可調(diào)槳使用與故障處理

劉 軍

可調(diào)槳使用與故障處理

劉 軍

自第一臺(tái)可調(diào)槳問(wèn)世以來(lái)，由于技術(shù)上還不夠成熟，其應(yīng)用也不廣泛。后來(lái)可調(diào)槳隨著機(jī)械制造、液壓技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是遙控技術(shù)的應(yīng)用而日趨完善，由于其靈活機(jī)動(dòng)性好，在一些領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

向陽(yáng)紅09船作為國(guó)內(nèi)最早的科學(xué)考察船之一，于1983年最先應(yīng)用了從瑞典引進(jìn)的卡梅瓦(KAMEWA)可調(diào)槳,型號(hào)為79KS/4,為四葉槳，直徑3130mm，設(shè)計(jì)的功率為6615Kw,對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為200rpm。

可調(diào)槳的槳葉與槳轂中支持槳葉的承座相連接，通過(guò)槳轂中的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)操縱槳葉旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力則由液壓、機(jī)械、電力等不同方式輸出?？烧{(diào)槳在不同工況下充分利用主機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速，對(duì)于槳葉負(fù)荷的變化適用性較好，可使船-機(jī)-槳處于良好的匹配狀態(tài)。

1 可調(diào)槳的特點(diǎn)

與一般的定距槳相比，可調(diào)槳具有以下優(yōu)點(diǎn)：①對(duì)船舶航行條件適應(yīng)性強(qiáng)。在航行條件改變的情況下，可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋槳的螺距比H/D即可使轉(zhuǎn)矩保持不變，就可使主機(jī)保持發(fā)出最大的功率的能力，因此船舶可獲得較高的航速并獲得較大的推力。②動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性好。相對(duì)于定距槳，可調(diào)槳可以兼顧螺旋槳效率和主機(jī)燃油消耗率，尤其是在非工況下獲得較好的經(jīng)濟(jì)性。③提高了船舶的機(jī)動(dòng)性。除了靠改變主機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)船舶航速，還可以借助螺旋槳葉片角度的改變實(shí)現(xiàn)正車(chē)、倒車(chē)、停車(chē)及航速變化，并且換向時(shí)間短、反向推力大，可實(shí)現(xiàn)船舶的無(wú)級(jí)調(diào)速。④有利于驅(qū)動(dòng)輔助負(fù)載。主機(jī)以恒定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)使用軸帶發(fā)電機(jī)或使用軸帶設(shè)備的船舶非常有利。⑤延長(zhǎng)了發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。由于可調(diào)槳的變螺距功能減少了主機(jī)起、停及改變轉(zhuǎn)速的次數(shù)，由此減少了運(yùn)動(dòng)部件的磨損和受熱部件的熱疲勞損壞，并且簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，大大延長(zhǎng)了主機(jī)的壽命，減少主機(jī)的維修時(shí)間和維修費(fèi)用。⑥便于實(shí)現(xiàn)遙控。遙控功能強(qiáng)大、操作方便，駕駛員可以在駕駛臺(tái)直接操縱手柄進(jìn)行可調(diào)槳的螺距調(diào)節(jié)。

與一般的定距槳相比，可調(diào)槳具有以下缺點(diǎn)：①可調(diào)槳及軸系由于要安裝螺距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及遙控系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)比定距槳高。②由于槳轂中的轉(zhuǎn)葉機(jī)構(gòu)零件尤其是運(yùn)動(dòng)部件多，可靠性不如定距槳，同時(shí)維護(hù)保養(yǎng)困難，一旦損壞必須進(jìn)塢進(jìn)行修理。③在相同情況下，調(diào)距槳由于槳轂部位結(jié)構(gòu)較定距槳復(fù)雜，使得轂徑比（d/D）較大，在相同的設(shè)計(jì)工況下，其效率要比定距槳低1% ～ 3%。④由于葉根厚度增大，使槳葉根部容易產(chǎn)生空泡腐蝕。

2 可調(diào)槳調(diào)節(jié)方式的分類(lèi)

可調(diào)槳在進(jìn)行螺距調(diào)節(jié)時(shí)大多依靠槳葉底部的曲柄機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而在完成曲柄機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)過(guò)程中所采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)有很多種，根據(jù)不同的歸納方法，有以下分類(lèi)。

2.1 根據(jù)執(zhí)行螺距調(diào)節(jié)的控制器安置部位進(jìn)行分類(lèi)

