可调桨使用与故障处理

刘 军

可调桨使用与故障处理

刘 军

自第一台可调桨问世以来，由于技术上还不够成熟，其应用也不广泛。后来可调桨随着机械制造、液压技术、电子技术的发展，尤其是遥控技术的应用而日趋完善，由于其灵活机动性好，在一些领域得到广泛的应用。

向阳红09船作为国内最早的科学考察船之一，于1983年最先应用了从瑞典引进的卡梅瓦(KAMEWA)可调桨,型号为79KS/4,为四叶桨，直径3130mm，设计的功率为6615Kw,对应的转速为200rpm。

可调桨的桨叶与桨毂中支持桨叶的承座相连接，通过桨毂中的旋转机构操纵桨叶旋转，旋转机构的动力则由液压、机械、电力等不同方式输出。可调桨在不同工况下充分利用主机的功率与转速，对于桨叶负荷的变化适用性较好，可使船-机-桨处于良好的匹配状态。

1 可调桨的特点

与一般的定距桨相比，可调桨具有以下优点：①对船舶航行条件适应性强。在航行条件改变的情况下，可以通过调节螺旋桨的螺距比H/D即可使转矩保持不变，就可使主机保持发出最大的功率的能力，因此船舶可获得较高的航速并获得较大的推力。②动力装置的经济性好。相对于定距桨，可调桨可以兼顾螺旋桨效率和主机燃油消耗率，尤其是在非工况下获得较好的经济性。③提高了船舶的机动性。除了靠改变主机转速调节船舶航速，还可以借助螺旋桨叶片角度的改变实现正车、倒车、停车及航速变化，并且换向时间短、反向推力大，可实现船舶的无级调速。④有利于驱动辅助负载。主机以恒定的转速运转，对使用轴带发电机或使用轴带设备的船舶非常有利。⑤延长了发动机寿命。由于可调桨的变螺距功能减少了主机起、停及改变转速的次数，由此减少了运动部件的磨损和受热部件的热疲劳损坏，并且简化了结构，大大延长了主机的寿命，减少主机的维修时间和维修费用。⑥便于实现遥控。遥控功能强大、操作方便，驾驶员可以在驾驶台直接操纵手柄进行可调桨的螺距调节。

与一般的定距桨相比，可调桨具有以下缺点：①可调桨及轴系由于要安装螺距调节机构及遥控系统，结构复杂，造价比定距桨高。②由于桨毂中的转叶机构零件尤其是运动部件多，可靠性不如定距桨，同时维护保养困难，一旦损坏必须进坞进行修理。③在相同情况下，调距桨由于桨毂部位结构较定距桨复杂，使得毂径比（d/D）较大，在相同的设计工况下，其效率要比定距桨低1% ～ 3%。④由于叶根厚度增大，使桨叶根部容易产生空泡腐蚀。

2 可调桨调节方式的分类

可调桨在进行螺距调节时大多依靠桨叶底部的曲柄机构来实现，而在完成曲柄机构的调节过程中所采用的结构设计和技术设计有很多种，根据不同的归纳方法，有以下分类。

2.1 根据执行螺距调节的控制器安置部位进行分类

2.1.1 在可调桨桨壳内部的可调桨

液压油通过螺旋桨推动轴进入操调执行器，执行器中活塞两侧的受力情况将由液压系统给定的液压油走向来确定。活塞-活塞杆-十字头连接滑块这一组合件的左、右位移或停止不动将如同曲柄-滑块机构一样使螺旋桨的螺距得到调节。

2.1.2 在推进轴中空结构内的可调桨

通过变量柱塞泵的径向往复运动所造成容积的不同变化来实现吸油和排油过程，由于偏心环受到外加控制动作而有上、下偏移时就会改变吸、排油的走向，从而使油泵提供的液压油可以对螺距进行调节。

