一起伸縮槳透水事故處理分析

吳明哲 劉 斌 王海乾

（1.交通運(yùn)輸部上海打撈局，上海 200090；2.天津港輪駁有限公司，天津 300450）

0 引 言

伸縮槳，顧名思義就是可以伸縮的螺旋槳，航行或非DP 作業(yè)時(shí)收在船體結(jié)構(gòu)筒體內(nèi)，當(dāng)?shù)竭_(dá)作業(yè)區(qū)域需要伸縮槳參與工作時(shí)，由機(jī)旁人工或駕駛臺(tái)遙控下放到工作位置，啟動(dòng)運(yùn)行參與定位工作。伸縮槳一般由以下3 部分組成：上半部分、中間部分和下半部分。其中上半部分包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、可連接脫卸的中間軸（也可叫離合器）、回轉(zhuǎn)本體、液壓泵站、冷卻器、導(dǎo)向桿、升降油缸、重力油柜、電控柜、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)旁操作站等；中間部分主要是伸縮槳中空缸體；下半部分主要是全回轉(zhuǎn)螺旋槳。伸縮槳結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 伸縮槳總體布置圖

1 故障簡(jiǎn)介

2017 年9 月某天，“XX”輪在沙特阿美某油田區(qū)作業(yè)時(shí)，在伸縮槳下放過(guò)程中，有液壓油從升降油缸防塵環(huán)處漏出，當(dāng)下放到一定位置后停止泄漏，機(jī)器運(yùn)行期間也無(wú)泄漏。同時(shí)在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)伸縮槳在負(fù)荷變化時(shí)，本體抖動(dòng)幅度較大，伴有海水從升降油缸壓板與基座結(jié)合處冒出，水量約1～2 l/h。漏油、冒水位置如圖2 所示。

于是，馬上通知駕駛臺(tái)，將船移位到平臺(tái)外500 m 待命區(qū)，將伸縮槳退出DP 模式，停機(jī)后將伸縮槳回收至船體進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)檢查。首先，對(duì)漏油及漏水處緊固螺栓進(jìn)行檢查，并未出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，證明不是因?yàn)槁菟ㄋ蓜?dòng)導(dǎo)致的漏油、漏水。再通過(guò)圖紙仔細(xì)核對(duì)，初步懷疑圖2 上所示第65、71 項(xiàng)兩處密封損壞。將情況向公司機(jī)務(wù)部門反映，并尋求勞斯萊斯（RR）原廠幫助，得到答復(fù)也是懷疑這兩處密封損壞。但是鑒于當(dāng)時(shí)船上沒(méi)有密封備件，無(wú)法進(jìn)行修復(fù)，在征求廠家及公司機(jī)務(wù)部門同意，在保證設(shè)備安全和施工安全的前提下，加強(qiáng)運(yùn)行檢查，準(zhǔn)備維持使用，待接下來(lái)的18 a 塢修特檢時(shí)再做修理。如狀況持續(xù)惡化，則停止使用。在接下來(lái)的使用過(guò)程中，船員在伸縮槳首尾方向、左右方向各架設(shè)一個(gè)百分表，通過(guò)指針的擺動(dòng)情況，簡(jiǎn)單測(cè)量伸縮槳的震動(dòng)情況。同時(shí)，不斷檢測(cè)漏水狀況，及時(shí)處理艙底所集海水。通過(guò)一段時(shí)間觀察，漏油現(xiàn)象在收放過(guò)程中均會(huì)出現(xiàn)，并且當(dāng)伸縮槳在下放到一定位置后會(huì)出現(xiàn)明顯的有節(jié)奏感的卡頓現(xiàn)象。漏水狀況每隨著伸縮槳收放一次，漏水量都會(huì)有所增加，但總量可控。伸縮槳在運(yùn)行過(guò)程中一直存在抖動(dòng)現(xiàn)象，抖動(dòng)情況沒(méi)有惡化，但是后來(lái)發(fā)現(xiàn)在舵角變化時(shí)，出現(xiàn)了升降油缸外缸體有周向轉(zhuǎn)動(dòng)的情況發(fā)生，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，漏水量有增加趨勢(shì)。