2.1.1 在可調(diào)槳槳?dú)?nèi)部的可調(diào)槳

液壓油通過(guò)螺旋槳推動(dòng)軸進(jìn)入操調(diào)執(zhí)行器，執(zhí)行器中活塞兩側(cè)的受力情況將由液壓系統(tǒng)給定的液壓油走向來(lái)確定?；钊?活塞桿-十字頭連接滑塊這一組合件的左、右位移或停止不動(dòng)將如同曲柄-滑塊機(jī)構(gòu)一樣使螺旋槳的螺距得到調(diào)節(jié)。

2.1.2 在推進(jìn)軸中空結(jié)構(gòu)內(nèi)的可調(diào)槳

通過(guò)變量柱塞泵的徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)所造成容積的不同變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油和排油過(guò)程，由于偏心環(huán)受到外加控制動(dòng)作而有上、下偏移時(shí)就會(huì)改變吸、排油的走向，從而使油泵提供的液壓油可以對(duì)螺距進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.1.3 在推進(jìn)器裝置外側(cè)的可調(diào)槳

此種設(shè)計(jì)一般有兩種，一種是單獨(dú)設(shè)置的可調(diào)槳操調(diào)控制，這種方式比較簡(jiǎn)單，在推進(jìn)裝置中除了螺旋槳推進(jìn)軸以外，就是在其內(nèi)孔中附設(shè)螺距調(diào)節(jié)軸，使整個(gè)推進(jìn)裝置都是機(jī)械結(jié)構(gòu)，工作安全可靠，一般不需要維修；另一種設(shè)計(jì)和在推進(jìn)軸中空結(jié)構(gòu)內(nèi)的可調(diào)槳的調(diào)節(jié)相類(lèi)似。

2.2 根據(jù)所采取的技術(shù)措施進(jìn)行分類(lèi)

可分為以下四種：①機(jī)械式。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，工作可靠，但是比較笨重，很少單獨(dú)使用。②氣-液式。設(shè)備技術(shù)要求不高，且易于維護(hù)保養(yǎng)，以空氣作為信息傳遞介質(zhì)，氣-液之間的信息變換可以得到足夠的驅(qū)動(dòng)功率，目前應(yīng)用較多。 ③電-液式。從操控指令到液壓機(jī)構(gòu)全部采用電氣信息的傳輸方式，然后通過(guò)電-液信息變換以控制給出的螺距調(diào)節(jié)。④電-氣式。容易滿足各種功能的技術(shù)要求，除了隨意控制螺距外，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)負(fù)荷控制、手動(dòng)遙控以及機(jī)側(cè)手操功能。在電-氣遙控裝置中常常要輔以齒輪傳動(dòng)、可控驅(qū)動(dòng)電機(jī)等設(shè)備。具有很大的優(yōu)越性，目前應(yīng)用較多。

2.3 根據(jù)主機(jī)轉(zhuǎn)速的不同運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分類(lèi)

可分為以下兩種：①主機(jī)轉(zhuǎn)速保持定值。此類(lèi)可調(diào)槳遙控大都附設(shè)軸帶發(fā)電機(jī)等動(dòng)力裝置。 ②主機(jī)轉(zhuǎn)速是可調(diào)的。主機(jī)轉(zhuǎn)速和螺距調(diào)節(jié)同時(shí)協(xié)調(diào)進(jìn)行，比主機(jī)轉(zhuǎn)速保持定值更加節(jié)油，但不能驅(qū)動(dòng)軸帶發(fā)電機(jī)，從而影響主機(jī)的潛力發(fā)揮。

3 可調(diào)槳的組成

可調(diào)槳主要由可調(diào)槳部分、軸系部分、調(diào)距部分、伺服液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)等五部分組成。

可調(diào)螺距螺旋槳包括槳葉和槳轂，安裝有四個(gè)槳葉的槳轂用螺栓連接在螺旋槳軸后端整段法蘭上，在法蘭和槳轂的圓周上還配有軸向銷(xiāo)軸，用以將螺旋槳軸的扭矩傳至螺旋槳。并帶有密封圈和注入礦物油脂的法蘭端蓋來(lái)保護(hù)螺栓和銷(xiāo)軸。

傳動(dòng)軸部分由螺旋槳軸和配油軸組成，兩者用套筒聯(lián)軸器相連。中空的傳動(dòng)軸既可以將主機(jī)輸出的動(dòng)力傳遞到螺旋槳，又可以作為回油通道。配油軸可以將液壓油供應(yīng)到兩個(gè)通道，液壓油分別進(jìn)入到伺服活塞首部或尾部的液壓油腔。此外，輸油管還通過(guò)反饋桿連接伺服活塞和配油器旁的反饋機(jī)構(gòu)，它用來(lái)傳遞伺服活塞和槳葉的位置信號(hào)。

