肖特爾SRP1515FP舵槳 氣動離合器空氣系統分析與改進

馬明軒

摘 要：本文主要介紹一種全回轉拖輪常用的肖特爾SRP1515FP型舵槳，通過對其氣動離合器的空氣系統工作原理和常見故障進行總結，分析其系統設計中不足，進一步研究空氣系統的改進方法和解決措施，從而提高舵槳離合器運行的安全性和可靠性，對港口拖輪同類型舵槳氣動離合器空氣系統改進有一定借鑒意義。

關鍵詞：拖輪;舵槳;離合器;空氣系統

當前，國內外全回轉拖輪動力傳輸系統廣泛采用Z型傳動形式，其主要結構特點是柴油機通過中間軸驅動舵槳運行，并在中間軸和舵槳中間安裝離合器，以實現柴油機和舵槳間動力傳輸的分合，通常離合器會集成到舵槳設備中。按照動力源的不同，拖輪舵槳用離合器主要分為液壓離合器和氣動離合器，兩種形式各有所長，其中氣動離合器具有轉矩范圍廣、結構形式簡單、啟動性能柔和、動力源易獲取等特點，應用較為廣泛和成熟，但對空氣控制系統可靠性和氣源質量有較高的要求[1]。本文介紹的SRP1515FP型舵槳，就是采用氣動離合器，由于其控制空氣系統設計中存在一些不足，經常發生無法正常合脫排等異常情況，給船舶航行造成了一定隱患。本文通過分析該氣動離合器空氣控制系統工作原理，結合其常見故障和實際管理經驗，提出相應的解決措施，給同類型設備生產者和使用者提供參考。

1離合器空氣系統工作原理

肖特爾SRP1515FP舵槳氣動離合器空氣控制系統如圖1所示。圖示A入口是經氣瓶提供的11.5bar壓縮空氣，圖示B出口與氣動離合器氣囊相連通。圖示①是氣容，②是調壓閥，③是兩位五通氣動閥，④是壓力表，⑤是兩位三通手動閥，⑥是單項節流閥，⑦是兩位五通氣動閥，⑧是濾器，⑨是調壓閥，⑩是接線端子，是消音器，、是壓力開關，、是兩位三通電磁閥。

氣動離合器合排過程，駕駛臺給出合排指令，入口A氣壓在正常范圍，在工作檔允許合排，電磁閥得電動作，失電，⑦左位通，壓縮空氣后經⑧、⑦后在⑥的節流下緩緩向①充氣，⑨閥芯開度逐漸開大，出口B氣壓緩慢上升，離合器氣囊緩慢膨脹。當①壓力升高至設定值約3.5bar，②閥芯打開，③動作，壓縮空氣不經過節流直接經③左位通向①，壓力迅速升高，⑨完全打開，出口B氣壓迅速上升至額定壓力，離合器氣囊完全脹開，動作發出合排成功信號。離合器脫排時，電磁閥得電動作，失電，①及附屬管路內空氣經⑥單向閥迅速放氣，⑨復位，離合器氣囊空氣經泄放大氣，離合器脫排。

離合器合排時，氣囊壓力-時間曲線如圖2所示，氣壓隨時間先緩升，達到壓力拐點后，再速升至額定壓力。采用這種壓力升高的特性，能夠使氣動離合器合排過程更加平滑，減少合排機械沖擊，增加離合器使用壽命。

2 離合器空氣系統常見故障

由于拖輪協助貨船靠離泊的作業特點，每天需多次靠離碼頭，舵槳離合器使用頻率較高，通常故障也出現在離合器合排或脫排的過程中，經實踐經驗總結，常見故障主要有以下六種。

故障一，駕駛臺給出合排指令后，離合器不合排，壓力表④指示為零，經檢查入口A氣源壓力正常，壓力開關處于工作狀態，電磁閥有電。故障二，發出合排指令后，離合器不合排，壓力表④指示氣壓從零緩慢升至3.5bar左右即停止上升，檢查氣源A壓力正常，重新脫排等待片刻后再次合排，故障現象仍然存在。故障三，發出合排指令后，離合器迅速合排，壓力表④顯示氣壓迅速陡升，沒有緩慢升壓的過程，特性曲線失常。故障四，發出合排指令后，離合器緩慢合排，壓力表④顯示氣壓從零緩慢升高至工作壓力，特性曲線失常。故障五，發出合排指令后，離合器氣壓正常上升，但合排后，螺旋槳驅動主機無法加速。故障六，發出脫排指令后，電磁閥動作，但離合器氣壓不下降或略微下降，離合器無法脫開[2]。