圖2 漏油、冒水處示意圖

2 原因分析

(1)第65、71 項(xiàng)密封老化或雜質(zhì)進(jìn)入密封腔，導(dǎo)致密封失效；

(2)4 個(gè)伸縮槳齒輪箱本體支撐不平衡，產(chǎn)生本體傾斜，導(dǎo)致油缸本體變形擠壓密封件破裂；

(3)以前在墨西哥施工期間，為提高船舶抗風(fēng)浪能力，曾經(jīng)在大風(fēng)浪天使用伸縮槳。該伸縮槳直徑達(dá)3.8 m，承受了風(fēng)浪來(lái)自不同方向彎矩，如果彎矩過(guò)大可能導(dǎo)致油缸本體彎曲變形。

以上第1 條、第3 條現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法驗(yàn)證，只能待船進(jìn)塢后拆檢才能確定，針對(duì)第2 條，船上輪機(jī)員在伸縮槳下放到位后、未運(yùn)行之前，專門測(cè)量了4 個(gè)支撐點(diǎn)間隙，測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 4 個(gè)支撐點(diǎn)間隙測(cè)量數(shù)據(jù)

根據(jù)說(shuō)明書(shū)要求，4 個(gè)支撐點(diǎn)間隙應(yīng)該同步，最大不超過(guò)0.02 mm。根據(jù)實(shí)際測(cè)量數(shù)值分析，懷疑油缸本體存在彎曲變形現(xiàn)象。

3 修理過(guò)程

2018 年1 月，工程結(jié)束后，“XX”輪到中東迪拜Drydocks World 船廠進(jìn)行特檢塢修。在塢內(nèi)拆檢過(guò)程發(fā)現(xiàn)伸縮槳伸縮油缸第71號(hào)O-RING斷裂，如圖3所示。此O-RING是密封伸縮油缸外缸體和船體部分，它一旦損壞必定導(dǎo)致海水泄漏到船艙。進(jìn)一步將第17號(hào)油缸密封組合件整體拆出后，發(fā)現(xiàn)第65 號(hào)油封已出現(xiàn)脆化現(xiàn)象且斷裂成多段。圖2 的第14號(hào)零部件為承磨導(dǎo)向環(huán)，是用于伸縮槳上升/下降過(guò)程中槳體水下部分導(dǎo)向板順著升降油缸外缸體上下運(yùn)動(dòng)時(shí)防止導(dǎo)向板與缸體直接刮磨的零部件，并且也承受著來(lái)自螺旋槳運(yùn)行過(guò)程中的推力進(jìn)而傳遞推力至船體。在塢修檢查中發(fā)現(xiàn)該承磨導(dǎo)向環(huán)承受了超大擠壓力導(dǎo)致承磨導(dǎo)向環(huán)被擠壓裂開(kāi)，如圖4 所示。此環(huán)的損壞或過(guò)大磨損也會(huì)造成伸縮槳在使用過(guò)程中槳體跳動(dòng)。

圖3 O-ring 損壞照片

圖4 承磨套損壞照片

他們的損壞說(shuō)明伸縮槳承受了較大的側(cè)向力或單向力，經(jīng)RR 現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工程、機(jī)務(wù)人員、輪機(jī)長(zhǎng)以及船廠主修人員綜合判定，一致認(rèn)為伸縮槳中空本體存在彎曲變形現(xiàn)象。至此，伸縮槳在使用過(guò)程中漏油、冒水原因徹底明確。

接下來(lái)的維修方案主要包括伸縮槳本體重新調(diào)對(duì)中，更換損壞的密封件，推進(jìn)電機(jī)與伸縮槳之間的軸線對(duì)中。其中更換損壞密封件工作相對(duì)容易不在此贅述，重點(diǎn)介紹一下伸縮槳本體。

