某船左舷海水液壓系統(tǒng)液壓動力頭故障處理

某船采用燃?xì)廨啓C(jī)/柴油機(jī)交替運(yùn)行的雙軸雙槳柴燃聯(lián)合動力裝置。燃?xì)廨啓C(jī)輸入端在兩調(diào)距槳軸內(nèi)側(cè)，齒輪箱的前端。巡航柴油機(jī)輸入端在兩調(diào)距內(nèi)側(cè)，齒輪箱后端。齒輪箱輸出的功率通過軸系傳到調(diào)距槳上，其輸出端設(shè)有主推力軸承，用來承受螺旋槳推力。

液壓動力頭是齒輪箱液壓海水系統(tǒng)的重要設(shè)備，該動力頭是斜軸式定量動力頭，在壓力油的推動下使其軸轉(zhuǎn)動,帶動海水泵工作。其共有7個(gè)柱塞，3或4個(gè)缸體孔位于壓力側(cè)的配流腰形孔處，而另外4或3個(gè)則在回油側(cè)腰形孔處。壓力油從配流盤腰形孔口進(jìn)入動力頭，推動柱塞在缸體內(nèi)前后運(yùn)動。這種運(yùn)動由輸出軸的柱塞球鉸轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。缸體因柱塞而一起轉(zhuǎn)動，并在輸出軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。當(dāng)該柱塞隨缸體轉(zhuǎn)到回油側(cè)腰形孔的位置，回油流出回到系統(tǒng)中，完成一個(gè)循環(huán)。液壓動力頭示意圖如圖1所示。

圖1 液壓動力頭示意圖

在液壓動力頭運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其7個(gè)油腔隨著吸油和排油的過程，油腔的容積是變化的。當(dāng)吸油時(shí)油腔敞開，容積變大，讓液壓油可以流進(jìn)來；過了吸油區(qū)后油腔則關(guān)閉，以阻止液壓油回流；到了壓油區(qū)后油腔又敞開，容積變小，把液壓油擠壓出去。在液壓動力頭吸油和壓油循環(huán)中，配流盤和缸體之間及中心連桿內(nèi)孔中有一小部分油會泄漏出來，泄漏的油流入動力頭前端圓錐滾子軸承，對軸承進(jìn)行潤滑。動力頭的泄漏量與出廠時(shí)的容積效率有關(guān)，容積效率越高，泄漏量越小，泄漏油量能滿足軸承的潤滑要求。

1 故障現(xiàn)象及勘驗(yàn)

2021年5月，某船在航行過程中，發(fā)現(xiàn)左舷齒輪箱海水液壓系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)，海水泵因水壓低報(bào)警。海水壓力從0.15 MPa瞬間降低至0，海水泵泵軸無轉(zhuǎn)速，且有較明顯的燒焦味道。

在第一次故障之后，為防止因海水泵軸系問題導(dǎo)致液壓動力頭損壞，現(xiàn)場人員更換了海水泵泵軸總成，此時(shí)液壓動力頭海水泵組件為第二臺動力頭更換了新泵軸總成的狀態(tài)。

對總成進(jìn)行更換后，該船又一次航行，在航行過程中再次出現(xiàn)變量泵出口壓力由11.0 MPa升高至18.1 MPa、同時(shí)海水泵出口壓力由0.159 MPa降為0的現(xiàn)象。現(xiàn)場人員查看后發(fā)現(xiàn)，海水泵軸無轉(zhuǎn)速，海水泵無法正常輸出海水。由于系統(tǒng)現(xiàn)象與第一次相同，可認(rèn)為此時(shí)系統(tǒng)發(fā)生了同類型故障。

在該故障發(fā)生后，現(xiàn)場人員對整套液壓動力頭海水泵組件進(jìn)行了整體更換，同時(shí)加強(qiáng)了對液壓動力頭殼體溫度的檢測，系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，動力頭殼體溫度瞬間由108 ℃升高到130 ℃，為避免再次發(fā)生類似故障，現(xiàn)場決定緊急停機(jī)并使用應(yīng)急海水對系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，確保航次的正常運(yùn)行。

通過分析得出可能造成該現(xiàn)象的原因，并對各原因進(jìn)行勘驗(yàn)及核實(shí)，結(jié)論如下。

1)液壓動力頭內(nèi)部部件結(jié)構(gòu)尺寸超差。通過檢查發(fā)現(xiàn)，該船在近期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，液壓動力頭未有明顯異響，全部分解液壓動力頭，經(jīng)檢查測量，液壓動力頭內(nèi)部部件結(jié)構(gòu)尺寸未有超差現(xiàn)象，并未發(fā)現(xiàn)動力頭內(nèi)部零部件有加工制造等缺陷，且動力頭裝配也并無異常。因此排除了由于液壓動力頭結(jié)構(gòu)尺寸超差，導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)異常，破壞軸承的可能性。

