50 500 DWT化学品/成品油船舵机漏油分析及处理

黄裕健，丁 园

（广船国际有限公司，广州511462）

1 前言

50 500 DWT化学品/成品油船是广船国际股份有限公司满足共同结构规范（CSR）推出的系列船。该船选用挪威AKER PORSGRUNN厂家研制的PORSGRUNN 465-140/2型转叶式舵机，舵叶采用全悬挂平衡舵。全悬挂舵叶一般应用于中小型船舶，在5万吨级船舶上应用是该公司的新尝试。

本船舵系主要包括舵机和舵两个部分：舵机采用挪威PORSGRUNN465-140/2型转叶式；舵则由舵叶、舵杆、液压螺母支撑及紧固部分组成。本船采用全悬挂式舵叶、无挂舵臂、舵叶面积44.394m2、舵叶重35.9 t、扭矩933 kNm。

全悬挂平衡舵的舵叶是没有挂舵臂支撑、没有舵销联接的，舵叶直接压装在舵杆上由液压螺母固定，舵杆没有挂舵臂的舵销来分担受力，故舵杆受力会比半悬挂舵的大，如图1①所示。全悬挂平衡舵与半悬挂舵（图1②）相比，同等面积的舵叶，全悬挂平衡舵舵叶的可转动的面积更大、能效更高。

图1 全悬挂平衡舵安装与半悬挂舵安装示意图

2 舵机漏油问题概述

该船在试航期间进行操舵试验时，当船舶吃水为12.6 m、主机转速131 r/min、主机功率为11 430 kW时，出现如下情况：

（1）舵机小角度操舵从0°→左15°→0°→右15°时，舵机没有发现漏油情况；

（2）舵机大角度操舵从0°→左35°→0°→右35° 时，舵机下端盖填料函的密封盘根出现漏油，油珠直径可达3～5 mm并成线状泄漏。对比起初怀疑是盘根没有压紧，故对盘根进行压紧，但在35°摆舵时依旧漏油。舵机厂家怀疑船厂安装密封填料盘根的方法不对，亲自进行更换，但是大角度摆舵时漏油情况仍旧没有改观。根据《中国造船质量标准（CSQS）2006》的要求和挪威DNV船级社的验收标准，这种漏油情况是不予验收的。

3 舵机漏油问题产生原因分析

3.1 舵机安装的准确性及数据核查

根据舵机下端盖填料函的密封盘根出现漏油问题，首先应考虑的是该船舵机安装的准确性。为此，调出该船舵机在船台安装、码头调试的数据和试航运行的记录进行分析。根据舵机安装报验船东船检的数据表明，该船舵机船台安装和码头调试都是合格的。

3.2 舵机下端盖填料函密封盘根观察和分析

对该船舵机安装的下填料函密封对照该船的舵系安装工艺进行排查，经过拆装逐条确认，安装的填料和安装工艺也是符合要求的。

3.3 填料函的密封盘根漏油原因分析及处理措施

图2为舵系安装图（局部）；图3为舵杆垂直时舵叶没有受到横向力F作用时①和受到横向力F作用产生倾斜时的间隙示意图②。

图2 舵系安装图（局部）

由图2、图3可知，舵机上轴承D总间隙为0.60 mm、舵机下轴承C总间隙为0.60 mm、舵机填料函B处总间隙为2 mm、舵机下舵承A处总间隙为2 mm、舵机压盖与转子之间的可跳动间隙F为0.67～0.74 mm。

从舵机间隙、舵承间隙、舵叶转角的大小和舵杆、舵叶的受力（见图4）情况进行分析，希望能找到在图3中舵杆B点的舵机填料函的密封盘根在主机MCR、舵机摆大舵角时，密封盘根出现漏油的根源。

图3 舵叶间隙示意图

图4 舵叶转角大小和受力示意图

根据图4，该船的主机功率为11 340 kW、在满载吃水12.6 m时舵叶全浸、主机最大转速为131 r/min，这时主机通过中间轴和尾轴传递给螺旋桨强大的推力。在螺旋桨强大的推力下，舵叶周围有高速的水流，如果这时进行转舵角a=0°～15°的小角度操舵试验时，舵叶受到高速水流的推力是比较小的，这种情况下舵杆的偏移量也比较小，舵机填料函的密封盘根受到压力的那边的压缩量是不大的，没有受到压力的另一面还能对该处保持密封不漏油状态；而当转舵角增大至a=15°～35°时，舵叶受到高速水流的推力是相当大的，这种情况下舵杆的偏移量较大，舵机填料函的盘根压缩量也是比较大，这时舵杆B点没有受到压力的另一面的密封盘根就不能快速反弹来保持该位置的密封；当舵机再从左35°→0°→右35°时，在15°→35°区间舵叶受到螺旋桨产生的水流推力无疑是最大的，舵叶和舵杆整体会向有间隙处串动和偏移，特别是在舵机填料函的位置，随着摆舵角度的不断加大，舵杆摆动幅度实测可以达到1.5 mm以上。

