SRP1515FP型全回轉舵槳止回器缺陷分析及改進措施研究

馬明軒

摘 要：文章主要簡述SRP1515FP型全回轉舵槳系統中止回器的設計目的、工作原理，并通過介紹某拖輪一次SRP1515FP型全回轉舵槳止回器故障維修，分析SRP1515FP型全回轉舵槳止回器設計方面存在的缺陷，進一步研究SRP1515FP型全回轉止回器的改進措施，對SRP1515FP及同類型全回轉舵槳止回器設計和改進有一定參考意義。

關鍵詞：舵槳；止回器；全回轉；拖輪

引言

作為全回轉拖輪核心的設備之一，全回轉舵槳是一種Z型推進裝置，使船舶調頭靈活，原地回轉、倒車快、航行安全，重量輕、拆裝方便、可省略常規的舵，改善駕駛員工作和生活條件，減少對環境的污染，是一種新穎、緊湊、高效率、銷售價適應國內市場的節能、環保性推進裝置。同時全回轉舵槳有著嚴格的要求，螺旋槳在水流的作用下不能反轉。否則會造成較大的啟動負荷，甚至損壞舵槳及主機。因此，各種形式舵槳均會采取一定的措施來防止舵槳反轉，其中SRP1515FP型全回轉舵槳的止回器作為其中一種防反轉形式，被廣泛的應用在同類型全回轉舵槳的系統中。但由于這種止回器設計方式存在一定缺陷，給使用者帶來了很大的隱患和麻煩。我們在某拖輪SRP1515FP型全回轉a舵槳止回器故障維修中積累了一些經驗，并提出了幾種改進辦法，希望能給同類型舵槳的生產者和使用者提供一些參考。

1 SRP1515FP型全回轉舵槳止回器運行原理介紹

SRP1515FP型全回轉舵槳止回器是一個由多個楔塊和保持架構成的，安裝于舵槳裝置上齒箱中間軸末端的，可起到正轉通行，反轉鎖止的裝置，如圖1所示。

SRP1515FP型全回轉舵槳止回器功能作用是防止螺旋槳在水流作用下反轉，主要體現在以下三種情況：（1）在脫排狀態下，以避免合排時的過大扭矩；（2）在合排狀態和主機停車時，避免主機反向轉動；（3）在一側舵槳工作時，防止沒有投入運行的另一側舵槳，在船舶航行時反轉。

SRP1515FP型全回轉舵槳止回器工作原理：在高速運轉時，楔塊及保持架隨內環一齊旋轉，離心力FC促使楔塊沿保持架逆時針轉動，這樣楔塊和外環之間產生間隙，在這種狀態下運行，止回器沒有任何摩擦，使用壽命是無限長的；當內環的旋轉速度下降到離心力不足以克服彈簧的彈力時，楔塊在彈簧的作用下，順時針旋轉，并重新和外環接觸，止回器進入自鎖狀態，防止軸系反向轉動，如圖2所示。

2 某拖輪SRP1515FP型全回轉舵槳止回器故障維修概況

某日黃驊港煤炭港區某拖輪結束作業返回拖輪碼頭途中，發現右主機突然降速，右主機排煙管冒黑煙，該船輪機員立即停車檢查，發現右舵槳手動盤車不動，初步判斷該舵槳槳葉卡住異物，經潛水員水下探摸，確認右舵槳槳葉與導流罩間卡住廢舊輪胎，如圖3所示，水下清除無果后，最終拖輪進塢將輪胎清除，隨后試車試航均未發現舵槳工作異常，舵槳系統各運行參數一切正常。

該拖輪恢復正常作業運行約10天后，舵槳滑油濾器壓差高報警，輪機員在清洗滑油濾器時，發現濾器內有大量金屬屑等雜質，最初懷疑金屬屑是滑油系統中的運動副異常磨損產生。將此情況向設備廠家報告后，設備廠家安排服務工程師到船對系統進行拆檢，先后檢查了上齒箱傘齒和回轉齒圈，均未發現異常。經討論如對其他部位采取進一步檢查，工程量較大且工作環境不允許。因此先對滑油取樣進行化驗分析金屬屑化學成分進而確定磨損部位。化驗報告顯示滑油成分中無水，有較多金屬顆粒及少量非金屬顆粒，元素分析顯示鐵元素含量高于正常值，其他元素基本正常。

