VBS980型可調(diào)螺距螺旋槳裝置故障分析與排除

吳海春

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧 興城 125105）

引言

可調(diào)螺距螺旋槳簡稱“調(diào)距槳”。通過設(shè)置在槳轂內(nèi)的機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動槳葉，使槳葉角度發(fā)生變化，達(dá)到調(diào)節(jié)螺距目的，以適應(yīng)各種海況。使用時，由船舶駕駛員在駕駛臺上遠(yuǎn)距離進(jìn)行變距操作，可以使船舶在自由航行狀態(tài)和拖曳航行狀態(tài)下均能充分發(fā)揮主機(jī)功率，同時還具有較好的反向、加速和制動性能[1-2]。

1 VBS980型調(diào)距槳裝置的結(jié)構(gòu)

VBS980型調(diào)距槳裝置主要由調(diào)距槳、軸系、調(diào)距機(jī)構(gòu)、伺服液壓系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)等組成。

1.1 調(diào)距槳部分

調(diào)距槳部分如圖1所示，由槳轂3、槳葉21和轉(zhuǎn)葉機(jī)構(gòu)等組成。槳轂是調(diào)距槳的主體，通過螺栓9和銷軸10與螺旋槳軸19的尾端法蘭相連，它的外部安裝有4個可轉(zhuǎn)動的葉片法蘭17，內(nèi)部安裝有調(diào)距槳裝置的調(diào)距機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)葉機(jī)構(gòu)等。槳葉是4葉式的，材料為鎳—鋁青銅，每個槳葉通過螺栓22和銷軸25固定在葉片法蘭上，并用O型密封環(huán)24進(jìn)行密封，實(shí)現(xiàn)槳葉與葉片法蘭同步旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)葉機(jī)構(gòu)的作用是將伺服活塞2的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動。

1.2 軸系部分

調(diào)距槳的軸系部分由螺旋槳軸和配油軸組成，兩者用套筒聯(lián)軸器相連。螺旋槳軸的前端通過聯(lián)結(jié)法蘭與中間軸相連，尾端與槳轂相連。中空的槳軸內(nèi)部布置有輸油管，這樣便形成兩條同心通道，一條是輸油管內(nèi)部的通道，另一條是螺旋槳軸與輸油管之間的環(huán)形通道[3]。配油軸用來將液壓油供應(yīng)到兩條通道中，進(jìn)而控制液壓油進(jìn)入到伺服活塞艉部或艏部的液壓油腔。此外，輸油管與伺服活塞和反饋機(jī)構(gòu)的反饋桿相連，用來傳遞伺服活塞和槳葉的位置信號。所以，調(diào)距槳的軸系不僅可以將主機(jī)輸出的動力傳遞給螺旋槳，還可以作為進(jìn)出液壓油的通道。

1.3 調(diào)距機(jī)構(gòu)

調(diào)距機(jī)構(gòu)如下頁圖2所示，包括產(chǎn)生轉(zhuǎn)動槳葉動力的伺服油缸、伺服活塞、分配液壓油給伺服油缸的配油器、槳葉定位和槳葉位置的反饋機(jī)構(gòu)及其附屬設(shè)備等。調(diào)距機(jī)構(gòu)的主要作用是調(diào)距、穩(wěn)距以及對螺距進(jìn)行反饋和指示。調(diào)距機(jī)構(gòu)的伺服活塞與螺距控制頭（滑塊）剛性連接，滑塊在滑槽內(nèi)運(yùn)動，當(dāng)螺旋槳調(diào)距機(jī)構(gòu)的伺服活塞軸向移動時，通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將伺服活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)葉機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)槳葉的旋轉(zhuǎn)，改變調(diào)距槳裝置的螺距角。調(diào)距機(jī)構(gòu)中配油環(huán)如下頁圖3所示，作用是分配壓力油給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通常以全浮動形式安裝在連接法蘭上，并用安裝于船體上的銷子防止其轉(zhuǎn)動。因?yàn)榕溆铜h(huán)與傳動軸一起轉(zhuǎn)動，所以與之相連的管路通常用柔性接頭。反饋機(jī)構(gòu)位于配油環(huán)旁邊，通過反饋桿與輸油管相連，用于穩(wěn)距和指示螺距。

1.4 伺服液壓系統(tǒng)

