新型可調槳側推液壓系統的研制

舒永東，劉光平，王國軍

(南京高精船用設備有限公司，江蘇 南京 211103)

新型可調槳側推液壓系統的研制

舒永東，劉光平，王國軍

(南京高精船用設備有限公司，江蘇 南京 211103)

針對傳統帶電磁換向閥的可調槳側推液壓系統在進行螺距調節時速度與精度兼顧困難以及側推漏油、連接螺栓等部件斷裂的問題，開發出一種新型的可調槳側推液壓系統，使調節螺距的速度和位置精度得到了提高，側推齒輪箱體的內部油壓更加穩定。

可調螺旋槳；側推；液壓系統

0 引言

可調槳側推裝置是通過側推的液壓系統來改變側推槳葉螺距角大小的，從而實現側推推力的持續變化，并能在10～20 s內實現最大正推力到最大反向推力的轉換，使船舶的操縱性能得到顯著提高[1]。傳統的帶電磁換向閥的可調槳側推液壓系統在進行螺距調節時速度與精度很難兼顧，另外，由于造船現場布管的彎曲和長短不同，極易造成進/回油路不通暢，從而產生了側推齒輪本體內部的油壓超標和液壓泵組過熱現象，嚴重的可造成側推漏油和連接螺栓等部件斷裂，整條船都需要進船塢修理，因此，設計了一種新型可調槳側推液壓系統，可以有效提高可調槳側推裝置操作的靈活性和可靠性。

1 傳統可調槳側推液壓系統原理和局限性

傳統可調槳側推液壓系統由1臺重力油箱、1套電機泵組、1套調距用閥組，其中閥組包含1個電磁換向閥、1個溢流閥。傳統的液壓系統的運行方式為：電機泵組從重力油箱抽液壓油經過配油器進入正倒車油缸，從而帶動槳葉螺距的調節。電機泵組抽出來的多余液壓油經過溢流閥進入側推本體，在側推齒輪箱體內部形成一定的合理壓力，一方面使得側推密封裝置內側油壓大于外側的水壓，確保側推的整體密封效果；另一方面使得進入側推本體多余的液壓油流回到高處的重力油柜，形成整個側推液壓系統油路的循環，使得液壓油能夠循環冷卻。重力油柜的高度決定側推齒輪箱體內部的合理壓力的大小，電磁換向閥、調速閥和溢流閥決定了槳葉螺距調節的方向和快慢。傳統可調槳側推液壓系統原理圖如圖1所示。

圖1 傳統可調槳側推液壓系統原理圖

由于使用的是電磁換向閥，螺距調節速度一旦設定后，調速閥的節流口就不會自動變化[2]。油溫變化對螺距的調節影響很大，油溫較低時，調節螺距的速度變快，往往會超過給定的螺距角；油溫較高時，會出現螺距無法調節的現象，需要現場人員調節調速閥。在復雜的海域，螺距的調節速度會受到更大的影響，螺距調節速度不夠平穩，無法勝任裝有DP系統的高端船舶的使用要求。

在實船上，重力油柜一般安裝在1.15倍重載水線加3.5 m的高度[3]。由于側推本體在船的最底部，因此重力油柜與側推本體間的垂直距離比較遠，再加上造船現場系統管路很長，布管的彎曲比較多，容易造成進/回油路不通暢。進油不通暢，液壓泵組就會在吸油時產生吸空異響，從而降低油泵使用壽命；側推齒輪箱內部液壓油回重力油箱過程不暢通，易造成側推齒輪箱油壓超標和液壓泵組過熱。有的嚴重的會造成側推漏油污染海水以及連接螺栓等部件斷裂等事故。

調節螺距和進/回油管路等問題，使得可調槳側推的操作靈活性和可靠性得不到保證，影響整條船的使用。

2 新型液壓控制系統的介紹

2.1新型可調槳側推液壓系統組成及改進效果

新型液壓控制系統原理圖如圖2所示。液壓系統包含的主要元器件有：1臺重力油箱，1套液壓站，其中液壓站包含電磁比例換向閥、壓力補償器、電磁溢流閥、吸油過濾器、壓油過濾器、壓力開關、壓力表及測壓接頭等附件。

