VBS980型可調螺距螺旋槳裝置故障分析與排除

吳海春

（渤海船舶職業學院，遼寧 興城 125105）

引言

可調螺距螺旋槳簡稱“調距槳”。通過設置在槳轂內的機構轉動槳葉，使槳葉角度發生變化，達到調節螺距目的，以適應各種海況。使用時，由船舶駕駛員在駕駛臺上遠距離進行變距操作，可以使船舶在自由航行狀態和拖曳航行狀態下均能充分發揮主機功率，同時還具有較好的反向、加速和制動性能[1-2]。

1 VBS980型調距槳裝置的結構

VBS980型調距槳裝置主要由調距槳、軸系、調距機構、伺服液壓系統和遙控系統等組成。

1.1 調距槳部分

調距槳部分如圖1所示，由槳轂3、槳葉21和轉葉機構等組成。槳轂是調距槳的主體，通過螺栓9和銷軸10與螺旋槳軸19的尾端法蘭相連，它的外部安裝有4個可轉動的葉片法蘭17，內部安裝有調距槳裝置的調距機構和轉葉機構等。槳葉是4葉式的，材料為鎳—鋁青銅，每個槳葉通過螺栓22和銷軸25固定在葉片法蘭上，并用O型密封環24進行密封，實現槳葉與葉片法蘭同步旋轉。轉葉機構的作用是將伺服活塞2的往復運動轉變為回轉運動。

1.2 軸系部分

調距槳的軸系部分由螺旋槳軸和配油軸組成，兩者用套筒聯軸器相連。螺旋槳軸的前端通過聯結法蘭與中間軸相連，尾端與槳轂相連。中空的槳軸內部布置有輸油管，這樣便形成兩條同心通道，一條是輸油管內部的通道，另一條是螺旋槳軸與輸油管之間的環形通道[3]。配油軸用來將液壓油供應到兩條通道中，進而控制液壓油進入到伺服活塞艉部或艏部的液壓油腔。此外，輸油管與伺服活塞和反饋機構的反饋桿相連，用來傳遞伺服活塞和槳葉的位置信號。所以，調距槳的軸系不僅可以將主機輸出的動力傳遞給螺旋槳，還可以作為進出液壓油的通道。

1.3 調距機構

調距機構如下頁圖2所示，包括產生轉動槳葉動力的伺服油缸、伺服活塞、分配液壓油給伺服油缸的配油器、槳葉定位和槳葉位置的反饋機構及其附屬設備等。調距機構的主要作用是調距、穩距以及對螺距進行反饋和指示。調距機構的伺服活塞與螺距控制頭（滑塊）剛性連接，滑塊在滑槽內運動，當螺旋槳調距機構的伺服活塞軸向移動時，通過曲柄滑塊機構將伺服活塞的往復運動轉換成轉葉機構的回轉運動，從而實現槳葉的旋轉，改變調距槳裝置的螺距角。調距機構中配油環如下頁圖3所示，作用是分配壓力油給執行機構，通常以全浮動形式安裝在連接法蘭上，并用安裝于船體上的銷子防止其轉動。因為配油環與傳動軸一起轉動，所以與之相連的管路通常用柔性接頭。反饋機構位于配油環旁邊，通過反饋桿與輸油管相連，用于穩距和指示螺距。

1.4 伺服液壓系統

VBS980型調距槳的伺服液壓系統主要由伺服油箱、兩臺液壓油泵、管件、控制閥組、濾器、冷卻器和保護元件等組成。液壓系統的主要功能是按遙控系統的螺距指令，將液壓油送入調距機構，驅動調距機構工作。同時，多余的液壓油被引入位于軸承下方的泄放柜中，當油位達到高位時就會通過自動控制的駁油泵駁回油柜。當調距系統出現故障后，應急系統可將槳葉固定于正車螺距位置，使之能按定距槳狀態工作。

1.5 遙控系統

調距槳遙控系統主要由主駕駛臺的操縱面板、集控室的操縱面板、包含主控制計算機的主控制箱、螺旋槳伺服電子裝置（閉環放大和螺旋槳指示電子裝置）等部分組成。通過對控制手柄的動作，可以使調距槳的螺距發生所需要的改變，并將螺旋槳實際的螺距值顯示在相應的儀表上。

2 某輪調距槳故障現象

某輪采用的是VBS980型調距槳裝置。在實船使用中，調距槳的液壓管路接頭處經常出現少量漏油現象，尤其是配油環處。當調距槳進行變距操作時，此現象更加明顯，而且液壓動力單元的閥件動作噪音過大，并伴有明顯的敲擊聲。此時，液壓動力單元的壓力表指示液壓管路中的瞬間壓力達到3.7 MPa左右，明顯超過了調距槳正常工作時的壓力（2.1 MPa左右），導致機艙出現調距槳壓力高報警，給輪機管理人員帶來很多不必要的麻煩。但是，當調距槳的變距操作結束后，一切又恢復正常，即管路接頭處漏泄量明顯減少，液壓動力單元閥件動作聲音明顯變小，壓力表指示也隨之恢復正常。