VBS980型調(diào)距槳的伺服液壓系統(tǒng)主要由伺服油箱、兩臺液壓油泵、管件、控制閥組、濾器、冷卻器和保護(hù)元件等組成。液壓系統(tǒng)的主要功能是按遙控系統(tǒng)的螺距指令，將液壓油送入調(diào)距機(jī)構(gòu)，驅(qū)動調(diào)距機(jī)構(gòu)工作。同時，多余的液壓油被引入位于軸承下方的泄放柜中，當(dāng)油位達(dá)到高位時就會通過自動控制的駁油泵駁回油柜。當(dāng)調(diào)距系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，應(yīng)急系統(tǒng)可將槳葉固定于正車螺距位置，使之能按定距槳狀態(tài)工作。

1.5 遙控系統(tǒng)

調(diào)距槳遙控系統(tǒng)主要由主駕駛臺的操縱面板、集控室的操縱面板、包含主控制計算機(jī)的主控制箱、螺旋槳伺服電子裝置（閉環(huán)放大和螺旋槳指示電子裝置）等部分組成。通過對控制手柄的動作，可以使調(diào)距槳的螺距發(fā)生所需要的改變，并將螺旋槳實(shí)際的螺距值顯示在相應(yīng)的儀表上。

2 某輪調(diào)距槳故障現(xiàn)象

某輪采用的是VBS980型調(diào)距槳裝置。在實(shí)船使用中，調(diào)距槳的液壓管路接頭處經(jīng)常出現(xiàn)少量漏油現(xiàn)象，尤其是配油環(huán)處。當(dāng)調(diào)距槳進(jìn)行變距操作時，此現(xiàn)象更加明顯，而且液壓動力單元的閥件動作噪音過大，并伴有明顯的敲擊聲。此時，液壓動力單元的壓力表指示液壓管路中的瞬間壓力達(dá)到3.7 MPa左右，明顯超過了調(diào)距槳正常工作時的壓力（2.1 MPa左右），導(dǎo)致機(jī)艙出現(xiàn)調(diào)距槳壓力高報警，給輪機(jī)管理人員帶來很多不必要的麻煩。但是，當(dāng)調(diào)距槳的變距操作結(jié)束后，一切又恢復(fù)正常，即管路接頭處漏泄量明顯減少，液壓動力單元閥件動作聲音明顯變小，壓力表指示也隨之恢復(fù)正常。

3 故障分析及排除

調(diào)距槳的配油環(huán)用來為槳轂中的伺服活塞供油，該處采用的是動密封。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，配油環(huán)的內(nèi)腔若有漏油是要被泄放至泄放柜的，之后再被駁油泵駁回至伺服油箱，以供循環(huán)利用。由于采用的是動密封，加之加工精度不良，在尾軸與配油環(huán)的運(yùn)動面處，有時避免不了會出現(xiàn)液壓油外漏的現(xiàn)象。正常只要把內(nèi)漏及時抽回伺服油箱，一般外漏量極少，根本不影響調(diào)距槳的正常使用。但是，根據(jù)某輪在進(jìn)行變距操作與不進(jìn)行變距操作時配油環(huán)處的外漏量對比，在進(jìn)行變距操作時配油環(huán)的外漏量明顯增多，已經(jīng)超出正常值。

調(diào)距槳液壓管路接頭嚴(yán)重漏泄，液壓動力單元上的閥件動作噪音過大以及因液壓管路中壓力過大而產(chǎn)生報警等現(xiàn)象，歸納為一點(diǎn)，就是液壓管路中壓力過高。

針對調(diào)距槳液壓管路中壓力過高的現(xiàn)象，分析可能由以下原因引起：

1）液壓油泵壓力釋放閥設(shè)定值太高。調(diào)距槳裝置的液壓油泵為螺桿泵，在與螺桿泵相鄰的位置裝有一個壓力釋放閥，該閥是螺桿泵內(nèi)部的一個組成部分，用來防止系統(tǒng)壓力過高。

2）液壓系統(tǒng)中安全閥發(fā)生故障，如其設(shè)定值過高或者卡死在關(guān)閉位置不能打開。

3）液壓伺服系統(tǒng)中液壓油管路阻塞不通，如系統(tǒng)中的濾器堵塞等。

由以上原因引起的調(diào)距槳液壓管路中壓力過高的現(xiàn)象，可以采取如下相應(yīng)的解決辦法：

1）重新調(diào)整壓力釋放閥，使其適當(dāng)降低，以便達(dá)到工作要求。

2）檢修安全閥，看其設(shè)定值是否符合要求（此安全閥設(shè)定壓力為7 MPa），檢查其是否有卡緊現(xiàn)象。

3）檢查系統(tǒng)中的液壓油，并且檢查系統(tǒng)中的液壓管路，尤其是濾器等處，檢查液壓油中是否含有過多的雜質(zhì)，查看濾器等處是否有堵塞等不正?，F(xiàn)象。倘若有此種現(xiàn)象，應(yīng)該立刻重新沖洗液壓系統(tǒng)，清洗系統(tǒng)中的各處濾器，更換新的液壓油。

