船舶CPP系統(tǒng)海試典型故障及解決方案

亢宗楠

摘 要：本文通過兩例可調(diào)螺距螺旋槳海試典型故障，對(duì)可調(diào)距螺旋槳內(nèi)部的潤(rùn)滑方式進(jìn)行分析，總結(jié)了兩種類型可調(diào)螺距槳安裝時(shí)的注意事項(xiàng)，為今后類似的軸系安裝提供參考。

關(guān)鍵詞：可調(diào)螺距螺旋槳；軸系安裝

中圖分類號(hào)：U664.33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： In this paper， through two typical failure cases at the sea trials of controllable pitch propeller， the internal lubrication method of the propellers is analyzed， matters needing attention in the installation of the two types of controllable pitch propeller are summarized to provide the reference for the similar shafting installation.

Key words： Controllable pitch propeller； Shafting installation

1 引言

可調(diào)螺距螺旋槳，也稱可變螺距螺旋槳、可控螺距螺旋槳、變距螺旋槳、可調(diào)槳、調(diào)距槳等。英文是Controllable pitch propeller，簡(jiǎn)稱CPP。它可通過轂內(nèi)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋槳葉，以調(diào)節(jié)螺距來適應(yīng)各種工況。可調(diào)螺距螺旋槳通?？稍诖榜{駛臺(tái)上遠(yuǎn)距離操縱，在自由航行狀態(tài)和拖曳航行狀態(tài)下均可充分發(fā)揮主機(jī)功率。此外，還具有較好的加速及制動(dòng)性能。

可調(diào)螺距螺旋槳適用于載荷變化較大的拖船、漁船、挖泥船和破冰船等.但可調(diào)距槳內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，潤(rùn)滑方式不一，本文通過兩例可調(diào)距槳海試故障，分析不同類型的槳轂內(nèi)部潤(rùn)滑方式及安裝時(shí)需要關(guān)注的重點(diǎn)工作。

2 海試故障描述

事例1：2011年5月，某58.7 m多用途拖輪進(jìn)行了海試，該拖輪采用ZF MARINE雙機(jī)雙槳推進(jìn)系統(tǒng)，尾軸管采用油潤(rùn)滑方式，尾管潤(rùn)滑油需進(jìn)入槳轂對(duì)槳轂內(nèi)部滑塊進(jìn)行潤(rùn)滑。海試過程中，在做完主機(jī)100%負(fù)荷后，CPP調(diào)整螺距出現(xiàn)卡滯的故障，當(dāng)駕駛室給出DP信號(hào)后OD-BOX螺距調(diào)整沒有反應(yīng)，多次試驗(yàn)后問題仍舊存在。2011年6月進(jìn)塢檢查，發(fā)現(xiàn)槳轂內(nèi)部控制槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)的滑塊燒毀、槳轂內(nèi)部沒有潤(rùn)滑油，并發(fā)現(xiàn)少量的潤(rùn)滑油脂有燒焦的痕跡。顯然，問題出現(xiàn)在尾管的潤(rùn)滑油無(wú)法正常進(jìn)入槳轂內(nèi)部進(jìn)行潤(rùn)滑，導(dǎo)致滑塊卡滯。由于情況嚴(yán)重，將槳轂整體拆下后運(yùn)至工廠進(jìn)行檢修，更換密封部件，并將損壞件更換，擴(kuò)大滑油進(jìn)入槳轂內(nèi)部的間隙。修復(fù)完成回裝后，順利進(jìn)行了海試。

事例2：2016年10月，某8 000 HP破冰船進(jìn)行了預(yù)試航，該船同樣采用CPP雙機(jī)雙槳推進(jìn)系統(tǒng)，在進(jìn)行螺距調(diào)整試驗(yàn)時(shí)也出現(xiàn)了卡滯現(xiàn)象，不同的是這條船尾軸管潤(rùn)滑方式是水潤(rùn)滑，槳轂內(nèi)部滑塊潤(rùn)滑為系統(tǒng)內(nèi)部的潤(rùn)滑油。海試出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象后，在碼頭進(jìn)行故障排查，對(duì)液壓動(dòng)力單元、中間軸內(nèi)油管單向閥、OD-box都進(jìn)行了拆檢，最終確定問題出現(xiàn)在槳轂內(nèi)部。進(jìn)塢拆檢發(fā)現(xiàn)槳轂內(nèi)部出現(xiàn)大量油水混合物，并確定水是由槳轂端面進(jìn)入槳轂內(nèi)部，油乳化后滑塊出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。將槳轂整體拆下后運(yùn)至工廠進(jìn)行檢修，更換密封部件并將損壞件更換，在槳轂端面增加一個(gè)法蘭密封，防止外部水進(jìn)入槳轂內(nèi)部。修復(fù)完成回裝后，順利進(jìn)行了海試。

3 故障分析

上述兩例海試故障現(xiàn)象都是槳轂內(nèi)部滑塊卡滯，但造成卡滯的原因卻不一樣。在分析故障之前，我們先了解一下整個(gè)CPP的結(jié)構(gòu)原理，才能更透徹的分析出現(xiàn)問題的原因。