2.1.3 在推进器装置外侧的可调桨

此种设计一般有两种，一种是单独设置的可调桨操调控制，这种方式比较简单，在推进装置中除了螺旋桨推进轴以外，就是在其内孔中附设螺距调节轴，使整个推进装置都是机械结构，工作安全可靠，一般不需要维修；另一种设计和在推进轴中空结构内的可调桨的调节相类似。

2.2 根据所采取的技术措施进行分类

可分为以下四种：①机械式。结构比较简单，工作可靠，但是比较笨重，很少单独使用。②气-液式。设备技术要求不高，且易于维护保养，以空气作为信息传递介质，气-液之间的信息变换可以得到足够的驱动功率，目前应用较多。 ③电-液式。从操控指令到液压机构全部采用电气信息的传输方式，然后通过电-液信息变换以控制给出的螺距调节。④电-气式。容易满足各种功能的技术要求，除了随意控制螺距外，还可以实现自动负荷控制、手动遥控以及机侧手操功能。在电-气遥控装置中常常要辅以齿轮传动、可控驱动电机等设备。具有很大的优越性，目前应用较多。

2.3 根据主机转速的不同运行状态进行分类

可分为以下两种：①主机转速保持定值。此类可调桨遥控大都附设轴带发电机等动力装置。 ②主机转速是可调的。主机转速和螺距调节同时协调进行，比主机转速保持定值更加节油，但不能驱动轴带发电机，从而影响主机的潜力发挥。

3 可调桨的组成

可调桨主要由可调桨部分、轴系部分、调距部分、伺服液压系统、操纵系统等五部分组成。

可调螺距螺旋桨包括桨叶和桨毂，安装有四个桨叶的桨毂用螺栓连接在螺旋桨轴后端整段法兰上，在法兰和桨毂的圆周上还配有轴向销轴，用以将螺旋桨轴的扭矩传至螺旋桨。并带有密封圈和注入矿物油脂的法兰端盖来保护螺栓和销轴。

传动轴部分由螺旋桨轴和配油轴组成，两者用套筒联轴器相连。中空的传动轴既可以将主机输出的动力传递到螺旋桨，又可以作为回油通道。配油轴可以将液压油供应到两个通道，液压油分别进入到伺服活塞首部或尾部的液压油腔。此外，输油管还通过反馈杆连接伺服活塞和配油器旁的反馈机构，它用来传递伺服活塞和桨叶的位置信号。

调距部分包括产生转动桨叶动力的伺服油缸、伺服活塞、分配压力油给伺服油缸的配油器、桨叶位置反馈装置及其附属设备等。

可调桨的伺服液压系统主要由伺服油箱、两台液压油泵、管件、控制阀组、滤器、冷却器和保护元件组成。

可调桨遥控部分主要由驾驶台操纵面板、集控室操纵面板、主控制箱、螺旋桨伺服电子装置。通过对手柄的动作，可以使可调桨的螺距发生改变，并将可调桨实际的螺距值显示在相应的仪表上。

4 可调桨常见故障分析

4.1 液压系统故障

4.1.1 重力油柜溢油

造成用于艉轴管密封供油的重力油柜溢油的主要原因是桨毂伺服液压系统的高压密封损坏。因此解决办法是：①打开艉轴密封油柜和泄放油柜间的三位旁通阀。②在下次进坞维修时更换桨毂内高压密封。

4.1.2 液压油向外溢流

这一现象可以通过测量重力油柜和伺服油柜得知，发现油位降低则说明油溢出了。在测量油柜液位时应注意，油柜的液位在泵运行或停止状态时会有变化。漏油一般发生在伺服油柜、密封环、艉轴管接头、热交换器以及桨毂密封等处。

4.1.3 配油环漏油

造成配油环漏油的主要原因是配油环白合金轴承或桨轴与断距环间的O型圈损坏，解决方案是确定并更换出现故障的白合金轴承或O型圈。

4.1.4 水分渗入液压油中

检查海水渗入的方法有两种:化验检查液压油和测量循环油柜的油位变化。海水渗入有以下原因：①从轴管密封环处漏入并在管接头处或损坏处渗进海水。②从桨毂渗入。首先发现并更换艉轴管密封损坏处，发现并更换桨叶密封损坏处；另外还应注意，应及时打开液压油冷却器放残阀，当确定冷却淡水渗入液压油时应及时更换冷却器，作为临时措施，可以在水分含量达到5%左右时更换艉轴管油。