2)液壓動力頭出口管路臟堵。通過檢查發(fā)現(xiàn)液壓動力頭出口管路正常，無卡滯及臟堵現(xiàn)象。因此排除由于液壓動力頭出口臟堵，導(dǎo)致系統(tǒng)循環(huán)油不暢通，軸承工作環(huán)境滑油溫度過高，引起軸承燒損的可能性。

3)液壓動力頭工作油清潔度嚴(yán)重超標(biāo)。對左舷變量泵內(nèi)部及右舷油艙油液進(jìn)行取樣，左舷變量泵內(nèi)部油品等級為ISO4406 22/20/15，右舷滑油系統(tǒng)油品等級為ISO4406 22/20/17，稍高出樣本油品清潔度等級要求ISO4406 19/17/14， 液壓動力頭工作油清潔度符合要求，排除系統(tǒng)進(jìn)口液壓油清潔度嚴(yán)重超標(biāo)、油內(nèi)雜質(zhì)過多引起軸承研磨以至燒損的可能性。

4)液壓動力頭進(jìn)口油品含氣量與動力頭不匹配。為驗(yàn)證液壓動力頭進(jìn)口油品含氣量，在設(shè)備上重新?lián)Q裝新的液壓動力頭。 因液壓動力頭進(jìn)口液壓油取樣困難，故現(xiàn)場對其泄油口進(jìn)行了油品的取樣。使新動力頭安裝后進(jìn)行低速運(yùn)轉(zhuǎn)并充分排氣，1 h之后打開動力頭泄油管路發(fā)現(xiàn)大量乳白色油液。對螺桿泵出口油液進(jìn)行取樣，油液靜置30 min以上，液面上依舊可看見大量氣泡，證明油液中不溶解的空氣含量較大。因此確定了由于油樣中含有大量氣泡，進(jìn)入液壓動力頭內(nèi)的滑油量不充分，使軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，局部溫度上升過快，造成軸承損壞，海水壓力瞬間下降至報(bào)警。

2 故障原因分析

該類型船海水冷卻系統(tǒng)滑油機(jī)構(gòu)為閉式結(jié)構(gòu)，造成大量氣泡的原因?yàn)椋涸跈C(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)前，未對海水液壓系統(tǒng)進(jìn)行注油及排氣。如系統(tǒng)運(yùn)行前對變量泵及液壓動力頭均進(jìn)行了注油、排氣等過程，此時(shí)閉式系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)內(nèi)部為充滿油或充滿大量油的狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)可正常運(yùn)轉(zhuǎn)，隨著泵及動力頭的泄漏，補(bǔ)油泵將滑油系統(tǒng)內(nèi)滑油補(bǔ)充到系統(tǒng)內(nèi)，使泵的輸出流量保持恒定。在這個(gè)補(bǔ)油的過程中，如果滑油系統(tǒng)內(nèi)部滑油含氣量過大，補(bǔ)油泵將會把氣體帶入到閉式系統(tǒng)中運(yùn)行，造成循環(huán)系統(tǒng)氣體含量過大。動力頭在含氣量超標(biāo)的情況下運(yùn)行，氣泡會破壞配油盤及缸體之間摩擦副的油膜，一是造成配油盤與缸體之間缺油，進(jìn)而摩擦副增大，導(dǎo)致高溫現(xiàn)象；二是直接造成動力頭油腔泄漏量減小，對軸承潤滑不足，致使軸承局部高溫?zé)龤?。軸承燒損后，導(dǎo)致動力頭失去工作功效，造成海水液壓泵無動力輸入，海水系統(tǒng)水壓瞬間降低至報(bào)警點(diǎn)直到壓力為零。

3 故障排除

1)液壓動力頭更換。由于對液壓動力頭精度要求較高，重新匹配零件需較長時(shí)間，現(xiàn)場不具備精確安裝的條件。為保障該船機(jī)動性，對液壓動力頭進(jìn)行更換。

2)膠管更換。液壓動力頭輸入輸出膠管老化，對連接膠管進(jìn)行更換。

3)其它零部件修理。①更換液壓動力頭接口密封圈；②更換海水泵接口密封圈；③對液壓動力頭卸油管進(jìn)行修磨保養(yǎng)。

通過以上處理，不僅保證了液壓動力頭使用可靠性，而且對該側(cè)的海水液壓系統(tǒng)進(jìn)行了保養(yǎng)。

該船在修理后，分別進(jìn)行了陸地系泊試驗(yàn)、海上系泊試驗(yàn)、海上航行試驗(yàn)，海水液壓系統(tǒng)工作正常，運(yùn)行過程中無異響、無漏油等故障發(fā)生。

對該船右舷液壓海水系統(tǒng)進(jìn)行相同的檢查，對滑油系統(tǒng)氣體進(jìn)行排放并充油，對整個(gè)滑油系統(tǒng)完成保養(yǎng)，確保該船主減速齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)動性。