伸縮槳本體主要有3 個(gè)支撐：2個(gè)導(dǎo)向桿支撐和1 個(gè)伸縮油缸船底支撐板，如圖5 和圖6 所示。上導(dǎo)向桿支撐呈90°布置，分別位于船首尾方向和左右舷方向，支撐由2 塊30 mm 厚的矩形板和2 套呈90°布置的花籃調(diào)節(jié)螺栓組成，和位于船底結(jié)構(gòu)上的伸縮油缸支撐板一起，用于調(diào)節(jié)伸縮槳本體位置。

圖5 導(dǎo)向桿支撐結(jié)構(gòu)圖

圖6 下支撐結(jié)構(gòu)圖

對(duì)伸縮槳本體進(jìn)行對(duì)中，首先要在三個(gè)支撐位置加裝臨時(shí)調(diào)節(jié)工裝，取代3 個(gè)固定支撐。臨時(shí)工裝由高強(qiáng)度吊耳、花籃螺絲（或手拉葫蘆）、半圓形卡箍等組成，位置成90°布置，模擬實(shí)際支撐受力情況。由于伸縮油缸下支撐承受螺旋槳運(yùn)行時(shí)所有的力，是主要受力點(diǎn)，因此伸縮槳本體的調(diào)平基點(diǎn)在下支撐。考慮到伸縮槳已經(jīng)裝船運(yùn)行了8 a，已經(jīng)無(wú)法嚴(yán)格按照說(shuō)明書(shū)要求進(jìn)行對(duì)中，經(jīng)RR 現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工程師與機(jī)務(wù)、輪機(jī)長(zhǎng)商議后，準(zhǔn)備按照簡(jiǎn)易版調(diào)整方案來(lái)進(jìn)行，大致分為如下幾個(gè)步驟：一、找準(zhǔn)伸縮槳基座水平點(diǎn)；二、伸縮油缸下支撐三角板定位；三、導(dǎo)向桿上部支撐定位；四、下支撐三角板加固焊接；五、導(dǎo)向支撐焊接固定；六、電機(jī)與伸縮槳水平軸對(duì)中；七、下水復(fù)測(cè)。具體內(nèi)容如下：

（1）伸縮槳對(duì)中的水平基準(zhǔn)點(diǎn)至關(guān)重要，必須在其他動(dòng)作執(zhí)行前進(jìn)行。一般來(lái)講，船舶進(jìn)干塢，如果塢墩是嚴(yán)格按照塢墩?qǐng)D來(lái)擺放的，水平是有保證的，但也要用水平儀測(cè)量一下。可在伸縮槳安裝基座上找3 個(gè)點(diǎn)（船艏方向分別為0°，90°、270°），打出水平組成一個(gè)面來(lái)檢測(cè)水平基準(zhǔn)面。考慮到操作的便捷性，現(xiàn)場(chǎng)尋找到一根長(zhǎng)4 m 左右的鋁合金槽鋼作為水平儀的測(cè)量基座，分別測(cè)量3 個(gè)對(duì)應(yīng)方位的水平度。經(jīng)測(cè)量伸縮槳對(duì)中所需的基準(zhǔn)面符合要求。