3 離合器空氣系統故障原因分析

根據舵槳離合器工作原理，無法正常合、脫排故障原因，排除人員操作失誤因素外，按照工作機理主要可分為三類：一是離合器自身機械故障，例如氣囊破損、摩擦瓦損壞、復位彈簧片損壞、進氣接頭漏氣、接觸面打滑等;二是控制電路故障，例如電源失電、線路虛接、電子元件損壞等;三是壓縮空氣相關故障，例如氣壓不足、閥塊卡阻、空氣泄露、空氣臟污等。結合這三類故障原因和前述六種故障情況，經實際故障排查記錄，故障原因統計如表1所示。

可以看出上述故障一、三、四均是由于閥塊卡住造成，其根本原因還是由于系統內濾器⑧對壓縮空氣過濾不到位，空氣清潔度無法保證，而系統內部閥塊的偶件配合精密，微量的灰塵或顆粒都可能導致閥塊卡住。故障六是由于閥塊彈簧性能不足造成，在頻繁收縮工作中，易發生卡住情況，無法正常復位。故障五是由于氣源壓力低造成，其主要原因是系統前減壓閥活塞運動不靈活，空氣進系統壓力降低，根源還是空氣過濾不充分。故障二是由于閥塊密封不嚴造成。以上六種常見故障均屬壓縮空氣相關故障，離合器機械故障及電路故障少見。

4 離合器空氣系統改進措施

根據上述系統故障及原因分析，研究制定技術改進方案。其中故障二涉及閥塊密封漏氣，發生頻率較低，可通過加強日常檢查，定期更換密封圈等管理手段避免，本文不再詳細闡述。故障一、三、四、五可歸為一類研究，一般發生在拖輪離泊，舵槳合排過程，主要應通過技術手段提高系統進氣清潔度，確保空氣經過充分過濾，避免閥件卡阻。故障六，一般發生在拖輪靠泊，舵槳脫排過程，該過程一旦單槳脫排失敗，易引發斷纜等事故，應從提高閥塊彈簧可靠性和應急手動脫排兩個角度研究。

技術措施一。為提高系統進氣清潔度，可在儲氣瓶后端，進系統A口前端的空氣管路上安裝空氣濾器，濾器選擇應考慮適用介質、工作壓力、耐壓等級、工作溫度、過濾精度、處理流量等技術參數，能夠充分過濾空氣中水份及雜質。SRP1515FP型舵槳配備離合器品牌為Airflex，型號24VC1000，額定工作壓力1.15MPa，估算理論最大流量應不低于685L/min。[3]據此設計選用一只中壓空濾濾器和一只中壓精密濾器串聯使用，達到過濾效果，其技術參數如表2所示。

技術措施二。為提高閥塊彈簧可靠性，一方面可以考慮重新加工制作彈簧，改善彈簧材質，適當提高彈簧剛度，特別是彈簧端部應給予磨削整平和局部加強;另一方面在不更換原有彈簧基礎上，可以配置一只彈簧座，安裝于彈簧一側，提高彈簧性能，彈簧座厚度約1.5mm，材質優先選用銅或不銹鋼材質。受彈簧加工能力限制，本文選用后者，增加彈簧座方式。

技術措施三。為實現手動應急脫排功能，可在出系統B口后端，至離合器中間管路上安裝手動轉換三通閥，正常工作時系統直接向離合器供氣，當出現脫排故障時，根據駕駛臺指令，手動轉換三通閥，將離合器氣囊內的空氣直接排放大氣，實現脫排工作，保證拖輪順利靠泊。該閥門只在應急情況下使用，為避免誤操作，應涂刷紅色，并張貼警示標識及操作說明。

根據上述三項改進措施，組織對某拖輪舵槳離合器空氣系統進行了改造，經過充分運行試驗，改進效果明顯，設備故障率顯著降低，能夠給船舶行業同類設備使用提供借鑒意義。

參考文獻：

[1]高曉敏， 王曉明. 現代船用離合器技術的發展[J]. 機械技術史， 2000.456-462.

[2]張志喜. 肖特爾SRP1515FP全回轉舵槳氣脹式離合器控制系統故障[J]. 航海技術， 2018， No.229（01）：51-52.

[3]張金國， 王雋， 王剛偉，等. 船用離合器氣胎充氣時間計算及試驗分析[J]. 船海工程， 2017，46（4）.134-136