4.2 螺距控制故障

4.2.1 螺距不稳定

这种故障多为系统中有空气，锁闭阀漏油，或调节油缸内部漏油。也可能是反馈系统故障，如滚轮或可变电阻损坏，推进系统故障，死区设置太小，此时应更换已损坏的部件，或调节闭环控制器的相关参数。

4.2.2 螺距有误差

若机械指示器与电动螺距指示器不能协调工作，则是反馈传感器故障，否则可能是推进控制系统中的螺距减小控制器动作。此时应维修或更换出现故障的电器元件。

4.2.3 不能进行螺距调整

当不能进行螺距调整时，应首先确定是否用螺距控制面板上的手柄进行操纵。如果可以进行手动操纵，则说明是遥控系统失灵，应先检查遥控系统，找出故障，可能出现的故障有电源故障、保险丝熔断、触头或连接不良、线圈或电器元件损坏等。如果手动操纵也不好用，则是液压系统的故障，因为两个系统同时出现故障的概率比较小。此时首先要检查油箱油位及电动伺服油泵吸排压力是否正常，必要时可以启动备用泵；如果油位及油泵吸排压力正常，则应检查双联滤器进出口压力；若双联滤器进出口压力也正常，则考虑安全阀是否因为压力调节太低而跳开，如果跳开则重新调整其压力；安全阀正常则检查锁闭阀是否卸荷，如果没有问题，手动操纵螺距调整装置，如果此时能够调整螺距，则说明配油器内密封环漏泄，如果无法调整螺距，则是比例阀阀芯卡死在中位，这时要用机械螺距锁紧装置锁紧螺距，使船舶继续航行；经所有判断后，系统仍失灵，则要查看调距机构或桨毂的某些部件是否损坏。

4.2.4 螺距调整指令反应缓慢

当发现对螺距调整指令反应缓慢时，首先应该确定是否只在正车方向出现故障，若只在正车方向出现此故障，则应查看比例调节阀是否咬死，这时应使机械螺距锁紧装置锁紧螺距继续航行。如果正车和倒车方向同时出现此故障，则应对液压管路系统进行检查，先检查液压油泵的运转情况，如果油泵没有运转，则要检查电气系统是否出现故障；若油泵运行正常，其次检查止回阀，确定其开启后，检查双联滤器是否堵塞，双联滤器也畅通，则要检查安全阀、锁闭阀是否跳开，如果跳开要重新调整压力。如果检查以后仍未排除故障，则应检查配油器或联锁阀块的油管内部是否阻塞或有严重漏泄，系统是否进入空气。

4.2.5 螺距只能单向调节

螺距只能增大，原因是闭锁阀在螺距减小调整时，阀芯不能顶开，回油管路至单向阀的油路堵塞。遥控系统只能单向动作，改用手动操纵则正常，这是因为电气遥控系统只能给出单向调整信号，如比例调节阀一端线圈损坏，在确认故障原因后尽快更换锁闭阀或比例换向阀。

4.3 异常噪音及振动

螺旋桨引起的噪音及振动突然变化可能是由于搁浅、撞击异物造成了桨叶或螺距机构的损坏，此时应进坞或由潜水员进行检查。

系统内的空气压缩、膨胀或在流经节流口时会产生噪音，引起振动，系统内局部低压产生气穴，或吸入滤器堵塞使泵吸入不良，油温过低等也会产生噪音。

液压阀造成的噪音包括安全阀的敲击、油路锁闭阀或液动换向阀因调整不当而动作过快产生敲击。

泵机组异常振动或噪音的可能是由于地脚螺栓松动、泵与电机对中不良、联轴节损坏、轴或泵内部部件损坏。