淺談某輪變螺距液壓伺服系統(tǒng)改進(jìn)方法

張銘

（中國(guó)石化海洋石油工程有限公司上海船舶分公司，上海 201208）

某輪為一艘老年船舶，船舶推進(jìn)器采取可調(diào)螺距螺旋槳（CPP）。該輪從營(yíng)運(yùn)以來(lái)，螺距控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響船舶正常營(yíng)運(yùn)和安全生產(chǎn)。

1 某輪螺距液壓系統(tǒng)概況

某輪采用定速變螺距系統(tǒng)。變距槳結(jié)構(gòu)形式為推拉桿式，其螺距動(dòng)力油缸布置在齒輪箱傳動(dòng)齒輪內(nèi)（齒輪箱廠家：Lohmann & Stolterfoht GmbH，齒輪箱型號(hào)：GVA 1250 V），圖1 為該輪的螺距液壓原理圖。

圖1 變螺距液壓原理圖

該液壓系統(tǒng)中機(jī)帶螺距泵（1）為雙聯(lián)泵，備用螺距泵（2）也是雙聯(lián)泵，與機(jī)帶螺距泵并聯(lián)，管路上有單向閥（4），防止液壓油倒流至泵內(nèi)，造成泵的損壞。

螺距液壓系統(tǒng)工作時(shí)，齒輪箱油底殼內(nèi)的液壓油，通過(guò)螺距泵（雙聯(lián)泵）泵出的液壓油分成兩部分，一臺(tái)泵供齒輪箱潤(rùn)滑，另外一臺(tái)泵提供主液壓油路系統(tǒng)和伺服液壓系統(tǒng)。

（1）齒輪箱潤(rùn)滑部分。來(lái)自螺距泵泵出的潤(rùn)滑油，經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)雙聯(lián)濾器（3C）、冷卻器(12)，對(duì)齒輪箱齒輪各個(gè)軸承點(diǎn)進(jìn)行潤(rùn)滑、冷卻清潔；另外經(jīng)過(guò)減壓閥(14)，減壓至2.5bar，對(duì)齒輪箱內(nèi)齒輪進(jìn)行潤(rùn)滑、冷卻、清潔等。

（2）主液壓油路系統(tǒng)部分。來(lái)自螺距泵泵出的潤(rùn)滑油，經(jīng)過(guò)雙聯(lián)濾器（3A），分成兩路，一路作為螺距系統(tǒng)動(dòng)力油，經(jīng)過(guò)經(jīng)減壓閥（7）進(jìn)行減壓至26bar，進(jìn)入配油軸上配油閥（8）處；當(dāng)液壓油回路不暢通或者堵塞等就會(huì)造成液壓系統(tǒng)主油路壓力升高，當(dāng)壓力超過(guò)50bar 時(shí)，安全閥（6）動(dòng)作，高壓的液壓油就會(huì)被旁通，齒輪箱軸承潤(rùn)滑點(diǎn)和齒輪潤(rùn)滑點(diǎn)回流至齒輪箱油底殼（13），避免過(guò)高的油壓損壞液壓元器件和管路，對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

（3）螺距液壓伺服系統(tǒng)部分。螺距系統(tǒng)主油路的液壓油，經(jīng)溢流減壓閥（5）進(jìn)行減壓至18bar，通過(guò)雙聯(lián)濾器（3B）過(guò)濾，進(jìn)入伺服控制閥（11）待命，當(dāng)駕駛室、集控室、機(jī)旁等處操縱螺距控制手柄，指令（螺距）信號(hào)經(jīng)過(guò)電氣控制系統(tǒng)作用到伺服系統(tǒng)的伺服控制閥（11），使其動(dòng)作，伺服液壓油就會(huì)進(jìn)入伺服控制活塞（10），推拉分配閥（8），將主油路高壓液壓油輸入到齒輪箱傳動(dòng)齒輪內(nèi)的螺距動(dòng)力油缸（9），通過(guò)螺距推拉桿傳遞到轉(zhuǎn)葉機(jī)構(gòu)（槳轂內(nèi)），驅(qū)動(dòng)槳葉，實(shí)現(xiàn)螺距改變。

