某船左舷海水液壓系統液壓動力頭故障處理

某船采用燃氣輪機/柴油機交替運行的雙軸雙槳柴燃聯合動力裝置。燃氣輪機輸入端在兩調距槳軸內側，齒輪箱的前端。巡航柴油機輸入端在兩調距內側，齒輪箱后端。齒輪箱輸出的功率通過軸系傳到調距槳上，其輸出端設有主推力軸承，用來承受螺旋槳推力。

液壓動力頭是齒輪箱液壓海水系統的重要設備，該動力頭是斜軸式定量動力頭，在壓力油的推動下使其軸轉動,帶動海水泵工作。其共有7個柱塞，3或4個缸體孔位于壓力側的配流腰形孔處，而另外4或3個則在回油側腰形孔處。壓力油從配流盤腰形孔口進入動力頭，推動柱塞在缸體內前后運動。這種運動由輸出軸的柱塞球鉸轉化為旋轉運動。缸體因柱塞而一起轉動，并在輸出軸產生轉矩。當該柱塞隨缸體轉到回油側腰形孔的位置，回油流出回到系統中，完成一個循環。液壓動力頭示意圖如圖1所示。

圖1 液壓動力頭示意圖

在液壓動力頭運轉時，其7個油腔隨著吸油和排油的過程，油腔的容積是變化的。當吸油時油腔敞開，容積變大，讓液壓油可以流進來；過了吸油區后油腔則關閉，以阻止液壓油回流；到了壓油區后油腔又敞開，容積變小，把液壓油擠壓出去。在液壓動力頭吸油和壓油循環中，配流盤和缸體之間及中心連桿內孔中有一小部分油會泄漏出來，泄漏的油流入動力頭前端圓錐滾子軸承，對軸承進行潤滑。動力頭的泄漏量與出廠時的容積效率有關，容積效率越高，泄漏量越小，泄漏油量能滿足軸承的潤滑要求。

1 故障現象及勘驗

2021年5月，某船在航行過程中，發現左舷齒輪箱海水液壓系統在運轉工作時，海水泵因水壓低報警。海水壓力從0.15 MPa瞬間降低至0，海水泵泵軸無轉速，且有較明顯的燒焦味道。

在第一次故障之后，為防止因海水泵軸系問題導致液壓動力頭損壞，現場人員更換了海水泵泵軸總成，此時液壓動力頭海水泵組件為第二臺動力頭更換了新泵軸總成的狀態。

對總成進行更換后，該船又一次航行，在航行過程中再次出現變量泵出口壓力由11.0 MPa升高至18.1 MPa、同時海水泵出口壓力由0.159 MPa降為0的現象。現場人員查看后發現，海水泵軸無轉速，海水泵無法正常輸出海水。由于系統現象與第一次相同，可認為此時系統發生了同類型故障。

在該故障發生后，現場人員對整套液壓動力頭海水泵組件進行了整體更換，同時加強了對液壓動力頭殼體溫度的檢測，系統運行一段時間后，動力頭殼體溫度瞬間由108 ℃升高到130 ℃，為避免再次發生類似故障，現場決定緊急停機并使用應急海水對系統進行冷卻，確保航次的正常運行。

通過分析得出可能造成該現象的原因，并對各原因進行勘驗及核實，結論如下。

1)液壓動力頭內部部件結構尺寸超差。通過檢查發現，該船在近期運轉時，液壓動力頭未有明顯異響，全部分解液壓動力頭，經檢查測量，液壓動力頭內部部件結構尺寸未有超差現象，并未發現動力頭內部零部件有加工制造等缺陷，且動力頭裝配也并無異常。因此排除了由于液壓動力頭結構尺寸超差，導致運轉異常，破壞軸承的可能性。

2)液壓動力頭出口管路臟堵。通過檢查發現液壓動力頭出口管路正常，無卡滯及臟堵現象。因此排除由于液壓動力頭出口臟堵，導致系統循環油不暢通，軸承工作環境滑油溫度過高，引起軸承燒損的可能性。

3)液壓動力頭工作油清潔度嚴重超標。對左舷變量泵內部及右舷油艙油液進行取樣，左舷變量泵內部油品等級為ISO4406 22/20/15，右舷滑油系統油品等級為ISO4406 22/20/17，稍高出樣本油品清潔度等級要求ISO4406 19/17/14， 液壓動力頭工作油清潔度符合要求，排除系統進口液壓油清潔度嚴重超標、油內雜質過多引起軸承研磨以至燒損的可能性。

4)液壓動力頭進口油品含氣量與動力頭不匹配。為驗證液壓動力頭進口油品含氣量，在設備上重新換裝新的液壓動力頭。 因液壓動力頭進口液壓油取樣困難，故現場對其泄油口進行了油品的取樣。使新動力頭安裝后進行低速運轉并充分排氣，1 h之后打開動力頭泄油管路發現大量乳白色油液。對螺桿泵出口油液進行取樣，油液靜置30 min以上，液面上依舊可看見大量氣泡，證明油液中不溶解的空氣含量較大。因此確定了由于油樣中含有大量氣泡，進入液壓動力頭內的滑油量不充分，使軸承高速運轉時，局部溫度上升過快，造成軸承損壞，海水壓力瞬間下降至報警。

2 故障原因分析

該類型船海水冷卻系統滑油機構為閉式結構，造成大量氣泡的原因為：在機器運轉前，未對海水液壓系統進行注油及排氣。如系統運行前對變量泵及液壓動力頭均進行了注油、排氣等過程，此時閉式系統運行時內部為充滿油或充滿大量油的狀態，整個系統可正常運轉，隨著泵及動力頭的泄漏，補油泵將滑油系統內滑油補充到系統內，使泵的輸出流量保持恒定。在這個補油的過程中，如果滑油系統內部滑油含氣量過大，補油泵將會把氣體帶入到閉式系統中運行，造成循環系統氣體含量過大。動力頭在含氣量超標的情況下運行，氣泡會破壞配油盤及缸體之間摩擦副的油膜，一是造成配油盤與缸體之間缺油，進而摩擦副增大，導致高溫現象；二是直接造成動力頭油腔泄漏量減小，對軸承潤滑不足，致使軸承局部高溫燒毀。軸承燒損后，導致動力頭失去工作功效，造成海水液壓泵無動力輸入，海水系統水壓瞬間降低至報警點直到壓力為零。

3 故障排除

1)液壓動力頭更換。由于對液壓動力頭精度要求較高，重新匹配零件需較長時間，現場不具備精確安裝的條件。為保障該船機動性，對液壓動力頭進行更換。

2)膠管更換。液壓動力頭輸入輸出膠管老化，對連接膠管進行更換。

3)其它零部件修理。①更換液壓動力頭接口密封圈；②更換海水泵接口密封圈；③對液壓動力頭卸油管進行修磨保養。

通過以上處理，不僅保證了液壓動力頭使用可靠性，而且對該側的海水液壓系統進行了保養。

該船在修理后，分別進行了陸地系泊試驗、海上系泊試驗、海上航行試驗，海水液壓系統工作正常，運行過程中無異響、無漏油等故障發生。

對該船右舷液壓海水系統進行相同的檢查，對滑油系統氣體進行排放并充油，對整個滑油系統完成保養，確保該船主減速齒輪箱運轉的機動性。