但是，根據(jù)某輪調(diào)距槳液壓伺服系統(tǒng)的種種故障現(xiàn)象來看，這些故障明顯不是由以上原因而引起的，因?yàn)檫@些故障是伴隨著調(diào)距槳裝置變距操作的進(jìn)行而出現(xiàn)的，當(dāng)變距操作結(jié)束后，這些故障現(xiàn)象也就隨之消失。所以，問題的關(guān)鍵在于觀察變距操作前后，液壓動力單元上的設(shè)備狀況有何變化。最終發(fā)現(xiàn)當(dāng)調(diào)距槳未進(jìn)行變距操作時，液壓動力單元上的兩臺液壓伺服油泵只有一臺工作，當(dāng)進(jìn)行變距操作時，另一臺液壓伺服油泵立刻開始工作，兩臺油泵同時為液壓系統(tǒng)供油，從而造成液壓系統(tǒng)中的油壓瞬時提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過系統(tǒng)正常工作時的壓力值，導(dǎo)致上述現(xiàn)象的出現(xiàn)。

原因找到后，問題解決起來就比較容易了。找到調(diào)距槳的控制接線箱，改變內(nèi)部接線，控制邏輯改為進(jìn)行變距操作時一臺伺服油泵工作，另一臺伺服油泵作為備用，只有當(dāng)一臺伺服油泵無法使液壓系統(tǒng)維持正常油壓時，另一臺伺服油泵才自動啟動，兩臺同時為系統(tǒng)提供壓力油。當(dāng)改進(jìn)工作完成后，啟動調(diào)距槳，并對其進(jìn)行了正倒車螺距改變操作，發(fā)現(xiàn)一切工作正常，原來出現(xiàn)的一些對液壓系統(tǒng)不利的現(xiàn)象也全部消失，問題得以順利解決[4]。

4 兩種方案比較

第一種方案當(dāng)改變螺距時兩臺油泵同時工作為系統(tǒng)提供壓力油。其實(shí)這種操作方案也不能說是一種“故障”，只不過所追求的目的不同罷了。對于第一種操作方案，設(shè)計人員在調(diào)距槳進(jìn)行變距操作時強(qiáng)制使兩臺伺服油泵同時工作為系統(tǒng)提供壓力油，所追求的是在最短的時間內(nèi)使調(diào)距槳達(dá)到所需螺距，從而提高船舶的機(jī)動性。但它會直接導(dǎo)致系統(tǒng)中的油壓過高，隨之而來也就出現(xiàn)了液壓管路接頭處漏泄量增加、閥件動作噪音過大（縮短閥件工作壽命）、液壓系統(tǒng)高壓報警等一系列不利于系統(tǒng)正常工作的現(xiàn)象。

第二種方案為改變螺距時只有一臺油泵工作，另一臺油泵備用。這種操作方案所追求的是螺旋槳在改變螺距時壓力不宜過高，只要正常便可，這樣便能避免出現(xiàn)不正常的現(xiàn)象，減少很多不必要的麻煩。當(dāng)然在改變螺距的速度上這種操作方案比不上前者，但是經(jīng)過充分論證及多次實(shí)驗(yàn)比較，實(shí)際工作中，兩者在改變螺距時所用時間相差很少，根本不影響其正常工作。即使在進(jìn)行大螺距操作或因其他原因而使一臺油泵提供的壓力不足時，另一臺備用伺服油泵也會立刻自動啟動，兩臺油泵同時為系統(tǒng)提供壓力油，以保障系統(tǒng)中的壓力不致過低。很明顯這種操作方案利大于弊，在很大程度上有利于延長液壓設(shè)備的工作壽命。

5 結(jié)語

針對某輪VBS980型調(diào)距槳因變距操作過程系統(tǒng)壓力過高而引起的一系列不正常的工作現(xiàn)象，分析了產(chǎn)生問題的原因，并對變距操作時液壓動力單元的兩臺伺服油泵的啟動程序做出相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而消除了調(diào)距槳在變距操作時出現(xiàn)的不正?，F(xiàn)象。需要強(qiáng)調(diào)的是，在對像調(diào)距槳這種對于船舶安全航行十分重要的設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)時，一定要進(jìn)行多次試驗(yàn)與論證，充分考慮到其對于船舶安全性的影響，在保證其安全性與可靠性的前提下方可進(jìn)行。