（2）伸縮槳伸縮油缸下支撐三角板調(diào)整固定。下支撐三角板作為伸縮槳運(yùn)行時(shí)受力的主要支撐傳導(dǎo)點(diǎn)，一面作為升降油缸的基座，一面作為伸縮槳本體推力的支撐點(diǎn)，其作用至關(guān)重要，具體結(jié)構(gòu)如圖6 所示。伸縮槳對(duì)中首先要對(duì)下支撐進(jìn)行定位固定，前提是伸縮槳本體密封盤根全部取出，盤根壓板拿掉；同時(shí)上支撐2 個(gè)點(diǎn)，單向同側(cè)受力，前后方向或左右方向選一個(gè)方向受力，另外一個(gè)方向處于自由狀態(tài)。注意2 個(gè)上部支撐點(diǎn)一定要同步同向受力！在確保下支撐的臨時(shí)固定受力的情況下，割除三角板與船體的連接。在船艙內(nèi)伸縮槳本體前后方向和左右方向分別安裝兩個(gè)百分表，這兩個(gè)百分表要求安裝在一個(gè)水平面上，0 位調(diào)整在小表盤指針5 的位置，確保指針無(wú)論在+和-的方向都有足夠的伸縮空間。同時(shí)在兩個(gè)百分表對(duì)面180°方向?qū)?yīng)伸縮槳本體與基座對(duì)應(yīng)位置做好標(biāo)記，作為后續(xù)測(cè)量點(diǎn)，如圖7 所示。根據(jù)伸縮槳型號(hào)推薦測(cè)量位置，先將伸縮槳下放到距離基座20 cm 的位置，作為下部測(cè)量點(diǎn)，調(diào)整百分表0°指針到0，同時(shí)用塞尺測(cè)量相對(duì)應(yīng)的另外2 個(gè)點(diǎn)間隙數(shù)字并記錄，記錄表格如表2 所示。再慢慢將伸縮槳升到距離基座2 m 位置，記錄4 個(gè)點(diǎn)的間隙數(shù)值；最后再將伸縮槳上升到距離基座4 m 位置（或升到頂），記錄4 個(gè)點(diǎn)的間隙數(shù)值，具體對(duì)中調(diào)整步驟可參考圖8。根據(jù)說(shuō)明書(shū)要求，如果在A、B、C 三個(gè)位置相同點(diǎn)的間隙值變化均在0.5 mm之內(nèi)，說(shuō)明滿足對(duì)中要求；如果大于0.5 mm，則需要下部支撐要通過(guò)臨時(shí)工裝的花籃螺絲進(jìn)行微調(diào)，并重復(fù)以上對(duì)中動(dòng)作，伸縮槳上上下下運(yùn)行3 個(gè)周期，以確保間隙變化在規(guī)定范圍之內(nèi)。特別要注意觀察收放過(guò)程中，伸縮槳運(yùn)行是否順暢，有無(wú)卡頓現(xiàn)象；要注意觀察驅(qū)動(dòng)油壓，表壓力的波動(dòng)在收放過(guò)程中要小于5 bar,一般收起時(shí)的油壓要比下放油壓高10～20 bar。

表2 伸縮槳本體對(duì)中間隙測(cè)量表

圖7 測(cè)量位置示意圖

圖8 對(duì)中調(diào)整示意圖

（1）檢查上部導(dǎo)向桿受力方向是否在同步（即同向）受力，避免導(dǎo)向桿內(nèi)八字或外八字，要保證運(yùn)行過(guò)程中伸縮槳平穩(wěn)順滑，避免上導(dǎo)向與青銅襯套產(chǎn)生單向摩擦力過(guò)大，損壞青銅襯套。在確保上部導(dǎo)向桿同步同側(cè)受力的情況下，用臨時(shí)工裝將上部導(dǎo)向桿2 個(gè)方向全部鎖緊鎖死。

（2）燒焊下支撐三角板。由于原三角板已先期從船體上切割分離，重新對(duì)中后必定不能按原位燒焊，需要進(jìn)行類似“三明治方式”處理，如圖9 所示。即在原三角板與船體連接的上下位置各增加一塊弧形板材，板材一端和船體燒焊連接，一端與原三角板燒焊連接。為保證強(qiáng)度要求，2 塊弧形板材的厚度要求必須達(dá)到原三角板厚度的一半或略厚；焊接要求深熔焊，磁粉探傷。焊接完成后，臨時(shí)工裝取下，焊接處打磨平整并油漆。

圖9 三角板結(jié)構(gòu)整改前后對(duì)比圖

（3）導(dǎo)向桿上支撐由于原有花籃螺絲結(jié)構(gòu)較弱，在長(zhǎng)期運(yùn)行中由于震動(dòng)等原因，容易造成結(jié)構(gòu)變形或螺紋松動(dòng)，從而使伸縮槳位置發(fā)生變化。為改善這一狀況，船廠和RR現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工程師重新設(shè)計(jì)了箱式結(jié)構(gòu)，無(wú)論是選材上還是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，都大大增強(qiáng)了上支撐的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，具體形式詳見(jiàn)附圖10。箱式結(jié)構(gòu)燒焊完成后，臨時(shí)工裝拆除。

