船舶一般配有左、右两台推进减速齿轮箱，旋向相反，额定输入功率2190kW,输入轴额定转速800r/min，减速比值为3.12，滑油工作温度40～50℃。
齿轮箱由上、下箱体组合而成，输入轴和输出轴水平布置(见图1)。
其中，输入轴由内轴、外轴及离合器组成，内、外轴由摩擦式离合器连接，输入内轴一端连接主机，一端连接轴带发电机(见图2);输出轴与输入轴外轴经斜齿轮啮合，经中间连接可变螺距螺旋桨。
齿轮箱输入轴各轴承位置见齿轮箱机体轴承下基座位置图((见图3)，输入轴共布置5道轴承，从主机飞轮端至轴带发电机端依次为第1～5道，第1、4、5道布置在输入轴内轴，第2、3道布置在输入轴外轴。
文中所述船舶齿轮箱故障位置在第3道轴承位置处。
二、齿轮箱故障案例
文中所述船舶进坞修理后进行航行试验，当主机在70%~90%变负荷工况运行时，右机齿轮箱输入轴后轴承温度传感器触发高温报警(设定值为75℃)，1min后齿轮箱滑油滤器油压差报警。
当时值班人员误认为是误报警，遂采取降负荷措施运行，直至齿轮箱滑油温度高报警触发，采取应急停车措施，从初次报警到应急停车故障运行大约8min。
停车后，通过拆检齿轮箱，发现以下问题:
1)输入轴第3道轴承处的轴径表面发蓝、发黑，有严重烧蚀现象，轴径表面局部出现裂纹(见图4);
2)第3道滑动轴承合金层烧融，出现剥落现象(见图5);
3)齿轮箱箱体受损部位油漆起皮，部分剥落;
4)高压滑油滤器内有大量轴瓦合金及磨削杂质。
三、齿轮箱故障分析
通过查阅5年内《轮机日志》关于右机齿轮箱运行工况记录，发现在同等工况下右机齿轮箱第3道轴承温度均高于左机齿轮箱10~12℃,其他温度无较大差异。
由此大致判断，多年前右齿轮箱的输入轴第3道滑动轴承已经存在隐患。
引起轴承烧蚀损坏的原因主要有以下几个方面:
1)润滑不良，滑油中存在磨粒、污垢及异物。
润滑油压力低或油道阻塞，轴承与输入轴之间不能形成承压油膜，润滑不良导致轴瓦局部高温，持续运转后轴承合金层脱落，进一步加剧磨损。
经检查润滑油泵、各压力调节阀、压力传感器、油道均正常，只是中间出现滤器压差高报警，是因轴瓦合金层脱落后堵塞所致，不是造成事故的主要原因，而是扩大事故损坏的原因;
2)过载。
螺旋桨缠绕缆绳、钢丝绳、渔网等杂物，造成齿轮箱突然过载所致。
经调查，故障期间螺旋桨部位无异常声音，同时主机各缸排气温度也无异常。
后经潜水勘验，螺旋桨及尾轴处清爽，排除外力因素;
3)装配间隙异常。
这种现象主要有以下3种情况:
a. 轴承与轴的配合间隙过小。
由于轴径和轴瓦烧蚀严重不能测量原配合间隙，后期轴恢复尺寸后，用塞尺测得轴与新轴瓦前端、后端配合间隙值(见表1)。
轴承座孔直径230mm,轴瓦厚度10mm，基孔制配合，轴承间隙应该在0.21±0.04mm。
分析测得数值，发现第3道轴瓦前部(主机侧)105～180°范围内间隙超差;
b. 齿轮箱连接轴系曲折值和偏移值超差。
拆除弹性联轴器，测量轴系曲折值和偏移值(见表2)齿轮箱与轴发连接法兰最大曲折值为上下侧0.08mm，最大偏移值为上下侧0.15mm;齿轮箱与主机连接法兰最大曲折值为左右侧0.04mm，最大偏移值为上下侧0.12mm，均在正常范围内;
c. 轴瓦承压面积不足或是承压点分布不均匀。
经拆检发现，轴瓦后侧(螺旋桨侧)瓦合金融化较多,为高温初始点。修理前用假轴进行着色剂检测,轴瓦前段120°～180°范围内接触不良，与前面轴瓦与轴配合间隙的判断一致。
经综合分析，确定了故障原因，第3道轴承座孔尺寸存在加工缺陷或是其他原因造成局部收口，轴瓦承压面不足造成负荷分布不均，长期运转过后轴瓦合金状态逐步恶化，最终造成该事故。
四、修理过程及工艺
1、齿轮箱箱体修复
由于此次修理从现场勘验到修理方案的选定历时较长，该过程中齿轮箱上下盖一直处于分体状态(齿轮箱下基座未动)。
由于箱体在故障中高温存在热应力，在长时间自由状态下，上下箱体平面均有不同程度变形。
