某輪CPP裝置故障分析與處理實例

鄭國祥

摘 要：近年來，CPP裝置因其良好的操縱性和適應性已被廣泛應用于各類船舶。本文針對某船CPP裝置發生的一起非典型故障實例，闡述了故障現象及系統排查過程，為今后類似的CPP裝置故障處置提供參考。

關鍵詞：CPP裝置；原理；故障分析；處置

0 引 言

當前，可變螺距螺旋槳（controllabe pitch propeller， 英文縮寫為CPP）裝置已被廣泛地應用于艦船、拖船、集裝箱船等各類船舶上，功率也從中、小型到幾萬千瓦不等，與傳統的定距槳相比，CPP提高了船舶的機動性和可操縱性，便于實現遙控，能夠使主機在部分負荷下運行時仍保持良好的經濟性，并且有利于推進裝置驅動軸帶發電機等輔助負載。但是，CPP裝置由于其結構復雜，系統零部件多且精密，一旦發生故障，其排查故障的難度也明顯高于定距槳。

1 基本概況

1.1 CPP裝置組成與原理

該船主機推進系統采用雙機雙槳推進模式，推進系統為Alphatronic 2000，主機型號為MAN B&W; 7L32/40，單機功率3 360 kW，可調槳由MAN公司隨船配套提供，型號為VBS980。整個裝置主要通過螺旋槳軸、液壓聯軸節、中間軸和減速齒輪箱與主機輸出端相連，其液壓系統為獨立的液壓泵站，采用電液控制方式經配油器來改變螺旋槳槳葉的角度和方向，最終達到調距的目的。其液壓工作原理見圖1。

1.2 故障現象

該船于今年塢修時對左右CPP裝置進行了解體大修，換新槳轂內所有密封件，并對艉軸管內兩道內油管接頭預緊力進行校驗，同時更換ODF內部的液控單向閥組及相關密封件。系統組裝完畢后，在船塢內對左右CPP進行了正倒車操縱試驗，系統工作壓力在正常，螺距變化速度正常，出塢后再次對CPP進行運行試驗均未發現異常。某日，船舶按照出廠計劃進行碼頭移檔時，突然發現右CPP在正車二擋向零螺距操縱時螺距沒有跟隨，機艙集控室與機旁儀表顯示及ODF機械指示均在正車二擋位置，后向正車位置瞬間推一小角度后再拉回零位，槳葉螺距才慢慢歸零，完車后分別在遙控及機旁部位多次操縱CPP螺距，右CPP往正車方向操控螺距時反應速度正常，而往倒車方向操控螺距時速度依舊非常緩慢，并且集控室控制面板上伴隨發出“CPP PITCH MIS ALIGNED”故障報警。

2 故障原因分析、查找

2.1 電控系統檢查

通過查看電氣原理圖（見圖2）得知，該船CPP的機旁和遙控操作原理相似，其發出的操作指令，都是經過ASP12的同一通道輸出電信號，并最終驅動電磁閥實現螺距變化的。經分別測取遙控和機旁兩種操作模式下輸出到電磁閥兩端的電壓，正倒車方向電壓值基本相同，都在13V左右，說明輸出信號通道電壓正常。那么，問題會不會出現在輸入信號通道方面，由于輸入指令的延遲造成輸出信號滯后？為進一步排除控制系統本身可能存在的故障，我們在集控室操作面板上按下“load restrictions cancle”按鈕后，正倒車來回操作車鐘手柄至最大位置，以觀察系統內的“pitch command”與“pitch feedback”是否同步，經測試，“pitch command”跟隨正常，而“feedback”跟隨明顯滯后，說明輸入指令反應及時，問題出現在液壓執行機構方面，由此排除了電控系統方面存在的問題。

2.2 液壓系統檢查

通過觀察，在正常情況下，操控正倒車螺距角時，CPP液壓系統油壓都是先升高到3 MPa左右以推動螺距變化，待螺距角達到設定值后系統油壓回落到2.2 MPa左右。但在之后的幾次操作過程中，發現當往倒車方向操控右CPP螺距角時，系統的伺服油壓不升反而下降0.2 MPa左右，當螺距角達到設定值后才慢慢恢復到2.2 MPa，整個執行過程油壓相比往正車方向操控時低0.8～1 MPa左右。通過分析該故障現象，結合系統剛剛大修后的實際情況，覺得系統存在以下幾種情況會導致該故障的發生：系統內有空氣，比例閥開度不足或閥組內部有泄漏等。針對各種情況做了如下排查：

1）系統內部排氣檢查。若系統內有殘留空氣，可以通過就地來回操縱螺距角至最大機械限位直至安全閥起跳的方式進行釋放。經過數十次操作后，發現故障現象沒有絲毫改善，排除了系統內有空氣的可能。

