4700 DWT果汁運(yùn)輸船舵系失效故障及排除

楊威 亢宗楠 張如文 張延春

摘 要：本文分析了4700DWT果汁運(yùn)輸船舵系失效的原因及排除措施。

關(guān)鍵詞：果汁運(yùn)輸船；舵系故障；分析

中圖分類號(hào)：U664.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper analyzes the reason for the failure of the rudder system of 4 700 DWT juice express and expounds the troubleshooting of similar steering gear rotary failure.

Key words： Juice express； Rudder fault； Analysis

1 引言

船舶舵系的可靠性是安全航行的前提，舵系故障的存在是極大的安全隱患，不僅影響正常的航行，甚至有可能發(fā)生重大的海難。因此，舵系的安全可靠性對(duì)于船舶而言十分重要。

Gshi206是我司建造的國內(nèi)首艘果汁運(yùn)輸船，其舵系采用懸掛舵結(jié)構(gòu)形式，舵葉選用了NACA（圖1），操舵方式為端鉸擺缸式（圖2）。

2 故障現(xiàn)象及分析

該船在試航操舵試驗(yàn)過程中出現(xiàn)左滿舵到右滿舵時(shí)舵機(jī)油缸不動(dòng)作，只有將航速降低后舵機(jī)油缸才會(huì)有動(dòng)作，舵角才會(huì)慢慢回到零位。通過分析，我們初步以為是舵機(jī)油缸內(nèi)存在空氣造成的，由于空氣可壓縮導(dǎo)致油缸活塞不動(dòng)作。但是經(jīng)過反復(fù)排氣，故障還是沒有得到解決。通過對(duì)比試航中的船舶參數(shù)發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)航速為13.7 kn時(shí)，是否因?yàn)槎鏅C(jī)油缸推不動(dòng)舵葉，而航速降低后舵力也會(huì)相應(yīng)的降低，當(dāng)舵機(jī)油缸的力大于舵力時(shí)，油缸恢復(fù)動(dòng)作，舵角開始回零。

為了排除這一原因，我們首先要對(duì)舵力進(jìn)行計(jì)算，如果真是因?yàn)槎媪μ螅蔷托枰黾佣鏅C(jī)泵的功率，讓舵機(jī)油缸產(chǎn)生足夠的推力來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)舵。

3 舵力計(jì)算及舵桿強(qiáng)度校核

首先我們需要計(jì)算在13.7 kn的航速下舵機(jī)需要的推力，同時(shí)計(jì)算舵桿的強(qiáng)度是否足夠？

船舶在航行時(shí)，由于螺旋槳的推力，在舵葉處會(huì)產(chǎn)生巨大的扭矩，使船舶改變航道。舵葉產(chǎn)生的扭矩按下式計(jì)算：

此值和舵桿設(shè)計(jì)扭矩94 kNm一致，排除了舵葉舵桿設(shè)計(jì)問題。

4 舵機(jī)功率的復(fù)核

舵機(jī)油缸處需要的推力Fc為

式中：Tc 為操舵力矩，由于舵的上下舵承存在摩擦力，該船選用了懸掛舵，所以選擇Tc =1.3 T；R為舵柄的旋轉(zhuǎn)半徑，R=0.52 mm；T為舵葉處的扭矩。見圖3。

該船舵機(jī)油缸的型號(hào)為DW120-60-770-630，油缸的有效面積AC=197.92 cm2，計(jì)算出泵的工作壓力最大為P=130 bar，需要的電機(jī)功率為7.04 kW。

該船選用的電機(jī)額定功率為8.6 kW，超出了需要的7.04 kW的要求。為此，打開電機(jī)接線盒，發(fā)現(xiàn)電機(jī)采用了星型連接（見圖4），按照電機(jī)的通用標(biāo)準(zhǔn)，超過3 kW的電機(jī)應(yīng)該采用三角形接法，并且三角形接法的功率會(huì)比星型大。

通過兩者對(duì)比可以看出，星型接法的功率只有三角形接法的三分之一，而電機(jī)銘牌上顯示在三角形接法下泵的額定功率為8.6 kW。

5 結(jié)論

根據(jù)以上分析可以看出，船舶達(dá)不到應(yīng)有的舵效主要存在兩個(gè)原因：第一是船舶舵力大于轉(zhuǎn)舵力矩。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)舵力和設(shè)計(jì)基本一致，所以舵葉和舵桿沒有問題，該原因被排除；第二是舵機(jī)電機(jī)功率不夠。通過對(duì)電機(jī)功率的核實(shí)，該電機(jī)額定功率為8.6 kW遠(yuǎn)大于需要的功率7.04 kW，問題出現(xiàn)在電機(jī)接線上，本應(yīng)使用三角形接法的電機(jī)，卻用了星形接法，造成了電機(jī)功率只有額定功率的70%。因此，該船正是由于舵機(jī)電機(jī)接線問題導(dǎo)致功率不夠，使轉(zhuǎn)舵出現(xiàn)問題。

經(jīng)過更換舵機(jī)電機(jī)接線方法后第二次試航，我們從左舵30?到右舵35?只用了25 s時(shí)間，滿足了規(guī)范要求的不超過28 s的要求，使該問題得到了圓滿解決。

希望通過對(duì)該船舵效問題的分析，能對(duì)其他船舶出現(xiàn)類似舵效問題提供參考。

參考文獻(xiàn)

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