1.空氣過濾器 2.液位開關 3.重力油箱 4、5、7、10、14、15.球閥 6.手搖泵 8.側推本體 9.液壓站 11.吸油過濾器 12.放氣閥 13.溫度開關 16.電機泵組 17、21、26、27.測壓接頭 18.壓力開關 19、20.單向閥 22.壓油過濾器 23.電磁溢流閥 24.壓力表 25.壓力補償器 28.電磁比例換向閥

2.2新型側推液壓系統的改進效果

新型可調槳側推液壓系統在實現原來傳統的液壓系統功能基礎上，做了以下的改動：

(1)更換液壓閥組，主要是把電磁換向閥和調速閥更換為電磁比例換向閥和壓力補償器，將機械溢流閥更換為電磁溢流閥。電磁比例換向閥與壓力補償器相結合可提供比例閥進出油口恒定的壓差，使得螺距的調節速度不會因為槳葉負載的變化受到影響，使調距過程的加速、減速過程更加精確穩定，有利于提高調距速度和精度，解決了采用調速閥和普通換向閥調節螺距時螺距定位不準確的問題。

系統液壓站閥組集成了得電卸荷工作方式的電磁溢流閥。當需要調節螺距時，使溢流閥失電，系統建立額定工作壓力；當不需要調節螺距時，使電磁溢流閥得電，油泵泄壓。采用電磁溢流閥提高了系統的效率，減小了系統的發熱量。

(2)電機泵組增加油柜，做成1個液壓站，就近放在側推本體旁邊，然后再和油路、側推本體相連。電機泵組增加油柜后，可以使得液壓油主要在液壓站和側推本體之間循環，避免了由于重力油柜安裝位置高，造船現場系統管路長，布管的彎曲多等原因引發的進/回油路不通暢，保證了側推本體的壓力在規定的合理范圍內，避免了液壓泵組吸油時產生吸空而異響的現象，使得整體側推液壓系統的冷卻效果更加均衡平穩，不會產生液壓泵組過熱問題。

(3)增加一些油路，使得側推本體內部的壓力可控。首先，在電磁溢流閥后面增加了1個液壓油直接回液壓站油柜的可選擇油路，并用開關閥14控制。若側推本體內部的壓力還偏高，就可以打開開關閥14，使得泵組抽出多余的油直接回液壓站油柜。其次，重力油箱與液壓站油箱連接的同時，與側推齒輪箱直接相連，由開關閥5控制。這就增大了循環油流通面積，可以有效降低側推本體的背壓。如因造船現場安裝等原因，側推本體內部的壓力波動范圍仍很大，增加這2個油路就可增強側推本體內部壓力的可控性和適應性。

(4)增加了一些液壓部件。增加了手搖泵，使得在液壓泵組癱瘓的時候能夠應急調節槳葉螺距；增加了吸油過濾器和壓油過濾器，保證進入液壓泵的油的清潔度，可以提高泵的使用壽命和可靠性。

3 結語

新型可調槳側推液壓控制系統的開發，解決了可調槳側推調節螺距速度與精度很難兼顧，以及造船現場布管易造成的進/回油管路不通暢的問題，使得可調槳側推操作靈活性和可靠性得到進一步提高，能夠勝任要裝DP系統的高端船舶的使用要求。目前已在一些船上使用，效果良好。

[1]盛振邦，劉應中.船舶原理(下冊)[M].上海：上海交通大學出版社,2004.

[2]官忠范.液壓傳動系統[M].北京：機械工業出版社,2004.

[3]中國船舶工業總公司.船舶設計使用手冊[M].北京：國防工業出版社，2004.

2014-05-06

舒永東(1976-)，男，高級工程師，碩士，研究方向為船舶設備的設計與制造。

U664.31

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