“華鵬”輪CPP 故障分析及調(diào)試改進(jìn)技術(shù)研究

全向宏，張曉紅

（深圳華威近海船舶運(yùn)輸股份有限公司，廣東 深圳 518067）

0 引言

隨著海洋石油的開(kāi)發(fā)，海工作業(yè)三用船得到廣泛使用。三用船具有操控靈活、功能多樣的特點(diǎn)，能夠滿足海洋石油開(kāi)采多樣化的作業(yè)需求。為了保證三用船的靈活操控性能，目前大部分船舶都采用變螺距槳設(shè)計(jì)（CPP）。變螺距槳的變距功能正常與否，直接導(dǎo)致船舶操縱的安全性及功能的發(fā)揮。本文針對(duì)某輪變螺距異常導(dǎo)致推力不足的問(wèn)題進(jìn)行分析，希望能對(duì)類(lèi)似CPP 故障以有益啟示[1]。

案例分析：“華鵬”輪在幾次大修理之后，發(fā)現(xiàn)右側(cè)推進(jìn)器推力明顯降低，主機(jī)負(fù)載明顯降低。通過(guò)船方多次檢查，認(rèn)為大修理抽尾軸之后，安裝數(shù)據(jù)并未明顯變化，一直未找到合適的調(diào)節(jié)辦法，故障一直沒(méi)有解決，船舶右推進(jìn)系統(tǒng)不能在滿負(fù)載下運(yùn)行。為了滿足船舶在特種作業(yè)時(shí)需滿負(fù)載工況下運(yùn)行條件，故將此故障原因進(jìn)行分析并研究改進(jìn)措施，解決該船推進(jìn)系統(tǒng)推力不足問(wèn)題，并希望能在其他類(lèi)似船舶的管理中推廣應(yīng)用[2]。

1 設(shè)備系統(tǒng)組成

“華鵬”輪的CPP 主要由以下部件組成：

1）電液伺服系統(tǒng)，包括電氣控制系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)，圖1 為變距小油缸圖；

2）配油箱，見(jiàn)圖2；

3）槳轂內(nèi)十字頭滑塊變距機(jī)構(gòu)，見(jiàn)圖3。

各組成部分主要功能簡(jiǎn)介如下：

變距小油缸：通過(guò)電液控制系統(tǒng)，將CPP 變距電信號(hào)指令變成小油缸活塞伸縮運(yùn)動(dòng)；配油箱：小油缸的活塞伸縮運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)配油閥運(yùn)動(dòng)，分配液壓油進(jìn)出動(dòng)力油缸；槳轂變距機(jī)構(gòu)：推拉桿帶動(dòng)十字頭前后運(yùn)動(dòng)，通過(guò)滑塊及轉(zhuǎn)盤(pán)，推動(dòng)槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)，變距。可見(jiàn)，以上任何一個(gè)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障，均可能引起變距故障[3]。

2 設(shè)備故障現(xiàn)象及可能原因分析

本輪的變距功能正常，故障是：正車(chē)變距不足，倒車(chē)變距過(guò)大。

本故障出現(xiàn)在船舶兩次大修理之后，大修理均對(duì)尾軸抽出，檢查，組裝。現(xiàn)場(chǎng)檢查，拆、裝均按照標(biāo)識(shí)進(jìn)行，拆裝前后核對(duì)零螺距。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輪機(jī)長(zhǎng)檢查，拆裝前、后的零螺距未有變化，由于通常運(yùn)輸，負(fù)載較小，不影響使用，一直使用了2 年多。考慮到最近船舶需進(jìn)塢修理，在本次進(jìn)塢前，決定對(duì)CPP 狀況進(jìn)行檢查，以便進(jìn)塢時(shí)進(jìn)行針對(duì)性修理[4]。

針對(duì)上述故障現(xiàn)象，可以判定正車(chē)螺距變距不足，螺距向倒車(chē)方向漂移較大。根據(jù)船方的使用觀察，零螺距有倒車(chē)現(xiàn)象，但基本不影響使用。螺距指示未見(jiàn)異常，指示均可以操作到正車(chē)和倒車(chē)100%。

3 檢查測(cè)量

為了測(cè)量出真實(shí)的螺距值，通過(guò)上述原理圖分析，需要找到一個(gè)可以測(cè)量的數(shù)據(jù)來(lái)代表真實(shí)螺距。根據(jù)圖2 對(duì)配油箱觀察，螺距的改變，直接體現(xiàn)在反饋桿的伸縮位置上，也就是說(shuō)，反饋桿的長(zhǎng)短，直接體現(xiàn)螺距的大小。這樣，通過(guò)測(cè)量圖中的L 值，可以看出螺距變動(dòng)大小。操作控制室指令，分別測(cè)量出零位、正車(chē)100、倒車(chē)100 時(shí)對(duì)應(yīng)的L 值，可以計(jì)算出正車(chē)反饋桿行程和倒車(chē)行程，比較即可知道螺距變動(dòng)大小。

