李少軍，張?chǎng)H羽，靳 軍，龔存忠

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七○四研究所，上海 200031)

行星齒輪傳動(dòng)采用數(shù)個(gè)行星輪分擔(dān)載荷，使功率分流并合理使用內(nèi)外嚙合和均載裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、傳動(dòng)比范圍大和效率高等優(yōu)點(diǎn)[1]，在船用汽輪機(jī)及工業(yè)汽輪機(jī)上有較為廣泛的運(yùn)用。

某船用汽輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)試驗(yàn)后進(jìn)行保養(yǎng)工作，對(duì)減速器后軸承進(jìn)行拆檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)減速器的輸出轉(zhuǎn)架與軸瓦結(jié)合處存在2處拉毛痕跡。拉毛的最大深度約1 mm，拉毛的寬度約10 mm。輸出轉(zhuǎn)架拉毛的情況見圖1。同時(shí)，減速器上半軸瓦在進(jìn)油口中分面油囊處存在2處磕碰痕跡，將發(fā)電機(jī)整體起吊后，露出下半軸瓦，下半軸瓦照片見圖2所示，可見有較多的小鋼珠鑲嵌在中分面油囊處，還有部分散落在軸瓦表面。

該汽輪發(fā)電機(jī)組采用高速凝汽式汽輪機(jī)，通過行星齒輪減速器將轉(zhuǎn)矩傳遞至發(fā)電機(jī)，為了盡量縮小軸向尺寸，采用發(fā)電機(jī)前軸承與減速器后軸承共用的結(jié)構(gòu)方式。減速器主要由箱體、輸出轉(zhuǎn)架、行星軸、行星輪、太陽輪、行星架、聯(lián)軸器等組成。減速器的輸出轉(zhuǎn)架與發(fā)電機(jī)軸輸入套裝后，在端面配打圓柱銷；減速器行星架與輸出轉(zhuǎn)架采用行星軸進(jìn)行連接，配裝完成后，將減速器的行星軸、行星架、固定用連接螺栓與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一同進(jìn)行動(dòng)平衡調(diào)整試驗(yàn)。減速器的整體結(jié)構(gòu)圖見圖3。

圖1 減速器輸出轉(zhuǎn)架拉毛照片

圖2 減速器下半軸瓦照片

圖3 行星齒輪減速器結(jié)構(gòu)圖

1 輸出轉(zhuǎn)架拉毛原因

圖4為行星齒輪箱內(nèi)部油路系統(tǒng)圖，圓框處為軸瓦及軸頸拉毛位置。從潤滑總管來的潤滑油經(jīng)節(jié)流孔板后，通過箱體法蘭進(jìn)入焊接在箱體內(nèi)部的不銹鋼管，進(jìn)入到由箱體軸承座與軸承外圓面形成的環(huán)形油腔中，通過環(huán)形分布的進(jìn)油孔給輸出轉(zhuǎn)架徑向軸承和推力軸承供油，同時(shí)，經(jīng)輸出轉(zhuǎn)架上的3個(gè)徑向孔和電機(jī)軸頭中心腔室供給傳動(dòng)組件，在傳動(dòng)組件內(nèi)，油路分為3路，其中一路為嚙合用油，一路為行星軸供油，一路為聯(lián)軸器用油，所有回油聚集在下箱體后，通過回油總管回至油箱。

圖4 行星齒輪減速器內(nèi)部油路圖

機(jī)組啟動(dòng)過程中，當(dāng)電動(dòng)油泵單獨(dú)工作時(shí)，電動(dòng)油泵出口油壓約0.7 MPa,電動(dòng)油泵出口主要分為3路，其中一路高壓油經(jīng)過高壓濾油器后，通過調(diào)速器及保安器再通往主汽門，另外一路通過冷油器后，經(jīng)過低壓濾油器后進(jìn)入潤滑總管，潤滑總管潤滑油通過節(jié)流孔板后，分配至汽輪機(jī)前軸承、后軸承、減速器軸承和發(fā)電機(jī)后軸承，所有回油直接回至油箱，第3路高壓油通過節(jié)流孔板后供給注油器，通過雙聯(lián)濾油器后給主油泵供油。