2）檢查比例閥開度情況。為檢驗是否為比例閥開度不足導致的故障原因，操作人員在機旁通過手動推頂閥芯的方式進行正倒車操縱，在隨后的多次操作中并未發現有任何改善跡象，由此可以排除比例閥的問題。

3）閥組內部泄漏情況檢查。由于船上沒有閥組總成備件，為排除閥組內部泄漏的可能，最后采用左右CPP液壓系統閥組（見圖3）對調的方式進行檢查，經調換后同時操作左右CPP系統發現，左CPP操縱正常，右CPP操縱故障依舊，從而排除了閥組內部泄漏的可能。

2.3 ODF內部閥組檢查

基于上述的外圍檢查均未發現任何異常，那么產生問題的原因都指向內部系統，首先考慮到便是本次塢修過程中拆檢過的CPP槳轂系統、內油管接頭及ODF內部閥組。按照先易后難的檢修原則，決定先對本次拆檢過的ODF內部閥組進行排查，結合圖1分析可知，若ODF內部單元的液控單向閥組13卡阻，導致開度不足，勢必會降低內部動力活塞的移動速度，繼而導致螺距角操控反應速度變慢。在隨后的拆檢過程中發現，四個單向閥中除一個閥卡死在全開狀態，其余閥開關自如，工作正常，經更換該閥后裝復試驗，故障現象未消除，由此可以初步排除ODF內部單元的液控單向閥問題。

2.4 內油管接頭預緊力檢查

對CPP槳轂系統的檢查涉及二次進塢及其后續龐大的工程量，因此要慎之又慎。經與現場服務工程師進行分析和探討，結合該故障現象及前期排查情況，初步認為產生該故障的原因極有可能與艉軸裝配過程中造成內油管接頭意外松動有關。該船為長艉軸設計，加之艉軸與齒輪箱輸出軸之間還使用了液壓聯軸器和2根中間軸，因此整根內油管也非常長，其采用了分段式結構，通過5道法蘭連接而成，連接方式見圖4，其中3道接頭布置在中間軸內，2道接頭布置在艉軸內，并且布置在艉軸內2道接頭的固定螺栓都安裝有保險鋼絲。經綜合評估，認為有必要對中間軸內3道內油管法蘭的預緊力情況進行檢查。通過拆開液壓聯軸器及中間軸連接法蘭，按要求對3道內油管接頭預緊力情況及端面間隙逐個進行校驗，結果均顯示正常，而艉軸內兩道接頭的預緊情況在艉軸復裝前已進行校核，基本不可能松動。

3 故障定位與處置

檢修人員在對右CPP裝置外圍各系統組件及本次內部檢修部件的排查過程中均未發現異常，目前整個裝置僅剩下已解體保養過的CPP槳轂系統和未解體保養的ODF配油系統未進行排查，而其中CPP槳轂系統解體后內部所有密封件都已換新，各項裝配間隙及數據也滿足說明書要求，因此基本可以排除該部位發生故障的可能性。在此情況下，檢查人員再次將目光聚焦到ODF配油系統（見圖5）。

經過對圖5的分析研究后得知，當配油盤徑向間隙偏大或配油軸上密封圈間隙偏大都會造成系統油內漏量增加，從而影響螺距操控速度。在隨后的拆檢過程中，檢修人員分別對配油盤徑向間隙和配油軸密封圈進行仔細檢查，其中配油盤徑向間隙在規定的允許值（≤0.05 mm）內，而配油軸上3道密封圈拆下后與新密封圈相對比，發現均有不同程度的磨損老化跡象（見圖6）。經更換新的密封件后裝復進行正倒車試驗，倒車方向壓力變化與正車方向相同，右CPP螺距操控恢復正常。至此，故障被排除。

4 結束語

此次故障的表現形式非常特殊，而其故障特征又與某些常規故障極為相似，使得故障排除工作錯綜復雜，對船舶機務管理人員和設備服務人員的技能水平和專業理論知識都提出了較高要求。可以說，該故障的成功處置為船舶機務管理人員和設備服務人員積累了經驗。

1）故障的排查要始終遵循先易后難、由簡入繁的處理方法，對任何一個疑點都要仔細排查分析。

2）在進行故障分析時，要摒棄傳統思維方式，樹立可能性思維模式，此次ODF配油系統問題所引發的故障現象恰恰說明了這一理念的重要性。

3）對排查過程中可能涉及的重大檢修工程要慎之又慎，堅持科學理論分析與實際工作相結合的原則，做到統籌兼顧，避免造成不必要的損失。