表1 為左、右CPP 的測(cè)量數(shù)值。

圖1 變距小油缸

圖2 配油箱

圖3 槳轂內(nèi)十字頭滑塊變距機(jī)構(gòu)

表1 “華鵬”CPP 設(shè)定值調(diào)整之前的參數(shù)

測(cè)量顯示，正車(chē)行程較另外正常的左側(cè)小20 mm，倒車(chē)行程大3 mm，可見(jiàn)實(shí)際螺距，確實(shí)正車(chē)較小，倒車(chē)較大。引起這個(gè)問(wèn)題原因一，可能是指令信號(hào)引起，即正車(chē)指令小，倒車(chē)指令大。

通過(guò)對(duì)指令信號(hào)的測(cè)量，其結(jié)果如表2 所示，未見(jiàn)指令信號(hào)異常。

表2 CPP 電氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)前反饋電壓設(shè)定值與原海試反饋電壓設(shè)定值

引起這個(gè)問(wèn)題原因二，可能是反饋信號(hào)引起，即反饋信號(hào)錯(cuò)誤，導(dǎo)致變距行程過(guò)小或過(guò)大。測(cè)量反饋信號(hào)，其結(jié)果如表3 所示。

表3 “華鵬”CPP 設(shè)定值調(diào)整之后的參數(shù)

通過(guò)觀察分析CPP 機(jī)械零位時(shí)，指令0 V 對(duì)應(yīng)反饋2.1 V，即反饋零電壓值向正車(chē)方向漂移，導(dǎo)致反饋正車(chē)100%電壓值7.5 V，電壓變化值偏小，導(dǎo)致正車(chē)指令螺距變化受限，正車(chē)螺距角偏小導(dǎo)致右主機(jī)正車(chē)負(fù)荷小。原因顯而易見(jiàn)，零位時(shí)反饋信號(hào)不正確。需要對(duì)CPP 電氣系統(tǒng)進(jìn)行零位進(jìn)行調(diào)節(jié)，或?qū)ψ畲舐菥噙M(jìn)行調(diào)節(jié)[5]。

4 調(diào)試方案

查閱CPP 電氣說(shuō)明書(shū)和參考海試原始參數(shù)，調(diào)節(jié)設(shè)定CPP 零螺距及最大螺距的反饋設(shè)定電壓值方法如下：

1）開(kāi)啟齒輪箱備用泵，將CPP 轉(zhuǎn)到機(jī)旁應(yīng)急操。

2）打開(kāi)測(cè)量孔測(cè)量反饋桿行程值L，同時(shí)進(jìn)入控制室監(jiān)控電腦CPP 調(diào)節(jié)設(shè)定界面，此時(shí)機(jī)械零位測(cè)量值為128 mm，電腦上顯示零位反饋電壓值為0 V，控制臺(tái)螺距表指示為0，機(jī)械零位與電氣反饋零位及螺距指示同步。若電腦反饋電壓值不為0 V，則調(diào)整反饋電位器直到反饋電壓值為0 V，螺距表指示不在0，打開(kāi)右主機(jī)推進(jìn)遙控控制箱，在MULT DRIVER 調(diào)整零位電位器。按ENTER 鍵保存當(dāng)前電腦零位反饋設(shè)定值。

3）監(jiān)控電腦再進(jìn)入CPP 調(diào)節(jié)設(shè)定界面，應(yīng)急操正車(chē)反饋桿測(cè)量行程202 mm（行程74 mm，接近左側(cè)CPP 數(shù)據(jù)），若此時(shí)電腦反饋電壓值7.1 V（假定），則默認(rèn)此時(shí)7.1 V 為正車(chē)100%反饋電壓值。此時(shí)可以應(yīng)急操螺距，調(diào)整反饋桿行程測(cè)量值與正車(chē)反饋100%值，即得到想要的CPP 最大正車(chē)螺距角，按ENTER 鍵保存當(dāng)前電腦正車(chē)100%反饋設(shè)定值。若此時(shí)控制臺(tái)螺距表指示不在正車(chē)100，在MULT DRIVER調(diào)整AHEAD 電位器。