調(diào)距部分包括產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)槳葉動(dòng)力的伺服油缸、伺服活塞、分配壓力油給伺服油缸的配油器、槳葉位置反饋裝置及其附屬設(shè)備等。

可調(diào)槳的伺服液壓系統(tǒng)主要由伺服油箱、兩臺(tái)液壓油泵、管件、控制閥組、濾器、冷卻器和保護(hù)元件組成。

可調(diào)槳遙控部分主要由駕駛臺(tái)操縱面板、集控室操縱面板、主控制箱、螺旋槳伺服電子裝置。通過(guò)對(duì)手柄的動(dòng)作，可以使可調(diào)槳的螺距發(fā)生改變，并將可調(diào)槳實(shí)際的螺距值顯示在相應(yīng)的儀表上。

4 可調(diào)槳常見(jiàn)故障分析

4.1 液壓系統(tǒng)故障

4.1.1 重力油柜溢油

造成用于艉軸管密封供油的重力油柜溢油的主要原因是槳轂伺服液壓系統(tǒng)的高壓密封損壞。因此解決辦法是：①打開(kāi)艉軸密封油柜和泄放油柜間的三位旁通閥。②在下次進(jìn)塢維修時(shí)更換槳轂內(nèi)高壓密封。

4.1.2 液壓油向外溢流

這一現(xiàn)象可以通過(guò)測(cè)量重力油柜和伺服油柜得知，發(fā)現(xiàn)油位降低則說(shuō)明油溢出了。在測(cè)量油柜液位時(shí)應(yīng)注意，油柜的液位在泵運(yùn)行或停止?fàn)顟B(tài)時(shí)會(huì)有變化。漏油一般發(fā)生在伺服油柜、密封環(huán)、艉軸管接頭、熱交換器以及槳轂密封等處。

4.1.3 配油環(huán)漏油

造成配油環(huán)漏油的主要原因是配油環(huán)白合金軸承或槳軸與斷距環(huán)間的O型圈損壞，解決方案是確定并更換出現(xiàn)故障的白合金軸承或O型圈。

4.1.4 水分滲入液壓油中

檢查海水滲入的方法有兩種:化驗(yàn)檢查液壓油和測(cè)量循環(huán)油柜的油位變化。海水滲入有以下原因：①?gòu)妮S管密封環(huán)處漏入并在管接頭處或損壞處滲進(jìn)海水。②從槳轂滲入。首先發(fā)現(xiàn)并更換艉軸管密封損壞處，發(fā)現(xiàn)并更換槳葉密封損壞處；另外還應(yīng)注意，應(yīng)及時(shí)打開(kāi)液壓油冷卻器放殘閥，當(dāng)確定冷卻淡水滲入液壓油時(shí)應(yīng)及時(shí)更換冷卻器，作為臨時(shí)措施，可以在水分含量達(dá)到5%左右時(shí)更換艉軸管油。

4.2 螺距控制故障

4.2.1 螺距不穩(wěn)定

這種故障多為系統(tǒng)中有空氣，鎖閉閥漏油，或調(diào)節(jié)油缸內(nèi)部漏油。也可能是反饋系統(tǒng)故障，如滾輪或可變電阻損壞，推進(jìn)系統(tǒng)故障，死區(qū)設(shè)置太小，此時(shí)應(yīng)更換已損壞的部件，或調(diào)節(jié)閉環(huán)控制器的相關(guān)參數(shù)。

4.2.2 螺距有誤差

若機(jī)械指示器與電動(dòng)螺距指示器不能協(xié)調(diào)工作，則是反饋傳感器故障，否則可能是推進(jìn)控制系統(tǒng)中的螺距減小控制器動(dòng)作。此時(shí)應(yīng)維修或更換出現(xiàn)故障的電器元件。