3 故障分析及排除

調距槳的配油環用來為槳轂中的伺服活塞供油，該處采用的是動密封。在正常運轉時，配油環的內腔若有漏油是要被泄放至泄放柜的，之后再被駁油泵駁回至伺服油箱，以供循環利用。由于采用的是動密封，加之加工精度不良，在尾軸與配油環的運動面處，有時避免不了會出現液壓油外漏的現象。正常只要把內漏及時抽回伺服油箱，一般外漏量極少，根本不影響調距槳的正常使用。但是，根據某輪在進行變距操作與不進行變距操作時配油環處的外漏量對比，在進行變距操作時配油環的外漏量明顯增多，已經超出正常值。

調距槳液壓管路接頭嚴重漏泄，液壓動力單元上的閥件動作噪音過大以及因液壓管路中壓力過大而產生報警等現象，歸納為一點，就是液壓管路中壓力過高。

針對調距槳液壓管路中壓力過高的現象，分析可能由以下原因引起：

1）液壓油泵壓力釋放閥設定值太高。調距槳裝置的液壓油泵為螺桿泵，在與螺桿泵相鄰的位置裝有一個壓力釋放閥，該閥是螺桿泵內部的一個組成部分，用來防止系統壓力過高。

2）液壓系統中安全閥發生故障，如其設定值過高或者卡死在關閉位置不能打開。

3）液壓伺服系統中液壓油管路阻塞不通，如系統中的濾器堵塞等。

由以上原因引起的調距槳液壓管路中壓力過高的現象，可以采取如下相應的解決辦法：

1）重新調整壓力釋放閥，使其適當降低，以便達到工作要求。

2）檢修安全閥，看其設定值是否符合要求（此安全閥設定壓力為7 MPa），檢查其是否有卡緊現象。

3）檢查系統中的液壓油，并且檢查系統中的液壓管路，尤其是濾器等處，檢查液壓油中是否含有過多的雜質，查看濾器等處是否有堵塞等不正常現象。倘若有此種現象，應該立刻重新沖洗液壓系統，清洗系統中的各處濾器，更換新的液壓油。

但是，根據某輪調距槳液壓伺服系統的種種故障現象來看，這些故障明顯不是由以上原因而引起的，因為這些故障是伴隨著調距槳裝置變距操作的進行而出現的，當變距操作結束后，這些故障現象也就隨之消失。所以，問題的關鍵在于觀察變距操作前后，液壓動力單元上的設備狀況有何變化。最終發現當調距槳未進行變距操作時，液壓動力單元上的兩臺液壓伺服油泵只有一臺工作，當進行變距操作時，另一臺液壓伺服油泵立刻開始工作，兩臺油泵同時為液壓系統供油，從而造成液壓系統中的油壓瞬時提高，遠遠超過系統正常工作時的壓力值，導致上述現象的出現。

原因找到后，問題解決起來就比較容易了。找到調距槳的控制接線箱，改變內部接線，控制邏輯改為進行變距操作時一臺伺服油泵工作，另一臺伺服油泵作為備用，只有當一臺伺服油泵無法使液壓系統維持正常油壓時，另一臺伺服油泵才自動啟動，兩臺同時為系統提供壓力油。當改進工作完成后，啟動調距槳，并對其進行了正倒車螺距改變操作，發現一切工作正常，原來出現的一些對液壓系統不利的現象也全部消失，問題得以順利解決[4]。

4 兩種方案比較

第一種方案當改變螺距時兩臺油泵同時工作為系統提供壓力油。其實這種操作方案也不能說是一種“故障”，只不過所追求的目的不同罷了。對于第一種操作方案，設計人員在調距槳進行變距操作時強制使兩臺伺服油泵同時工作為系統提供壓力油，所追求的是在最短的時間內使調距槳達到所需螺距，從而提高船舶的機動性。但它會直接導致系統中的油壓過高，隨之而來也就出現了液壓管路接頭處漏泄量增加、閥件動作噪音過大（縮短閥件工作壽命）、液壓系統高壓報警等一系列不利于系統正常工作的現象。

第二種方案為改變螺距時只有一臺油泵工作，另一臺油泵備用。這種操作方案所追求的是螺旋槳在改變螺距時壓力不宜過高，只要正常便可，這樣便能避免出現不正常的現象，減少很多不必要的麻煩。當然在改變螺距的速度上這種操作方案比不上前者，但是經過充分論證及多次實驗比較，實際工作中，兩者在改變螺距時所用時間相差很少，根本不影響其正常工作。即使在進行大螺距操作或因其他原因而使一臺油泵提供的壓力不足時，另一臺備用伺服油泵也會立刻自動啟動，兩臺油泵同時為系統提供壓力油，以保障系統中的壓力不致過低。很明顯這種操作方案利大于弊，在很大程度上有利于延長液壓設備的工作壽命。

5 結語

針對某輪VBS980型調距槳因變距操作過程系統壓力過高而引起的一系列不正常的工作現象，分析了產生問題的原因，并對變距操作時液壓動力單元的兩臺伺服油泵的啟動程序做出相應的改進措施，從而消除了調距槳在變距操作時出現的不正常現象。需要強調的是，在對像調距槳這種對于船舶安全航行十分重要的設備進行改進時，一定要進行多次試驗與論證，充分考慮到其對于船舶安全性的影響，在保證其安全性與可靠性的前提下方可進行。