服務工程師結合舵槳纏擺事件和油樣分析，推斷止回器可能出現問題，滑油中的金屬碎屑極有可能是止回器零部件碎裂產生的。經拆檢發現，止回器已完全碎裂，楔塊散落周圍，保持架嚴重變形，局部有摩擦高溫灼傷痕跡，并伴有大量金屬屑在其中，如圖4所示。由于出口管接頭處帶孔墊片的阻擋作用，大塊金屬無法通過，但仍有大量屑狀金屬隨滑油進入系統，油樣檢測報告中顯示的大量鐵元素，即為止回器碎裂后產生的金屬屑的主要成分。

根據故障根源，制定解決方案：首先需徹底清空系統內滑油，并更換全部滑油；其次需拆除三臺液壓馬達，對錐體油腔進行清潔；然后要清除破損止回器，并更換新件，如圖5所示；最后在檢查其他部件正常后，試車試航。由于滑油全部換新必須在船塢內進行，且當時正值寒冬，氣溫低、滑油粘稠，滑油放空僅能靠重力自流，這進一步增加了維修的難度。這次故障自舵槳纏擺至最終恢復正常歷時34天，先后進塢2次，其中止回器換新約4天，僅滑油放空時間就約40小時，消耗殼牌滑油13桶約合2600升，總維修費用約20萬元，且未考慮拖輪脫產一個多月對生產帶來的損失，可謂損失巨大。

3 SRP1515FP型全回轉舵槳止回器設計缺陷分析

SRP1515FP型全回轉舵槳止回器從設計原理上固然能起到一定程度防反轉作用，但未能全面考慮到止回器一旦發生故障對整個系統造成的嚴重后果。止回器反向鎖緊是由楔塊機械摩擦產生的制動力矩實現。因此有制動力矩上限，一般情況下僅靠水流作用于螺旋槳產生的反轉力矩，可由制動力矩抵消，而不至損壞止回器。但當有其他外力作用使反轉力矩過大，超過制動力矩上限時，便會導致楔塊產生形變甚至損壞保持架，而無任何保護措施。

造成止回器出現過大反轉力矩有多種原因，但主要有兩種途徑：一種是有直接強大外力作用于螺旋槳使槳葉反轉產生反轉力矩，另一種是螺旋槳槳葉鎖住情況下操舵的轉舵力產生的反轉力矩。第一種情況較為少見，而第二種情況多發于螺旋槳纏擺，在國內拖輪使用中較為常見。

由于SRP1515FP型全回轉舵槳是德國制造，設計施工及產品運行試驗多考慮歐洲海域工況，對我國國內海域特殊情況結合較少。歐洲國家港口及航運業起步早，發展程度高，尤其對港口水域管理環境治理方面更為嚴格，因此其港口水域狀況較好，航道水深大，水中雜物少，更適宜舵槳工作環境。而我國國內港口及航運業起步晚，發展程度相對較低，尤其許多港口自然水文條件較差，同時為追求快速發展，港口水域管理方面較為不足，航道水深較小，水中雜物多，各種漁船等閑雜船只來往頻繁，多年積攢的廢舊纜繩、廢舊輪胎、廢舊皮筏艇等淤積水底，對螺旋槳的正常工作帶來了極大的安全隱患，舵槳纏擺的概率也大大提高。

在國內拖輪使用中，駕駛員應對螺旋槳纏擺有不同的辦法，有些駕駛員會采取將螺旋槳對吹的方法將纏繞的異物排除，這一方法在一些類型舵槳且纏擺不牢的情況中能起到作用，但并不適用于帶止回器的SRP1515FP型全回轉舵槳。因為SRP1515FP型全回轉舵槳在轉舵時，會帶動螺旋槳發生輕微的轉動，當轉舵方向順向槳葉正轉時止回器不起到作用，槳葉正向旋轉一定角度，但當轉舵方向逆向槳葉反轉時止回器會阻止反轉，而槳葉又被卡住，從而無法轉動，力矩便集中在止回器上，這一力矩隨著舵角轉舵增加而逐漸增大，當力矩超出止回器承載能力后，止回器便會受到損壞。

SRP1515FP型全回轉舵槳的止回器處于整個裝置的滑油循環系統中， 如圖6所示，由滑油潤滑和冷卻，滑油入口承接于舵槳機帶的滑油儲存柜，出口連接到底部滑油循環腔，出口管路上未設置觀察孔和過濾器，僅在管路接頭處設有一孔徑約2mm的墊片。因此一旦止回器發生損壞，產生的金屬碎屑就會混合于滑油中流至底部滑油腔，從而污染整個滑油系統。一臺舵槳設備滑油系統添加至正常液位油量約2600L，除上部滑油儲存柜內由于滑油濾器的過濾不至被污染外，其余約2000L的滑油均會被污染，滑油中會出現大量金屬碎屑，甚至有少量片狀及顆粒狀金屬物，而底部滑油系統中浸沒有多個滾動軸承、傘狀傳動齒輪等運動部件，一旦故障未被及時發現而長期存在其中繼續使用，將會嚴重損壞設備機械部件，從而導致整臺設備癱瘓，后果十分嚴重。