2 故障判斷與制定方案

（1）故障判斷。通過(guò)對(duì)螺距系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)螺距系統(tǒng)故障的絕大多數(shù)為該輪的距液壓伺服系統(tǒng)的伺服控制閥（注：該閥為24V 精密三位四通電磁閥，MOOG CONTROLS LIMITED 產(chǎn) 品，TYPE：4683-251-000，S/N & ISS F383）損壞造成。該輪螺距液壓該系統(tǒng)采用齒輪箱潤(rùn)滑油（Mobil Gear 600XP 150）作為液壓系統(tǒng)油，其兼顧軸承和齒輪箱的潤(rùn)滑。齒輪箱內(nèi)的齒輪油通過(guò)機(jī)帶螺距油泵（雙聯(lián)），雙聯(lián)濾器和溢流閥（減壓作用），得到不同壓力的壓力油，以滿足不同系統(tǒng)的需求。如供給螺距動(dòng)力油缸的液壓油為26bar，供油螺距伺服控制部分液壓油壓力為18bar，供給齒輪箱潤(rùn)滑的壓力為2.5bar。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備少，投資少，安裝方便。缺點(diǎn)：液壓部分和齒輪箱潤(rùn)滑部分使用公用同一系統(tǒng)和同種潤(rùn)滑油，系統(tǒng)油壓高時(shí)潤(rùn)滑油穩(wěn)定性差，容易引起潤(rùn)滑油氧化、污染等，容易造成液壓元器件特別是精密的液壓元器件損壞，引起液壓系統(tǒng)的故障。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和船舶平時(shí)對(duì)螺距液壓系統(tǒng)保養(yǎng)的記錄，液壓系統(tǒng)濾器內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)存在齒輪箱內(nèi)部脫落的油漆皮及被齒輪碾碎的油漆皮等雜質(zhì)，并且根據(jù)船舶定期的油品化驗(yàn)報(bào)告的檢查，每次化驗(yàn)結(jié)果均不理想。分析認(rèn)為該船船年齡大，設(shè)備老化，機(jī)械磨損，齒輪箱內(nèi)部油漆皮脫落等原因造成液壓油含有雜質(zhì)，并且螺距液壓該系統(tǒng)采用齒輪油作為液壓系統(tǒng)油，其兼顧軸承和齒輪箱的潤(rùn)滑，容易引起液壓油氧化、污染等，影響螺距伺服控制閥的使用壽命。

（2）制定方案。根據(jù)上述情況，提出改進(jìn)方案，并對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行優(yōu)選，建議螺距伺服系統(tǒng)采用使用獨(dú)立的液壓系統(tǒng)，這樣可避免“油”的原因，造成螺距伺服控制閥不能正常工作。①齒輪箱徹底解體清潔。這項(xiàng)工程需費(fèi)時(shí)費(fèi)工，生產(chǎn)上也不允許船舶停航進(jìn)行徹底清潔齒輪箱。②加強(qiáng)對(duì)螺距液壓系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，縮短檢查清洗液壓系統(tǒng)的上濾器周期，船上備一定數(shù)量的螺距伺服控制閥。這種辦法僅是緩解，不能根治故障。還會(huì)出現(xiàn)螺距失靈，存在安全隱患，也會(huì)增加備件的消耗。③采取獨(dú)立的螺距液壓伺服系統(tǒng)，減少伺服系統(tǒng)液壓油的污染，避免伺服控制閥損壞。從而減少螺距系統(tǒng)故障，給船舶安全營(yíng)運(yùn)創(chuàng)造良好的設(shè)備環(huán)境。