由圖1可以看出，推進(jìn)系統(tǒng)一般由螺旋槳總成、尾軸、中間軸、齒輪箱組成，主機(jī)輸出軸帶動(dòng)齒輪箱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪箱軸帶動(dòng)中間軸及尾軸螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)距槳裝置由槳葉、槳轂總成、配油器、液壓及電控系統(tǒng)等五大系統(tǒng)組成。圖2、圖3顯示，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，螺旋槳螺距的變化是通過液壓?jiǎn)卧獙⒁簤河蛡魉徒o配油器，再由配油器通過中間軸內(nèi)部?jī)?nèi)油管傳送到槳轂內(nèi)部油缸活塞。由圖4可以看出，液壓油進(jìn)入槳轂后，高壓部分推動(dòng)油缸前后運(yùn)動(dòng)，油缸的前后運(yùn)動(dòng)通過滑塊帶動(dòng)槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)。滑塊與槳轂之間通過潤(rùn)滑油產(chǎn)生油膜，以使得滑塊與槳轂之間的滑動(dòng)順暢，避免干摩擦。

仔細(xì)分析圖2液壓油走向圖可知，事例1和事例2槳轂內(nèi)滑塊潤(rùn)滑的最大區(qū)別在于：事例1 沒有液壓重力油柜，液壓?jiǎn)卧M(jìn)入配油器的液壓油只有A路和B路，分別是控制正倒車的，而滑塊潤(rùn)滑的C路潤(rùn)滑油則是由尾管滑油通過尾密封進(jìn)入槳轂內(nèi)進(jìn)行潤(rùn)滑；而事例2則是有帶液壓重力油柜，液壓?jiǎn)卧M(jìn)入配油器的液壓油有A路、B路和C路，其中A路和B路是控制正倒車，C路則是CPP內(nèi)液壓油瀉放進(jìn)入重力油柜，控制正倒車的A路和B路在操縱螺距過程中，瀉放一部分油通過內(nèi)油管外壁直接進(jìn)入槳轂，液壓油充當(dāng)潤(rùn)滑油。事例2液壓系統(tǒng)和槳轂內(nèi)潤(rùn)滑是一套獨(dú)立和封閉的系統(tǒng)，不需要借助其他系統(tǒng)來完成潤(rùn)滑，而事例1中的潤(rùn)滑卻需要借助尾管滑油來進(jìn)行潤(rùn)滑。

圖5和圖6分別為事例1和事例2的槳轂內(nèi)部構(gòu)造圖。由圖5可知，槳轂滑塊的潤(rùn)滑油通過尾密封和尾管內(nèi)部滑油相聯(lián)通，尾管內(nèi)滑油通過尾密封進(jìn)入槳轂內(nèi)部，對(duì)槳轂滑塊進(jìn)行潤(rùn)滑?？蓡栴}就出在推進(jìn)系統(tǒng)供應(yīng)商在車間裝配槳轂時(shí)，槳轂內(nèi)倒角位置間隙太小，將滑油需要進(jìn)過的路徑卡死，導(dǎo)致滑油無(wú)法進(jìn)入，在槳轂沒有潤(rùn)滑的情況下，干磨造成滑塊卡死。

由圖6可知，該船槳轂內(nèi)潤(rùn)滑是一套相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)有部分液壓油可以作為滑油進(jìn)行潤(rùn)滑。但該船推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員沒有注意到，該船尾管潤(rùn)滑方式是開式水潤(rùn)滑，而整套CPP軸系總成卻只適用于閉式油潤(rùn)滑，因?yàn)闃灪蠖嗣鏋殚_式設(shè)計(jì)，尾管內(nèi)的介質(zhì)會(huì)通過槳轂端面進(jìn)入槳轂內(nèi)部。由于這一疏忽，設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)單的套用了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙，海水不斷的通過槳轂后端面進(jìn)入槳轂，將整個(gè)CPP及槳轂內(nèi)液壓油乳化，槳轂內(nèi)液壓油失去潤(rùn)滑效果，造成干摩擦直至無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。

4 船廠在安裝過程中的注意事項(xiàng)

上述兩例海試故障都是由制造廠商在生產(chǎn)和設(shè)計(jì)方面的缺陷造成，雖然是由供應(yīng)商的原因造成，但船廠在安裝方面如果做好檢查工作，則會(huì)將損失降到最小：

（1）在供應(yīng)商做產(chǎn)品FAT時(shí)，船廠和船東代表要盡可能參與，盡量將問題暴露在萌芽狀態(tài)；

（2）在安裝時(shí)，特別是下水前要和軸系供應(yīng)商技術(shù)人員進(jìn)行密切溝通，對(duì)軸系廠家提供的安裝說明書內(nèi)有疑問的，需書面明確；

（3）軸系安裝報(bào)驗(yàn)完，加油時(shí)需打開槳轂處悶塞放氣。下水前加完滑油后，要等待24小時(shí)，打開槳轂悶塞檢查是否有滑油溢出，如果沒有油溢出，需排除故障后才能下水。

5 結(jié)語(yǔ)

推進(jìn)系統(tǒng)是船舶的心臟，如果推進(jìn)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則船舶無(wú)法運(yùn)行。由于種種原因，我國(guó)推進(jìn)系統(tǒng)裝備大量依賴進(jìn)口，世界幾大推進(jìn)系統(tǒng)供應(yīng)商，從原材料采購(gòu)、軸系設(shè)計(jì)到生產(chǎn)加工，直至裝配完提供給船廠安裝，都是由好幾個(gè)部門，甚至是好幾個(gè)國(guó)家的工廠聯(lián)合完成，可想而知，成千上萬(wàn)的零件組裝到一起，出現(xiàn)問題的幾率是成倍的增加。供應(yīng)商的失誤造成的損失，最終也會(huì)轉(zhuǎn)嫁給船廠，所以如何做到防微杜漸，將廠商的錯(cuò)誤盡早地發(fā)現(xiàn)，是需要突破的瓶頸。

參考文獻(xiàn)

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