而且就算及時發現止回器損壞，也不僅是通過更換止回器就能解決問題的，被污染的滑油同樣需要全部換新，而SRP1515FP型全回轉舵槳的設計要求，如果要完全放干凈舵槳系統內滑油，則需要將位于水下舵槳底部的放油旋塞打開，從底部放油，因此就要求船舶必須進塢才能徹底換油。如果不進船塢，采取從上部將滑油抽出的辦法，一方面油管需從滑油儲存柜進入，繞過過第一道橫向傳動軸，從立軸中心孔穿入，順方向一直向下前進約4米多，再繞過第二道橫向傳動軸，再繼續下伸近1米后，方可觸及底部，過程十分繁瑣和困難，一般只能伸到第二道橫向傳動軸前，再往下伸就需要專用的管子，精巧的配合和一定的運氣了，一方面立軸的孔徑非常小，要求吸管不能太粗，過軟或過硬均不便于穿透，另一方面就算管子穿到底部，也不能將底部滑油抽凈，勢必會留存一部分在底下，而且由于受到管徑的限制，要將整個系統中的滑油抽出需要相當長的時間和耐心。

因此，SRP1515FP型全回轉舵槳止回器的設計雖然起到了螺旋槳止回的作用，但由于設計方面的不完善，極易由纏擺引發故障，且一旦發生故障，對滑油系統乃至整個設備都將造成巨大的損傷，而且維修起來也異常困難，造成的直接和間接損失，都將是巨大且無法彌補的。

4 SRP1515FP型全回轉舵槳止回器改進措施

SRP1515FP型全回轉舵槳止回器，作為其舵槳系統的典型特征之一，在一定程度上能起到防反轉的作用，這與其他舵槳形式有明顯區別，但止回器一旦出現故障，帶來的損失也是巨大的。因此，為避免此問題發生，將損失將至最小，有必要采取合理的辦法解決此問題。經過對系統結構及作用機理進行綜合分析和討論，提出以下三種解決方案供參考。

方案一：在原有系統上進行改進，為止回器建立獨立的滑油循環系統，滑油不參與整個系統系統的循環，即使止回器損壞也不需更換全部滑油，只需將止回器換新，清洗局部管路即可，大大降低了維修工程量，減少了維修費用。此方法需配套增加小型滑油泵一臺，滑油冷卻器一只，滑油儲存單元一個，配套管路數根。該方案初始安裝費用略高，改動程度一般，會增大舵槳裝置體積，總體方案可行性一般，適用于新造舵槳設備選用。方案二：在原有系統上進行改進，在止回器的滑油出口管路上，設置過濾及檢測裝置，一旦止回器發生損壞，一方面金屬雜質不會隨滑油流動進入系統，另一方面雜質使濾器堵塞觸發檢測裝置報警，便于工作人員第一時間發現故障及時采取措施。此方法需配套細濾器一只，滑油壓差報警器一個，主機報警板聲光報警一只。該方案初始安裝費用較低，改動程度較小，但不能避免止回器損壞，總體方案可行性較高，適用于在用舵槳設備改造選用。方案三：改變原有止回系統，取消止回器，并將離合器部分進行改進，取消原有氣動離合器，采用液壓離合器，一方面脫排狀態下螺旋槳反轉不會損壞任何部件，另一方面合排狀態下靠摩擦片鎖緊力起到止回作用。此方法需配套離合器一套，液壓管系數只。該方案改造費用高，改動程度大，雖避免了止回器的損壞，但止回效果變差，總體方案可行性一般，適用于新造舵槳設備選用。

根據以上三種改進方案，經與該型舵槳廠家相關專家探討，并組織相關專題交流會議。經過多方的努力，SRP1515FP型全回轉舵槳生產總公司在一定程度上認可了該型止回器的不適用性，并采取上述方案三的辦法，計劃對同類型全回轉止回系統進行了徹底的改造，同時更換了離合器結構，并進行了系統優化。目前該改進方案已在部分新造同類型全回轉舵槳系統中建造實施。

參考文獻

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