4）監(jiān)控電腦再進(jìn)入CPP 調(diào)節(jié)設(shè)定界面，應(yīng)急操倒車(chē)反饋桿測(cè)量行程68 mm（倒車(chē)行程60 mm，與左側(cè)差距不大），若此時(shí)電腦反饋電壓值-4.1 V，則默認(rèn)此時(shí)-4.1 V 為倒車(chē)100%反饋電壓值。此時(shí)可以應(yīng)急操螺距，調(diào)整反饋桿行程測(cè)量值與倒車(chē)反饋100%值，即得到想要的CPP 最大倒車(chē)螺距角，按ENTER 鍵保存當(dāng)前電腦倒車(chē)100%反饋設(shè)定值。若此時(shí)控制臺(tái)螺距表指示不在倒車(chē)100，在MULT DRIVER 調(diào)整ASTERN 電位器。

表4 CPP 調(diào)整前后主機(jī)熱工數(shù)據(jù)

以上步驟結(jié)束后轉(zhuǎn)至集控室和駕駛臺(tái)前后指令遙控操作CPP 零位、正、倒車(chē)，查看監(jiān)控電腦指令與反饋電壓值，反饋桿行程值，螺距表指示同步性和遙控控制系統(tǒng)性能。

DP 反饋串在螺距表反饋電位器回路上，調(diào)整主推進(jìn)遙控箱MULT DRIVER 零位、正倒車(chē)電位器即調(diào)整DP 反饋電壓信號(hào)值[6]。

考慮到零位調(diào)節(jié)需要對(duì)反饋電位器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)，不是很方便，顧選擇對(duì)最大正車(chē)螺距進(jìn)行調(diào)節(jié)。

參照步驟3，調(diào)節(jié)正車(chē)100%反饋桿L 值，由原來(lái)186 mm 操到202 mm.正車(chē)反饋100%電壓值由原來(lái)的7.5 V調(diào)至9.1 V進(jìn)行設(shè)定保存，隨后在海上備車(chē)測(cè)試CPP操控性能，調(diào)節(jié)后L 值數(shù)據(jù)如表4 所示。

5 調(diào)試效果測(cè)試

此次通過(guò)上述步驟調(diào)節(jié)，右CPP 正車(chē)100%反饋桿L 值由原來(lái)186 mm 增加到202 mm，正車(chē)反饋100%電壓值由原來(lái)的7.5 V 調(diào)至9.1 V，在海上備車(chē)測(cè)試CPP 操控性能，并對(duì)主機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，調(diào)整前后主機(jī)熱工數(shù)據(jù)如表5 所示。

表5 調(diào)整前后主機(jī)熱工數(shù)據(jù)

可見(jiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)后，主機(jī)負(fù)載在螺距接近情況下，較未調(diào)節(jié)前油門(mén)變大，爆炸壓力升高，掃氣壓力升高，負(fù)載明顯升高。達(dá)到調(diào)節(jié)效果[7]。

6 繼續(xù)改進(jìn)建議

在修船期間，對(duì)液壓連軸器SKF 拆裝前后位置進(jìn)行仔細(xì)測(cè)量，避免零位較大變化；對(duì)CPP 反饋桿的各個(gè)連接附件進(jìn)行仔細(xì)檢查，確定各個(gè)鏈接關(guān)節(jié)無(wú)間隙，伺服油缸軸封、伺服油缸活塞無(wú)漏油；步進(jìn)馬達(dá)外部油管無(wú)泄漏；對(duì)CPP 進(jìn)行零位、正、倒車(chē)校對(duì)。此次未對(duì)步驟2 零位和步驟4 倒車(chē)進(jìn)行調(diào)整，建議在塢內(nèi)確認(rèn)零位后再確認(rèn)機(jī)械零位測(cè)量值L（假定為130 mm），然后按照步驟2 進(jìn)行零位調(diào)整。然后機(jī)旁應(yīng)急操CPP，確認(rèn)CPP 實(shí)際機(jī)械可動(dòng)作的范圍大于后續(xù)要調(diào)節(jié)的正，倒車(chē)100%的測(cè)量值（正車(chē)100%現(xiàn)值為202 mm，說(shuō)明書(shū)理論值最大為225 mm），然后按照步驟3 和步驟4 進(jìn)行正、倒車(chē)100%的設(shè)置，并在后續(xù)海試中進(jìn)行微調(diào)，達(dá)到所需的理想正、倒車(chē)效果[8]。

7 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)調(diào)試，“華鵬”輪推進(jìn)器使用幾個(gè)航次及在工程起拋錨作業(yè)時(shí)觀察，主推進(jìn)器拉力恢復(fù)到以前狀態(tài)，滿足船舶起拋錨作業(yè)需求。贏得了油公司的贊譽(yù)。保證了船舶功能發(fā)揮。為電氣調(diào)試做了初步嘗試，開(kāi)闊了解決問(wèn)題思路，避免了判斷錯(cuò)誤導(dǎo)致船進(jìn)塢檢修CPP 安裝故障修理費(fèi)用，是一次成功的嘗試。