可调桨推进系统故障原因分析

第２３卷第３期　中国修船　ＣＨＩＮＡ　ＳＨＩＰＲＥＰＡＩＲ　Ｖ０ｌ＿２３　Ｎｏ．３　２０１０年６月　Ｊｕｎ．２０１０　可调桨推进系统故障原因分析　吴丽发　（中国石化股份胜利油田分公司海洋石油船舶中心，山东龙ｉ３　２６５７００）　摘要：通过对某轮可调桨推进系统的电气控制系统和液压系统的检查分析，揭示了该推进系　统齿轮箱螺距油压和离合油压压力偏低以及螺距失控故障的根本原因，为制订推进系统修复方案　提供了依据。　关键词：推进系统；调距桨；故障　中图分类号：Ｕ６７２　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００１—８３２８（２０１０）０３—００１３—０２　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ　ｃｈｅｃｋｉｎｇ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｎｇ　ｔｏ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　０ｆ　ｔｈｅ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｍａｒｉｎｅ　ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ．ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｒｅｖｅａｌｓ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｌｅａｄｉｎｇ　ｔｏ　ｌｏｗｅｒ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｏｎ　ｐｉｔｃｈ　ｏｉｌ　ｐｒｅｓ－　ｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｃｌｕｔｃｈ　ｏｉｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｏｆ　ｇｅａｒｂｏｘ　ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｍａｋｉｎｇ　ｒｅｐａｉｒ　ｐｌａｎ　ｏｆ　ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ；ｆａｕｌｔ　０　引言　某轮推进系统为：两台主机通过减速齿轮箱带　动中间轴、艉轴及可变螺距螺旋桨，采用正车舵。　１推进系统故障现象　该轮航行期间，曾出现左推进系统齿轮箱螺距　油压和离合油压压力偏低以及螺距失控的故障现　象。具体现象为：６月１９日，值班人员发现左齿　轮箱螺距油压和离合油压压力偏低现象，分别为　１．０　ＭＰａ和１．５　ＭＰａ，而正常压力分别是２．０　ＭＰａ　和２．５　ＭＰａ，并且离合器不能合排，船方重新启动　主机后油压恢复正常，离合器工作也恢复正常，但　未找到造成齿轮箱螺距油压和离合油压压力偏低的　根本原因；７月１１日，值班人员又发现左主机齿轮　两主机采用瓦锡兰产品，型号为６Ｌ２６Ａ，功率为１　８６０　ｋＷ×２台；齿轮箱采用德国ＲＥＩＮＴＪＥＳ公司产　品，型号为ＬＡＦ３４４５Ｋ４１，减速比３．６４：１，液压离　合器耦合，带ＰＴＯ输出驱动轴带发电机；桨轴采　用荷兰ＬＩＰＳ公司产品，型号为ＩＰＰ７１—３４４，由１　根螺旋桨轴和２根中间轴组成，螺旋桨轴与中间轴　之间由ＦＣ型可拆卸式法兰无键联轴节连接，螺旋　桨转速为２７５　ｒ／ｍｉｎ；螺距伺服单元主要由ＯＤ—　ＢＯＸ和内外油管构成，ＯＤ—ＢＯＸ型号为ＶＬ８０一　箱螺距油压和离合油压压力偏低现象，分别为１．０　ＭＰａ和１．７　ＭＰａ，并且离合器不能合排，经检查活　络安全阀，油压基本恢复正常（但仍偶有偏低现　象），船方认为安全阀卡阻是导致螺距油压和离合　油压压力偏低的原因。排查该故障后在主机未启动　Ｃ，安装在齿轮箱的主动力输出轴前端，主要作用　是进行各油路控制，螺距设定油路及桨毂润滑油路　通过ＯＤ—ＢＯＸ中的３道密封环进行隔离，然后通　过衬套上不同的油孔进行油路控制。