6‰，油膜厚度最小0.026 mm，平均温升22℃。轴承许用比压4 MPa，油膜许用温度100℃。与设计数据比较，均没有超出允许范围。

右齿轮箱前轴承的止推面比压为1.8 MPa，油膜厚度最小0.034 mm，平均温升6.9℃。轴承许用比压4 MPa，油膜许用温度100℃。与设计数据比较，没有超出允许范围。

输入前轴承的进油孔为M26×1.5 mm。油管规格Φ22 mm×2 mm，通径Φ18 mm，0.25 MPa时理论供油量可达201 L/min。而输入前轴承的圆柱面和止推面所需油量分别为3.4 L/min和14.1 L/min。理论上供油量充足。

4 故障原因分析

为了查找问题原因，相关专业人员做了充分讨论辨析，并根据轴瓦失灵的可能原因，绘制问题分析树，对故障原因进行逐一分析、排查。

（1）轴瓦错装。该轴瓦为平面瓦，具有双向可工作特性，故排除推力瓦错装的可能性。

（2）油品清洁度低。齿轮箱滑油系统设有精滤器，润滑油经精滤器后分配至齿轮箱各个滑动轴承供油，因此可以排除润滑油清洁度的影响。

（3）润滑不充分。查齿轮箱出厂试验时的润滑油压力数值记录，额定转速时齿轮箱润滑油压力为0.281 MPa，满足齿轮箱技术要求，与其他同型齿轮箱的润滑油压力相比，无明显差异。该齿轮箱在船厂试航阶段监测的润滑油压力为0.245 MPa，也在正常合理范围。

（4）安装间隙不符合要求。齿轮箱推力瓦安装后要求轴向间隙控制在0.2 mm左右。查齿轮箱装配记录表，齿轮箱装配时轴向间隙满足要求。由于推力瓦已经烧损，实际的轴向间隙已经无法验证。

（5）轴瓦质量问题。主要考虑合金成份是否满足要求和推力瓦平面与轴线不垂直问题。关于合金成份问题，该轴瓦一次订货多套，合金成分具有一致性，目前仅1件推力瓦产生问题，基本可以排除合金成份的影响。另外，推力瓦与轴线的垂直度问题，因为零件已经损坏，所以无法验证。

（6）箱体变形。虽然该齿轮箱在工厂试验时经负荷试验验证，负荷试验后拆检观察齿面，齿轮啮合正常，目测推力瓦也并未发现发蓝变色现象。实船试验后经过齿面啮合面积拓印检查，符合设计要求，表明箱体的微变形量对齿轮箱的结构和性能不产生影响。

（7）异物进入。虽然轴瓦的润滑油是经精滤器过滤后提供的，但是如果后端管路中有异物粘连，在润滑油的冲刷下，存在异物脱落的风险，异物卡滞也会造成轴瓦烧损。通过对故障轴瓦的外观检查，未发现明显的异物滞留现象。

（8）止推板表面粗糙度问题。由于发生故障的推力瓦与止推板已经发生干摩擦，原始表面质量已经被破坏，无法判定止推板的表面质量，但是通过检测另一侧完好推力板的表面质量，其表面粗糙度是满足设计图面要求的。

（9）使用不当。该齿轮箱安装有备用泵，在主机开启前要求开启备用泵，对齿轮箱各个轴瓦进行预润滑，避免主机启动瞬间轴瓦的干摩擦。按正常操作程序，齿轮箱不应存在轴瓦干摩擦工况。但是根据轴瓦故障件分析，不排除使用过程中存在轴瓦瞬时干摩擦的工况。

5 输出前轴承损坏而轴承温度传感器无报警的原因分析

查看台架的记录，油温55℃时，润滑油压0.28 MPa。试航时，油温55℃，润滑油压 0.25 MPa。“齿轮箱出厂试验规范”要求，齿轮箱润滑油压为（0.1～0.4）MPa，满足出厂要求。对于齿轮箱整机，润滑油量是充分。输入前轴承进油孔为M26×1.5 mm，油管规格为Φ22 mm×2 mm，通径Φ18 mm，0.25 MPa时理论供油量可达到 201 L/min。输入前轴承的圆柱面和止推面所需油量分别为3.4 L/min，供油量是充分的。目前轴承损坏的部位非易高温部位，在此部位高温时，因润滑油供油量比较充分，部分热量被滑油带走，使温度传到轴承温度传感器位置时，未达到报警温度。