4.2.3 不能進(jìn)行螺距調(diào)整

當(dāng)不能進(jìn)行螺距調(diào)整時(shí)，應(yīng)首先確定是否用螺距控制面板上的手柄進(jìn)行操縱。如果可以進(jìn)行手動(dòng)操縱，則說(shuō)明是遙控系統(tǒng)失靈，應(yīng)先檢查遙控系統(tǒng)，找出故障，可能出現(xiàn)的故障有電源故障、保險(xiǎn)絲熔斷、觸頭或連接不良、線圈或電器元件損壞等。如果手動(dòng)操縱也不好用，則是液壓系統(tǒng)的故障，因?yàn)閮蓚€(gè)系統(tǒng)同時(shí)出現(xiàn)故障的概率比較小。此時(shí)首先要檢查油箱油位及電動(dòng)伺服油泵吸排壓力是否正常，必要時(shí)可以啟動(dòng)備用泵；如果油位及油泵吸排壓力正常，則應(yīng)檢查雙聯(lián)濾器進(jìn)出口壓力；若雙聯(lián)濾器進(jìn)出口壓力也正常，則考慮安全閥是否因?yàn)閴毫φ{(diào)節(jié)太低而跳開(kāi)，如果跳開(kāi)則重新調(diào)整其壓力；安全閥正常則檢查鎖閉閥是否卸荷，如果沒(méi)有問(wèn)題，手動(dòng)操縱螺距調(diào)整裝置，如果此時(shí)能夠調(diào)整螺距，則說(shuō)明配油器內(nèi)密封環(huán)漏泄，如果無(wú)法調(diào)整螺距，則是比例閥閥芯卡死在中位，這時(shí)要用機(jī)械螺距鎖緊裝置鎖緊螺距，使船舶繼續(xù)航行；經(jīng)所有判斷后，系統(tǒng)仍失靈，則要查看調(diào)距機(jī)構(gòu)或槳轂的某些部件是否損壞。

4.2.4 螺距調(diào)整指令反應(yīng)緩慢

當(dāng)發(fā)現(xiàn)對(duì)螺距調(diào)整指令反應(yīng)緩慢時(shí)，首先應(yīng)該確定是否只在正車(chē)方向出現(xiàn)故障，若只在正車(chē)方向出現(xiàn)此故障，則應(yīng)查看比例調(diào)節(jié)閥是否咬死，這時(shí)應(yīng)使機(jī)械螺距鎖緊裝置鎖緊螺距繼續(xù)航行。如果正車(chē)和倒車(chē)方向同時(shí)出現(xiàn)此故障，則應(yīng)對(duì)液壓管路系統(tǒng)進(jìn)行檢查，先檢查液壓油泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，如果油泵沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)，則要檢查電氣系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障；若油泵運(yùn)行正常，其次檢查止回閥，確定其開(kāi)啟后，檢查雙聯(lián)濾器是否堵塞，雙聯(lián)濾器也暢通，則要檢查安全閥、鎖閉閥是否跳開(kāi)，如果跳開(kāi)要重新調(diào)整壓力。如果檢查以后仍未排除故障，則應(yīng)檢查配油器或聯(lián)鎖閥塊的油管內(nèi)部是否阻塞或有嚴(yán)重漏泄，系統(tǒng)是否進(jìn)入空氣。

4.2.5 螺距只能單向調(diào)節(jié)

螺距只能增大，原因是閉鎖閥在螺距減小調(diào)整時(shí)，閥芯不能頂開(kāi)，回油管路至單向閥的油路堵塞。遙控系統(tǒng)只能單向動(dòng)作，改用手動(dòng)操縱則正常，這是因?yàn)殡姎膺b控系統(tǒng)只能給出單向調(diào)整信號(hào)，如比例調(diào)節(jié)閥一端線圈損壞，在確認(rèn)故障原因后盡快更換鎖閉閥或比例換向閥。

4.3 異常噪音及振動(dòng)

螺旋槳引起的噪音及振動(dòng)突然變化可能是由于擱淺、撞擊異物造成了槳葉或螺距機(jī)構(gòu)的損壞，此時(shí)應(yīng)進(jìn)塢或由潛水員進(jìn)行檢查。

系統(tǒng)內(nèi)的空氣壓縮、膨脹或在流經(jīng)節(jié)流口時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪音，引起振動(dòng)，系統(tǒng)內(nèi)局部低壓產(chǎn)生氣穴，或吸入濾器堵塞使泵吸入不良，油溫過(guò)低等也會(huì)產(chǎn)生噪音。

液壓閥造成的噪音包括安全閥的敲擊、油路鎖閉閥或液動(dòng)換向閥因調(diào)整不當(dāng)而動(dòng)作過(guò)快產(chǎn)生敲擊。

泵機(jī)組異常振動(dòng)或噪音的可能是由于地腳螺栓松動(dòng)、泵與電機(jī)對(duì)中不良、聯(lián)軸節(jié)損壞、軸或泵內(nèi)部部件損壞。