该轮在航行期　间曾出现左推进系统螺距油压和离合油压压力偏低　的情况下先采用备用泵系统进行试验，离合器合排　及调节螺距均正常；之后启动主机继续进行试验，　以及螺距失控故障，本文通过检查分析、揭示了该　离合器可以正常合排，但离合器合排后出现手柄操　纵螺距失灵（螺距不动）现象，在集控室遥控操　作时螺距向倒车方向迅速自动增加至最大（即：　推进系统故障的根本原因，为制订推进系统修复方　案提供了依据。　作者简介：吴丽发（１９７６．），男，福建漳州人，工程师，学士，主要从事船舶设备管理工作。　・１３・　２０１０年第３期　中国修船　第２３卷　螺距向某一方向（正车或倒车）迅速自动移动）　且螺距无法回调，采用机旁手操螺距亦不能调节螺　低或螺距失控。为此，我们对液压系统中关键液压　元件及外围相关设备进行逐一检查分析。　距，此时机旁和遥控操作螺距均处于失控状态。　（１）鉴于最初出现的故障现象是齿轮箱螺距　油压和离合油压压力偏低，我们首先检查影响油压　的几只调压阀，并更新安全阀１只，检查后试验，　螺距油压达到４．５　ＭＰａ，调整后螺距油压降至２．０　２查找分析故障原因　该轮推进系统采用目前广泛应用的４冲程柴油　机一可调螺距螺旋桨推进系统。可变螺距螺旋桨　（简称调距桨或可调桨）就是通过设置于桨毂中的　操纵机构，改变螺旋桨叶片角度，在发动机不换向　ＭＰａ，启动主机进行合排试验，操纵螺距时压力为　３．０～１０．０　ＭＰａ，但螺距仍不能改变，可见，螺距　失控并非调压阀、安全阀卡阻所致。　（２）我们拆检减压阀发现阀芯有严重的拉毛　现象，经对阀芯进行了磨光处理装复后重新安装到　左齿轮箱上进行试验，螺距压力稳定在２．０　ＭＰａ，　的情况下，实现正车、倒车、停车以及速度变化。　调距桨不但操纵性好，而且在各种工况下机桨配合　特性好、推进效率高，从而节约能源和生产经营成　本，为船东所青睐。因此，调距桨在各种类型的船　离合油压稳定在２．５　ＭＰａ，启动主机合排，操纵螺　距时，压力为２．０～１０．０　ＭＰａ，螺距没有变化；不　操作时压力为２．０—５．０　ＭＰａ波动，频率较快，正　常情况下该压力应该稳定在２．０　ＭＰａ，只有在变螺　距时螺距操纵阀打开压力才会上升，且变螺距结束　压力会重新稳定在２．０　ＭＰａ；还有种情况就是补偿　舶上都得到广泛的应用，尤其适用工作拖轮，其基　本原理如图１所示。　图１可变螺距螺旋桨基本原理图　系统中的泄漏用以保持螺距时螺距操纵阀打开压力　上升，但是此种情况要相当长时间才会补偿一次，　象这样压力来回迅速波动的情况属不正常。通过检　查试验，我们认为减压阀卡阻导致齿轮箱离合器及　我们结合调距桨基本工作原理和本次推进系统　故障现象进行初步分析，认为电气控制系统故障或　液压系统中调压阀、安全阀、减压阀、油分配箱、　伺服油缸等元部件故障，均有可能引起该轮左推进　系统齿轮箱螺距油压和离合油压压力偏低以及螺距　失控故障。照此思路，我们由易到难对可能导致本　次推进系统故障的各种因素进行了逐一排查分析，　具体如下。　１）电气控制系统方面。电气控制系统故障有　螺距油压偏低、离合器不能合排的原因。另外，减　压阀阀芯有严重的拉毛现象，说明液压系统已经受　到污染。　（３）我们检查齿轮箱滤器发现有黑色金属钻　孔屑及大量铜末；接着拆检所有齿轮箱油管系，发　现在油泵出口的单向阀中也存在黑色金属钻孔屑；　可能导致螺距向某一方向（正车或倒车）迅速移　动，主要可能是出现换向电磁阀卡阻不回位或螺距　随后拆检滑油冷却器也发现了大量的黑色金属钻孔　屑。这些现象进一步验证了液压系统已经受到严重　污染的判断。根据对系统各部件材料的分析，初步　认为系统污染物（黑色金属钻孔屑）是齿轮箱制　造装配时未清除干净的残余物。由于液压系统受到　严重污染，我们认为液压系统内部运动部件可能已　经出现异常磨损，导致系统各运动部件之间配合间　控制电磁阀失控等局部故障。我们分别检查了左推　进系统换向电磁和螺距控制电磁阀，未发现它们工　作异常。为了进一步确认验证换向电磁和螺距控制　电磁阀工作正常，我们将左推进系统换向电磁和螺　距控制电磁阀与右推进系统更换试验，左推进系统　仍然出现螺距失控现象，而右推进系统工作正常。　