箱体平面面积较大，且不宜下船修理，采用受热部位敲击释放应力、轻型高精度铝镁合金平尺着色找平、局部氩弧冷焊机焊补和砂轮机打磨的修复工艺。
2、输入轴修复
输入轴第3道轴外径最大磨损达 3mm，通过肉眼观察表面发现有多处裂纹，后经剖解发现最深裂纹处达 16.5mm。
由于电镀及热喷涂等工艺恢复尺寸的厚度有限、强度不易保证，同时采购备件周期较长、费用高，遂采取焊补裂缝及外圆、车削和磨削恢复外轴尺寸。
同时，结合合理的热处理工艺的修复工，主要实施了以下步骤。
1)前期测量外轴内部孔径、轴外径及其他轴段的直径，以便检验焊接后未焊接部位的轴径变化情况;将受损裂纹用角磨机剖开至止裂处用磁粉探伤，确定裂纹挖槽是否彻底;
2)用多种焊丝进行融合性试验，经打磨平整后进行磁粉探伤，确定焊条与外轴本体的互溶性。输入轴材质为18CrNiMo7-6，试验用316L焊条、304高铬镍钼焊条、NiGrMo-3焊条均与本体不熔，唯有结构钢焊条J507、H10Mo2与本体相熔，最终选定H10Mo2焊材;
3)机械清洗磁粉探伤的反差增强剂粉末，融溶剂擦洗欲堆焊部位。火焰慢速加热轴径至200～250℃，用￠2.4mmH10Mo2焊丝手工补裂纹槽。裂纹槽每焊接20mm长度，用凿子、锤子打击消除应力(以便保证最小的弯曲变形)，焊接期间保证轴温度在200～250℃之间，所有裂纹槽填满后，用￠4mmH1OMo2焊丝自动埋弧焊堆焊轴径表面(调小电流和送丝速度)。因该轴上部有斜齿轮，焊接过程中需密切监视齿面温度不高于220℃(防止齿硬度下降)，更不能进入250~350℃的低温回火脆性区(原齿面经过渗碳淬火、低温回火处理);
4)焊接完毕后，用石棉布包扎后缓慢冷却，冷却后上机床加工找正。车削加工堆焊轴段，留0.60~0.80mm加工余量。热处理厂进行高温600℃回火，去除焊接残余热应力(用盐浴炉回火，轴直接插入炉中，齿轮留在外部空气中)回火时密切测量齿面温度，温度过高时需吹风冷却(不高于220℃)。出炉后温度降至200℃以下后平放，放在空气流通场所快速冷却，避免高温回火脆性;
5)修复后上车床检查轴径跳动量，锤击少量矫正。
3、齿轮箱第3道轴承座孔修复
1)加工跨第1~4道轴承座孔假轴一根，轴径200mm±0.08mm(第1道座孔处)、230mm±0.08mm(第2道座孔处)、230mm±0.08mm(第3道座孔处)、260mm±0.08mm(第4道座孔处);
2)将假轴放入座孔，在第1、2道轴承处分别放一磁性百分表，轻轻吊起假轴第3道轴承处使假轴抬头，当第1道轴承处的表下沉不动，第2道轴承处的表刚抬起时，即为准确轴线位置，用塞尺测量脱空量，此值为氩弧冷焊需要焊补的座孔厚度;
3)第3道座孔用氩弧冷焊机堆焊至测量值(冷焊时不宜长时间作业，温度过高会产生应力，需边自然冷却边焊接);
4)做一个与假轴第3道轴径同样尺寸的铜基样瓦，用该样瓦瓦背着色，粗略修复焊接的座孔表面;
5)放入假轴，进行假轴着色试验，用角磨机反复修磨焊接表面(该工艺需要专业工程师操作),直至轴孔配合达到设计值(座孔两侧间隙可以比上下间隙略大0.02mm，更容易形成楔形油膜)。
以上修复工艺完成后，制定了试车方案，并根据不同风险设置了专人监控点，遇到异常状况立即停车。
五、结束语
目前，文中所述船舶齿轮箱经修复后已经降负荷(不超过50%)安全运转2000h，通过对第3道轴承温度密切观察，各工况下该轴承温度比修复前降低 10℃。修复的输入轴轴径表面经3次(每次运转500h)磁粉探伤均无裂纹，塞尺测量轴承间隙无明显变化。经拆检齿轮箱高压滤器，内部状况良好，润滑油铁谱分析各指标正常。船舶齿轮箱损坏后，修理工期长、难度大、费用高。
在船舶运行中，需要密切关注轴承温度，温度突然变化要及时停车拆检，防止因局部部件的损坏造成更大的损失。
滑动轴承在运转中如发现轴承过热、胶合，应立即停车检查，最好使转子在低速下继续运转，或继续供油一段时间，直到轴瓦冷却下来为止。在该案例中，出现因轴瓦高温报警时，没有及时停车对设备造成了极大损伤，在轮机管理中需要注意。