當(dāng)電動(dòng)油泵與主油泵切換以后，電動(dòng)油泵停止工作，主油泵出口油壓約1.05 MPa，主油泵出口油壓主要分為3路，第1路通過換向閥后向注油器供油，注油器出口油壓約0.15 MPa,注油器出口潤滑油經(jīng)過雙聯(lián)濾油器后給主油泵供油，第2路油供往調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)，第3路通過冷油器后，經(jīng)過低壓濾油器后進(jìn)入潤滑總管，通過節(jié)流孔板后，分配給各軸承，所有回油直接排放至油箱。

機(jī)組所有過油部套中，僅減速器軸承處出現(xiàn)大量小鋼珠，通過滑油系統(tǒng)原理可知，油箱的潤滑油通入軸承需要通過高壓濾油器或雙聯(lián)濾油器，再通過低壓濾油器，方能進(jìn)入潤滑總管，且小鋼珠尺寸遠(yuǎn)大于濾網(wǎng)尺寸，因此，如油箱或?yàn)V油器前的油管路存在小鋼珠，則小鋼珠無法通過濾網(wǎng)進(jìn)入減速器軸承。如濾油器后的總潤滑管路存在小鋼珠，則在汽輪機(jī)前軸承、后軸承會(huì)發(fā)現(xiàn)類似的小鋼珠存在，但實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)并未發(fā)現(xiàn)。

通過以上分析可以看出，該類小鋼珠只能存在于減速器內(nèi)的油路系統(tǒng)中，出現(xiàn)此種情況的原因?yàn)闇p速器箱體噴丸后未及時(shí)清理干凈。在性能試驗(yàn)過程中經(jīng)過油流反復(fù)沖擊后，小鋼珠隨著潤滑油進(jìn)入減速器軸承，積聚于該橢圓瓦中分面的進(jìn)油油囊處，并隨著輸出轉(zhuǎn)架的轉(zhuǎn)動(dòng)擠壓，嵌入油囊處的巴氏合金內(nèi)，與輸出轉(zhuǎn)架摩擦導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)架和軸瓦表面拉毛。沒有鑲嵌進(jìn)巴氏合金的鋼珠，當(dāng)轉(zhuǎn)子吊起時(shí)，從中分面油囊處散落到下軸瓦表面。

2 輸出轉(zhuǎn)架拉毛處理方案

2.1 輸出轉(zhuǎn)架拉毛處理方案

通過對(duì)比熱噴涂方案、車削處理方案、軸頸拋光處理方案、輸出轉(zhuǎn)架整體更換方案，最終確定采用輸出轉(zhuǎn)架整體更換方案。該方案是將嚴(yán)重拉傷的輸出轉(zhuǎn)架、行星架及軸瓦進(jìn)行零件更換，該方案的好處是能保持該處各尺寸均與設(shè)計(jì)狀態(tài)一致，保證了軸瓦等零件的互換性，消除軸瓦單配的情況。

輸出轉(zhuǎn)架內(nèi)孔直徑158 mm，與電機(jī)軸頭的過盈量為0.03 mm，圓周6個(gè)騎縫銷直徑為16 mm，長度為120 mm，過盈量為0～0.01 mm。無論是拆解還是重裝在工藝的實(shí)現(xiàn)上都有一定的難度，在前期更換輸出轉(zhuǎn)架時(shí)，均采用重新配打銷孔的方式，即輸出轉(zhuǎn)架與原發(fā)電機(jī)銷孔位置轉(zhuǎn)過一定角度的方式?？紤]到機(jī)組后續(xù)如果再次出現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)架故障，該發(fā)電機(jī)軸可能報(bào)廢，確定采用原銷孔位置重新配打的方案。由于前期并未進(jìn)行過此項(xiàng)工藝的嘗試，所以處理過程比較棘手并存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