为此，我们判断左推进系统螺距失控与电气控制系　隙增大、油路串通泄漏从而引起螺距控制失控，但　还需进一步检查验证。　统无关，是液压系统故障引起。　２）液压系统方面。我们排除电气故障的可能　性后，专心研究液压系统工作原理，认为液压系统　中调压阀、安全阀、减压阀、油分配箱、伺服油缸　等元部件一处或多处故障均有可能导致系统油压偏　・（４）我们对ＯＤ—ＢＯＸ进行全面解体检查，发　现其３道密封铜环及衬套严重磨损，铜环有很深的　螺纹状划痕，铜环与衬套的间隙已超过０．２　ｍｍ，３　道铜环已失效，又一次印证了液压系统受到严重污　染的判断。　（下转第１８页）　１４・　２０１０年第３期　中国修船　第２３卷　齿轮箱输入轴的转速为６２０　ｒ／ｍｉｎ，Ｉ—ＩＩ级减　２）输出轴与工作轴通过齿形联轴节联接，该　种型式联轴节允许两轴线的同轴度有较大的变化。　但在实际轴线找正时，应尽量将轴线偏差控制在较　小范围内，以减小工作时联轴节齿面的不必要磨损　和减小支撑轴承额外增加的负荷。　３）轴承套筒及轴承内外圈，均是薄壁零件，　其尺寸受温度变化的影响较大。测量时，必须在同　一速比约为０．２５７，正传动ＩＩ—ＩＩＩ级间的减速比为　０．２４６，逆传动ＩＩ—ＩＩＩ级间的减速比约为０．７５，因　此正传动输出转速约为３９．０６　ｒ／ｍｉｎ，逆传动输出　转速约为１　１９．４７　ｒ／ｍｉｎ。工作齿轮正传动时的转速　约为１．２　ｍ／ｓ，逆传动时约为３．６８　ｍ／ｓ，它们均小　于１０　ｍ／ｓ，属低速传动。　如果齿轮副是油润滑，则保证低速传动正常润　滑所需的最小侧隙为０．３０，而工作齿轮副是露天传　动，工作时用甘油润滑，故间隙应加大至０．６０　ｍｍ　左右。工作齿轮副的中心距约为１　８００　ｍｍ，假设　温度环境下测量各配合零件的尺寸，以消除温差　变化对配合尺寸带来的不利影响。　７　结论　主减速齿轮箱输出轴经恢复尺寸上船安装后，　作运转试验。整个运转过程平稳、顺畅，完全消除　齿轮工作温度与标准温度相差２０℃，则保证变形　的最小侧隙约为０．２７　ｍｍ，因此工作齿轮副的侧隙　最好保持在０．６０＋０．２７＝０．８７　ｍｍ左右，最小不　能小于０．５７　ｍｍ。　了修前存在的非正常磨损问题，为船东解决了老大　难问题，并创造了可观的经济效益，受到船东高度　肯定和好评。　参考文献　６安装时注意事项　１）轴承２３０２８Ｅ安装时，绝对不能伸出轴承　［１］杨可祯，等．机械设计基础［Ｍ］．高等教育出版社，　１９７９．　套筒端面，否则轴承的内外圈与气胀离合器内摩擦　筒的端面全接触，会导致逆传送时传动功能的丧　失。　［２］廖念钊，等．互换性与技术测量［Ｍ］．中国计量出版　社。１９８９．　收稿日期：２０１０一Ｏ１　（上接第１４页）　从调距桨基本工作原理分析，如果系统其他部分工作　正常，ＯＤ—ＢＯＸ密封环失效导致正倒车油路串油，　引起正、倒车变螺距失效，但不会引起螺距自动向某　一（黑色金属钻孔屑）和系统各部件材料的分析，认　为系统污染物（黑色金属钻孔屑）是齿轮箱制造　装配时未清除干净的残余物。　方向（倒车或正车）方向迅速移动。因此，ＯＤ—　ＢＯＸ密封环失效不是本次故障的根本原因。　３　结论　综上检查分析，我们认为本次齿轮箱螺距油压　（５）我们通过对齿轮箱各系统进行检查，找　到了齿轮箱离合器及螺距油压偏低的故障原因，同　时发现液压系统受到严重的金属污染，为了查明故　和离合油压压力偏低以及螺距失控故障的根本原因　是：系统残存金属污染物，致使各运动部件和阀件　障的根本原因，我们拆检了桨毂和轴系，发现桨毂　内的变距油缸已严重磨损，活塞及缸套表面布满很　深的划痕（深度０．２～０．３　ｍｍ），活塞与缸套之间　出现异常磨损所致。即：液压系统因受到齿轮箱制　造装配时未清除干净的金属残余物的严重污染，减　压阀阀芯严重拉毛卡阻导致了齿轮箱离合器及螺距　的配合间隙明显增大，正倒车油腔严重串油，印证　了液压系统受到严重的金属污染。　油压偏低、离合器不能合排；ＯＤ—ＢＯＸ中３道密　封环失效、桨毂内变距油缸及活塞的过度磨损，正　倒车油路油腔严重串油，导致螺距失控。　收稿日期：２００９—１１　以上各运动部件和阀件出现异常磨损，其根源　是液压系统受到严重的金属污染，通过对污染物　・１８・