因此，通过该船试航实测，在舵机摆大舵角时，舵机填料函的密封盘根不能满足舵杆产生位移的密封补偿，舵机填料函密封盘根处漏油，因此需要对该舵机厂家提供的原装填料函密封盘根进行详细分析。该舵机的填料函密封盘根是采用特富龙耐磨材质、由交互编织构成的非石棉型密封产品，其中含有石蜡油、固体润滑剂等。

为了验证该特富龙耐磨非石棉型密封盘根的反弹补偿性能，在车间将盘根平放于干净的平滑地面上，用一根圆木棒在盘根上施加约200 N的压力快速地滚压过去，这是按照安装要求和压缩量约压缩10%的力。实验发现，该盘根的补偿性能特别差，受力8个小时后密封填料压缩的10%仅反弹1%，可见该盘根反弹性能差，在轴偏移密封处缝隙过大时其补偿效果过于缓慢，致使舵机填料函密封处漏油。由此可知，厂家提供的特富龙耐磨非石棉型密封盘根不能满足该全悬挂舵转叶舵机的正常使用。

根据该船第一次试航中的监测，该船在主机工况达到MCR操满舵角时，舵机里面的油腔油压达7.58 MPA，舵叶在螺旋桨后受到的推力最大，图3②舵杆A点和B点的偏移最大，舵叶向上跳动也最大等动态因素，这就要求该舵机的密封填料函盘根的弹性补偿要很快。经过讨论和核查资料，找到美国赤士顿公司专门按照该船舵机密封填料函的密封尺寸要求订制生产了一种密封填料盘根，它是以高弹硅胶为主要材料、内空外包特富龙材料、润滑介质是石墨油泥的高弹性密封填料盘根，见图5。

图5 高弹性密封填料盘根

该盘根到货后为验证它的工作性能，在该盘根上施加约200 N的压力，这时填料密封仅被压缩1%，而且反弹性能相当好，在受力不到1 s就出现快速的反弹复原；再次将施加800 N压力的圆木棒在填料上面快速地滚压过去，这时填料密封仅被压缩3%并能快速复原，在受力不到1 s就出现快速的反弹。这种高弹性密封填料盘根的反弹补偿性能特别好，可以快速弥补舵机轴的跳动和舵杆旋转偏移后产生的泄漏问题。

3.4 填料函的新型密封盘根实效论证

经过车间试验验证，决定对该舵机填料函进行新型密封盘根的更换，同时在该船的舵杆B点往下500 mm处安装百分表在摆舵时进行全程监测舵杆的位移。为此，该船进行了第二次海上航行试验，在主机功率为11 340 kW、满载吃水12.6 m、主机最大转速131 r/min时进行操舵试验，技术人员通过安装的9个百分表监测舵基座和舵杆，舵杆在B点下500 mm处位置最大偏移量为1.57 mm，偏移数据范围完全满足计算和DNV的核算要求。同时在舵杆B 点舵机填料函的密封处没有发现漏油现象。该船试航结束后，经过拆检新型填料密封盘根，没有发现磨损。因此，经过试航论证，在舵机填料函的密封位置更换新型密封盘根，完全满足该悬挂舵的使用要求。

4 结束语

经过码头长达38天的研究试验，解决了该船舵机下压盖填料盘根的漏油问题。借鉴该船的处理经验，一举解决了该公司50 500 DWT B型～E型系列共25艘船采用全悬挂舵的舵机下压盖填料漏油问题。同时通过对该船舵机的拆解、分析，使技术人员对后续船舵系的安装、性能、来货保养、清洁安装等方面积累了宝贵的经验。通过该问题的处理，需要告知船舶设计者和舵机厂家，在采用全悬挂平衡舵时由于舵叶少了一个舵销轴承的受力，与半悬挂舵叶相比，同等面积的舵叶，全悬挂舵叶的可转动的面积大、受力面积大、舵杆受力大、舵杆弯曲变形也大，在船舶主机MCR工况下操舵试验时，舵杆的偏移会比带舵销的半悬挂舵位移和变形相应较大，这时舵机下压盖密封填料函处选用的密封盘根就应该选择反弹补偿性能优的材料，以便密封盘根在压缩后能快速反弹与舵杆、舵机本体紧贴密封，避免舵杆旋转偏移后的液压油泄漏。