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轴承知识
船舶舵桨滑油泵工艺改造
曲鹏飞
(烟台港轮驳有限公司)
摘 要:烟台港轮驳有限公司是烟台港集团有限公司直属的综合性船舶公司,作为港口生产主要辅助单位,公司拥有各类船舶20艘,其中具有国际先进水平的现代化全回转拖轮14艘,常规拖轮3艘,供水船1艘,污油水处理船1艘。“烟港拖23”、“烟港拖24”轮是我港2017年1月份建成回港的性能最先进的船舶。回港后担负我港30万吨级油轮及铁矿船进出港顶推作业的重要任务。在2017年6月份时工作中“烟港拖24”轮突然出现齿轮箱滑油油位降低,液压油油位上升的现象。经检查为机带同轴泵故障,滑油泵油封损坏导致油液混合。在寻购备件过程中得知油封要20天到货,采购总成要30天以上到货。国产油封耐压等级不够,安装后试运转唇边外翻损坏。面对生产对拖轮使用需求,我们决定组织人员攻克技术难题,使拖轮进快恢复生产。
关键词:船舶  滑油泵  油封
齿轮泵是靠齿间容积增大与缩小来产生吸排的。影响齿轮泵容积效率的主要因素是密封间隙(齿轮端面的轴向间隙、齿顶的径向间隙及齿轮啮合线不严密处的间隙)。高压齿轮泵一般采用轴向间隙自动补偿装置,在齿轮端面和泵体直接设浮动原件,工作时将排油引至浮动原件的外侧,使浮动原件贴向齿轮端面,自动补偿齿轮端面因磨损而增大的间隙。按我们改造方案实施,不改变泵的工作状态,间隙补偿装置的油路不受影响,仍然是从高压侧引至浮动原件外侧。原泵设计高压侧引入滑油至泵壳的主要作用是为主从轴的轴承润滑,该泵轴承采用的是滚针轴承,理论上不需压力润滑。结合普通油封的工作要求是适用工作压力不高的旋转轴,是靠唇边的过盈量抱紧轴颈保证密封的。综合分析从吸口低压侧引入润滑轴承可行,且满足油封的工作要求。
经时间和工作的检验,泵的密封性能良好,工作压力稳定,性能上完全满足齿轮润滑和离合器合脱拍的工作要求。
经查阅资料(大连海事大学编写的船舶辅机),得知德国产油泵由于油封的耐压等级高,可达10MPa,故该泵原设计理念也是可行的,采用的高压侧开油路保证滚针轴承的润滑效果更好,但必须有高品质的油封保证密封。从设备的使用寿命上看,我们认为在低压侧设油路润滑轴承的方式要优于原泵的设计方案,其采用的靠高品质的封来保证密封的方法是不可取的。同时查阅资料,部分国产高压齿轮泵采取的方式是在低压侧设油路润滑滚针轴承,因此,对该类型泵的改造可广泛应用存在同类弊端的泵,安全性在相关资料和案例中得到证实。
一、技术方案及论证
(一)技术方案
全回转拖轮舵桨是实现船舶正航、倒航和转向的执行机构,是保证船舶正常航行和操纵的重要部件。本次改造的舵桨滑油泵是为舵桨装置提供系统润滑和舵桨的重要部件离合器提供动力油的设备。拆解齿轮泵分析:该齿轮泵为高压油泵,工作压力在30bar左右。查看泵的端盖在排出腔位置设有油路通道,高压油通过该孔进入主动轴和从动轴轴套,为轴套提供润滑,油封安装在主动轴轴套外对高压油进行密封。油封通常是工作在压力不很高的回转泵的泵轴常采用的密封方式。此泵的工作压力有30bar,显然普通国产油封是不适用的。根据油封的特性,我们提出在吸油腔对应的端盖位置开油孔,封堵排出腔高压侧的油孔的方案。这样既能保证轴承的润滑,又能使油封不承受高压,满足国产封使用条件。
(二)技术论证
1.端盖高压侧设计油孔的主要作用是引入滑油对主动轴和从动轴的轴承进行润滑,轴承为滚针轴承不需压力润滑,在吸入口引入滑油不影响轴承润滑。
2.该泵是德国肖特尔舵桨配套泵PARKER PMD系列,属于高压齿轮泵,高压齿轮泵的特点是采用轴向间隙自动补偿装置,防止容积效率过低。其形式为在齿轮端面与泵体之间夹设浮动原件,在工作时将排出的压力油引至该原件的外侧,使浮动原件外侧的大于浮动原件内侧的压力,使浮动原件在泵工作时能始终贴靠齿轮端面,自动地补偿齿轮端面的磨损,以保证齿轮泵的容积效率。浮动装置见下图:
我们对泵的内部油路的改造不影响该装置的工作,浮动装置仍然从高压侧的工艺槽处进油,实现补偿功能。
3.油封(旋转轴唇形密封圈)的特性是工作于压力不高的回转泵轴的密封、内径比轴颈略小、装在轴上靠内侧唇边的过盈量抱紧轴面、唇边外缘常置弹簧增加唇边与转轴的接触压力,并补偿唇边的磨损。查阅相关资料国产标准型油封耐压≤0.5Mpa,耐压性国内产品可达1~3 Mpa,德国产品可达10 Mpa,据此判断国产油封按原泵设计原理工作,无法使用。
4.虽然德国产品的耐压值可达10Mpa,但按照油封的工作方式和特性,不能无限的把其置于高压区,在满足使用的情况下应尽量低压延长使用寿命。
5.对该类型泵的设计理念持怀疑态度,与厂家进行探讨,出于对其产品质量的保护,对我方观点未给予否定。
二、技术特性
1.专业性
用技术人员扎实的专业技能,发现问题、分析问题、解决问题。
2.创新性
打破惯性思维,敢于对既定成熟产品提出质疑。创新的思路攻克技术瓶颈,解决实际问题。
3.实用性
德国进口油封是可满足使用条件,但存在价格昂贵,采购不便的弊端。据情进行工艺改造,其实用性和通用性得到极大改善。
4.经济性
国产化替代降低成本,缩短停修时间,保证船舶营运,提高船舶收益。
三、技术创新点
此次对“7000HP拖轮”舵桨滑油泵改造的最成功之处在于我们根据实际情况解决实际问题。不盲目的认可进口产品的成熟度,用扎实的理论知识和丰富的实践经验,据情提出合理的改造工艺,解决棘手问题。技术创新点为科学分析、结合实际、理论自信、工艺革新。
四、总体性能指标和国外同类先进技术比较
改造后的设备状态参数是对性能指标最有说服力的证明。近四个月主机工作500小时左右,油泵压力正常,油封未有任何泄漏。
和国外同类技术的比较,通过和设备商沟通,对此类型泵在该领域的改造我港在国内属于首次,经时间的检验,厂家对此方案是赞同的,并表示我港的改造对保证其设备的质量声誉,争取国内拖轮市场份额,给出了科学合理的方案。
五、技术成熟度
经查阅资料(大连海事大学编写的船舶辅机),得知德国产油泵由于油封的耐压等级高,可达10MPa,故该泵原设计理念也是可行的,采用的高压侧开油路保证滚针轴承的润滑效果更好,但必须有高品质的油封保证密封。资料显示,国产高压齿轮泵有采取在低压侧设油路润滑滚针轴承。如下图:
由此可见方案是可行,技术上是成熟的。一定程度上也可以认为打破了进口产品的垄断,解决设备故障了只能被动使用配套厂家备件的难题。
六、对本单位经济和技术进步的意义
“烟港拖23”、“烟港拖24”轮舵桨滑油泵工艺改造,大大缩短了拖轮停航时间,保证了船舶生产收益。直接节省进口备件费用不过万元,但间接收益可观,统计从故障后的20天,拖轮生产收益近30万,因此对舵桨滑油泵的改造非但突出一定的经济效益,更重要的是凸显出我们的技术保障作用的重要性,很好的解释了我公司对技术部门的工作要求,“以技术保安全、以安全保生产、以生产保效益”。技术是基础,效益是追求。此次改造是我们在新的领域的突破,为我们科技创新工作提供了新方向,提供了信心。创新没有终点,不能浮躁,脚踏实地做好技术保障工作是我们的本职工作。勤于积累、敢于质疑、善于研究是我们科技创新工作的追求。
七、结论
综上所述,“烟港拖23”、“烟港拖24”轮舵桨滑油泵工艺改造,经过时间的检验,改造是成功的,滑油泵各项性能稳定。统计德国肖特尔舵桨,目前国内装机的设备已经十几台,我们的及时发现和处理,既保证了我们的设备稳定,也对同类型的产品提供了宝贵经验。在该课题上可以否定德国设计,推广我方改造工艺,而且可以轻松实现国产化配件的替代,可以广泛推广和应用。
参考文献
[1]《肖特尔舵桨说明书》
[2]《船舶辅机》
来源:《智能城市》2019年第13期
发布时间:2021-01-09


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