3 選擇獨(dú)立的液壓站

根據(jù)螺距液壓伺服系統(tǒng)壓力（18bar）和管徑等的要求，采用某公司生產(chǎn)的小型液壓站，該液壓站能夠連續(xù)提供0 ～60bar 的液壓油。采用雙泵雙電機(jī)裝置，互為備有，即一組泵和電機(jī)運(yùn)行，另外一組電機(jī)和泵處于備用狀態(tài)，電機(jī)電壓440AC/60Hz，功率為0.75kW，油泵流量為6L/min，工作壓力6MPa，工作溫度10 ～55℃，液壓泵站冷卻要求為自然冷卻。油泵在油箱內(nèi)，電動(dòng)機(jī)、濾器、單向閥、壓力表、壓力繼電器、溢流閥(減壓閥)、對(duì)外接口1/4＂均在油箱上面。結(jié)構(gòu)小巧，安裝方便，也能夠滿足螺距伺服系統(tǒng)使用。

該液壓站的維護(hù)保養(yǎng)要求：第一，日常檢查油位，壓力，保持在正常位置；第二，管路接頭是否存在滴漏；第三，液壓設(shè)備保持清潔，防止各種污染物進(jìn)入油箱；第四，液壓系統(tǒng)每3 個(gè)月定期檢查管路接頭，緊固螺釘?shù)扔袩o(wú)松動(dòng)，進(jìn)行定期緊固；第五，液壓系統(tǒng)每使用1 年，更換液壓油一次，更換液壓油時(shí)，應(yīng)徹底清洗油箱內(nèi)腔，清洗時(shí)禁用棉紗等易脫纖維物品揩擦，不允許殘存任何纖維及機(jī)械雜質(zhì)；定期清洗或更換濾油器。

4 液壓站控制箱選擇

根據(jù)船上使用的電制（440V/60Hz、220V/60Hz），選擇液壓站控制箱控制箱，其主要功能如下：（1）控制箱內(nèi)電氣元器件適合440V/60Hz 使用；（2）1 臺(tái)運(yùn)行，另外1 臺(tái)備用，如油壓低，另外1 臺(tái)自動(dòng)投入工作；（3）控制箱上有運(yùn)行/停止按鈕及顯示；（4）手動(dòng)/自動(dòng)功能；（5）過(guò)載、過(guò)流等保護(hù)功能。

5 改造

利用船舶修理期間，按照上述方案，對(duì)船舶螺距系統(tǒng)進(jìn)行改裝，螺距液壓伺服系統(tǒng)采用獨(dú)立的液壓站，采用Mobil DTE 10 Excel 46 液壓油作為螺距伺服系統(tǒng)控制油（注：船上舵機(jī)、克令吊等使用此油品）。第一，安裝并固定液壓站；第二，液壓站控制箱安裝，接線；第三，安裝液壓油管：液壓站和原螺距液壓伺服系統(tǒng)管徑均為DN10 管路。對(duì)原伺服系統(tǒng)管路采取法蘭連接（盲板封?。Ｒ簤赫九c原伺服系統(tǒng)采取法蘭連接（直通），讓液壓站獨(dú)立供給伺服系統(tǒng)壓力油，進(jìn)行螺距操縱。（這種連接方式，基于不損壞原有的管路。如果液壓站出現(xiàn)故障，船上也能夠方便地恢復(fù)到原來(lái)系統(tǒng)，繼續(xù)使用）。其中，液壓站包含15 油泵（含電機(jī)）、16 單向閥、17 關(guān)于濾器、18 安全閥、19 油泵吸入口濾器、20 液位鏡、21 油箱等元器件。第四，調(diào)試：電氣系統(tǒng)調(diào)試、液壓系統(tǒng)調(diào)試。

6 結(jié)語(yǔ)

自螺距液壓伺服系統(tǒng)改進(jìn)以來(lái)，該輪營(yíng)運(yùn)至今，經(jīng)歷多次重大作業(yè)，船舶螺距系統(tǒng)運(yùn)行良好，工作穩(wěn)定，未出現(xiàn)伺服控制閥損壞，也未出現(xiàn)螺距系統(tǒng)故障，保證了船舶安全生產(chǎn)，也節(jié)省了修理和備件等費(fèi)。該輪螺距伺服系統(tǒng)改進(jìn)是非常成功，也達(dá)到了預(yù)期的效果。