圖10 導(dǎo)向桿支撐結(jié)構(gòu)整改前后對(duì)比圖

（1）驅(qū)動(dòng)電機(jī)與伸縮槳輸入端的對(duì)中必須在伸縮槳可脫卸軸脫開(kāi)的狀態(tài)下進(jìn)行，且伸縮槳完全下放落座在4 個(gè)止動(dòng)塊上。按照說(shuō)明書(shū)逐步進(jìn)行對(duì)中，數(shù)據(jù)偏差不超過(guò)1 mm;同時(shí)要保證可脫卸軸上安全鉤和鉤爪的間隙在0.5～1 mm 之間，且安全鉤能自由動(dòng)作。對(duì)中調(diào)整好后對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行澆筑環(huán)氧處理。

(2)船舶下水后，對(duì)數(shù)據(jù)復(fù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)對(duì)中數(shù)據(jù)偏差最大到0.7 mm，雖然比說(shuō)明書(shū)要求數(shù)值略大，但考慮到伸縮槳前期存在的永久性變形，這個(gè)數(shù)值還算可以接受。并且伸縮槳整個(gè)收放過(guò)程很平穩(wěn)，沒(méi)有卡頓現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)塢修整改后，伸縮槳使用至今沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)抖動(dòng)、漏水、漏油等現(xiàn)象，說(shuō)明18 a 塢修的對(duì)中方案是可行有效的。

4 使用和維保建議

（1）就使用條件而言，伸縮槳只是適用于DP 定位作業(yè)，而不能用于航行。當(dāng)船舶與水流相對(duì)速度在4 kn 及以上，嚴(yán)禁對(duì)伸縮槳進(jìn)行下放操作。另外在大風(fēng)浪天，也嚴(yán)禁將伸縮槳下放運(yùn)行，作為抗風(fēng)浪螺旋槳使用。以上兩種情形容易使伸縮槳本體受過(guò)大彎矩造成本體和伸縮油缸產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，從而引起其他密封件或弱結(jié)構(gòu)損壞。

（2）伸縮槳每次收放操作，最好由機(jī)艙輪機(jī)員現(xiàn)場(chǎng)操作，以便觀察可脫卸軸離合器運(yùn)行情況，以及伸縮槳收放速度是否平順，有無(wú)卡頓現(xiàn)象。

（3）按說(shuō)明書(shū)要求，定時(shí)更換液壓油濾器，油樣取樣檢查。

（4）每次收放結(jié)束后，要對(duì)可脫卸離合器、伸縮槳本體、壓緊盤根等重要部件加油脂潤(rùn)滑；檢查盤根壓緊環(huán)一圈螺絲是否松動(dòng)，如松動(dòng)要上緊，但要注意確保一圈螺栓均勻上緊，避免局部過(guò)緊，造成伸縮槳收放阻力過(guò)大和漏水現(xiàn)象發(fā)生。

（5）每次進(jìn)塢定期更換升降油缸各密封件，特別是伸縮槳本體盤根、回轉(zhuǎn)密封、軸封等關(guān)鍵性密封。如10 a 特檢，還要更換主要受力點(diǎn)軸承。

（6）運(yùn)行中不定時(shí)測(cè)量伸縮槳對(duì)中變化量，一旦發(fā)現(xiàn)對(duì)中超標(biāo)，要盡快處理，以免對(duì)設(shè)備造成更大損壞。

（7）如果伸縮槳上支撐結(jié)構(gòu)偏弱，建議進(jìn)塢及早將其改為箱式結(jié)構(gòu)，以延長(zhǎng)伸縮槳使用壽命。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，各項(xiàng)海洋裝備必將越來(lái)越強(qiáng)，深海開(kāi)發(fā)勢(shì)在必行，船舶自動(dòng)化水平和定力定位需求必將越來(lái)越迫切，伸縮槳作為動(dòng)力定位船舶的重要組成部分，起著至關(guān)重要的作用，這就要求船舶管理人員要加強(qiáng)對(duì)這個(gè)設(shè)備的了解和管理，細(xì)化使用舉措，在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)，也要降低其故障率，延長(zhǎng)使用壽命。