通過分析，更換輸出轉(zhuǎn)架后，由于機(jī)組原始狀態(tài)發(fā)生改變，可能對(duì)機(jī)組的振動(dòng)性能產(chǎn)生影響，主要集中在以下2個(gè)方面。

1)汽輪發(fā)電機(jī)組整機(jī)振動(dòng)。更換輸出轉(zhuǎn)架后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與輸出轉(zhuǎn)架、行星軸、行星架再次做動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)，可能與原始動(dòng)平衡數(shù)據(jù)存在一定的差異，當(dāng)機(jī)組整機(jī)總裝完成整機(jī)運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)造成振動(dòng)偏大的問題[2-3]。

2)汽輪發(fā)電機(jī)組對(duì)中。更換軸承后，原始輸出轉(zhuǎn)架與軸瓦間的配合間隙發(fā)生改變，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行對(duì)中時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)對(duì)中超差等現(xiàn)象[4]。

針對(duì)更換輸出轉(zhuǎn)架后，機(jī)組可能存在的差異，提出如下解決措施。

1)輸出轉(zhuǎn)架在配裝過程中，嚴(yán)格控制制造尺寸，保證技術(shù)文件要求的形位公差。

2)進(jìn)一步降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與輸出轉(zhuǎn)架套裝后整體動(dòng)平衡不平衡量，動(dòng)平衡時(shí)，與原始動(dòng)平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，動(dòng)平衡結(jié)果盡可能減少不平衡量，最低要求與原始動(dòng)平衡數(shù)據(jù)一致。

綜上所述，汽輪發(fā)電機(jī)組更換輸出轉(zhuǎn)架、行星架及軸瓦后，對(duì)機(jī)組的對(duì)中性能及振動(dòng)可能會(huì)產(chǎn)生一定的影響，但可以通過進(jìn)一步提高動(dòng)平衡的精度及配磨發(fā)電機(jī)墊片重新對(duì)中得以解決。

2.2 輸出轉(zhuǎn)架更換工藝

根據(jù)實(shí)際情況多次對(duì)輸出轉(zhuǎn)架和發(fā)電機(jī)軸套裝、鉸孔、擴(kuò)孔、配銷的工藝方案進(jìn)行修改和完善，并經(jīng)過多次嘗試，最終確定的更換工藝如下。

1)對(duì)輸出轉(zhuǎn)架與發(fā)電機(jī)假軸一同打騎縫孔，然后將假軸取出，并將已打孔的輸出轉(zhuǎn)架與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行熱套。

2)熱套過程中，以一個(gè)直徑16 mm的銷孔和直徑21 mm的注油孔進(jìn)行定位，將輸出轉(zhuǎn)架上的半圓孔與軸上相應(yīng)的半圓孔對(duì)齊后，套裝到位并找正、找平。

3)套裝后依次采用直徑16.00 mm、直徑16.15 mm的鉸刀鉸孔，如果無法完成鉸孔，則采用直徑18 mm的鉸刀鉸孔。鉸孔完成后，測(cè)量各銷孔的尺寸，配銷釘，保證銷與孔配合的最大過盈量為0.01 mm。

該工藝方案避免了在發(fā)電機(jī)軸上轉(zhuǎn)角度打孔損傷發(fā)電機(jī)軸，同時(shí)更可靠地保證輸出轉(zhuǎn)架和發(fā)電機(jī)軸上的半圓孔盡可能對(duì)齊，盡可能地減小需要擴(kuò)孔的數(shù)量和擴(kuò)孔的直徑，最大限度地降低了加工、制造和后續(xù)試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)。

按照既定的工藝方案完成輸出轉(zhuǎn)架與假軸一同鉸孔的工作，鉸孔直徑見表1～表2(共計(jì)6個(gè)孔)。從表中可以看出，由于半圓孔配合良好，大部分的孔基本沒有擴(kuò)大，直徑約為16.15 mm，只有2個(gè)孔徑擴(kuò)孔至直徑18.00 mm，這一結(jié)果遠(yuǎn)好于預(yù)期，把對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和輸出轉(zhuǎn)架的影響減到最小。對(duì)銷孔配作了騎縫銷，尺寸見表3，直徑過盈量為0～0.01 mm，符合技術(shù)要求。

表1 轉(zhuǎn)出轉(zhuǎn)架與假軸加工尺寸 mm

表2 輸出轉(zhuǎn)架與電機(jī)軸銷孔直徑 mm

表3 銷釘尺寸 mm

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與輸出轉(zhuǎn)架、行星轉(zhuǎn)架裝配完成后，重新進(jìn)行了動(dòng)平衡調(diào)整試驗(yàn)，表4中顯示了該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子原動(dòng)平衡結(jié)果和本次動(dòng)平衡結(jié)果。

表4 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不平衡量記錄 g

動(dòng)平衡調(diào)整顯示，現(xiàn)轉(zhuǎn)子在動(dòng)平衡前AS端和BS端的不平衡量分別為121.00 g和86.60 g，動(dòng)平衡后AS端和BS端的不平衡量分別為1.52 g和1.96 g。轉(zhuǎn)子在動(dòng)平衡后的結(jié)果好于原機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡結(jié)果，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于技術(shù)要求中所規(guī)定的8.50 g。因此，更換輸出轉(zhuǎn)架、行星轉(zhuǎn)架后轉(zhuǎn)子不平衡量大于原轉(zhuǎn)子的風(fēng)險(xiǎn)得以消除。

動(dòng)平衡結(jié)束后，發(fā)電機(jī)復(fù)裝完成，采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)，檢查電機(jī)的靜子、轉(zhuǎn)子之間有無摩擦，測(cè)試發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下的軸承溫升。經(jīng)檢查，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間無碰擦，間隙符合要求，穩(wěn)定后軸承溫度為48 ℃，發(fā)電機(jī)狀態(tài)較好。

更換減速器軸瓦后，對(duì)輸出轉(zhuǎn)架和軸瓦的間隙進(jìn)行了調(diào)整，間隙調(diào)整完畢后，對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了對(duì)中，對(duì)中結(jié)果滿足外圓<0.05 mm、上開口<0.02 mm的技術(shù)要求，機(jī)組對(duì)中超差的風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)消除。

3 結(jié)束語

針對(duì)該船用汽輪發(fā)電機(jī)組行星齒輪減速器輸出轉(zhuǎn)架與軸瓦拉毛故障，通過原因分析，確定了整改方案。通過徹底更換輸出轉(zhuǎn)架、行星轉(zhuǎn)架和軸瓦，保證了各零件良好的匹配性，保證了軸瓦與輸出轉(zhuǎn)架的間隙，消除了機(jī)組軸瓦與輸出轉(zhuǎn)架單配的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)本次故障處理小結(jié)如下。

1)采用輸出轉(zhuǎn)架與假軸一同打孔，再將輸出轉(zhuǎn)架與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子套裝、一同鉸孔和擴(kuò)孔的方案，避免了在發(fā)電機(jī)軸上轉(zhuǎn)角度打孔，消除了損傷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的風(fēng)險(xiǎn)。

2)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與輸出轉(zhuǎn)架、行星轉(zhuǎn)架裝配完成后重新進(jìn)行了動(dòng)平衡調(diào)整試驗(yàn)，動(dòng)平衡后AS端和BS端的不平衡量分別為1.52 g和1.96 g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所規(guī)定的不平衡量≤8.50 g的技術(shù)要求。

3)發(fā)電機(jī)復(fù)裝完成后，進(jìn)行電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)試驗(yàn)，軸承溫度穩(wěn)定在48 ℃，轉(zhuǎn)子、靜子間無碰擦，狀態(tài)良好。

4)機(jī)組復(fù)裝后，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)中數(shù)據(jù)較好，滿足外圓<0.05 mm、上開口<0.02 mm的技術(shù)要求，機(jī)組對(duì)中超差的風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)被消除。