肖特尔SRP1515FP舵桨 气动离合器空气系统分析与改进

马明轩

摘 要：本文主要介绍一种全回转拖轮常用的肖特尔SRP1515FP型舵桨，通过对其气动离合器的空气系统工作原理和常见故障进行总结，分析其系统设计中不足，进一步研究空气系统的改进方法和解决措施，从而提高舵桨离合器运行的安全性和可靠性，对港口拖轮同类型舵桨气动离合器空气系统改进有一定借鉴意义。

关键词：拖轮;舵桨;离合器;空气系统

当前，国内外全回转拖轮动力传输系统广泛采用Z型传动形式，其主要结构特点是柴油机通过中间轴驱动舵桨运行，并在中间轴和舵桨中间安装离合器，以实现柴油机和舵桨间动力传输的分合，通常离合器会集成到舵桨设备中。按照动力源的不同，拖轮舵桨用离合器主要分为液压离合器和气动离合器，两种形式各有所长，其中气动离合器具有转矩范围广、结构形式简单、启动性能柔和、动力源易获取等特点，应用较为广泛和成熟，但对空气控制系统可靠性和气源质量有较高的要求[1]。本文介绍的SRP1515FP型舵桨，就是采用气动离合器，由于其控制空气系统设计中存在一些不足，经常发生无法正常合脱排等异常情况，给船舶航行造成了一定隐患。本文通过分析该气动离合器空气控制系统工作原理，结合其常见故障和实际管理经验，提出相应的解决措施，给同类型设备生产者和使用者提供参考。

1离合器空气系統工作原理

肖特尔SRP1515FP舵桨气动离合器空气控制系统如图1所示。图示A入口是经气瓶提供的11.5bar压缩空气，图示B出口与气动离合器气囊相连通。图示①是气容，②是调压阀，③是两位五通气动阀，④是压力表，⑤是两位三通手动阀，⑥是单项节流阀，⑦是两位五通气动阀，⑧是滤器，⑨是调压阀，⑩是接线端子，是消音器，、是压力开关，、是两位三通电磁阀。

气动离合器合排过程，驾驶台给出合排指令，入口A气压在正常范围，在工作档允许合排，电磁阀得电动作，失电，⑦左位通，压缩空气后经⑧、⑦后在⑥的节流下缓缓向①充气，⑨阀芯开度逐渐开大，出口B气压缓慢上升，离合器气囊缓慢膨胀。当①压力升高至设定值约3.5bar，②阀芯打开，③动作，压缩空气不经过节流直接经③左位通向①，压力迅速升高，⑨完全打开，出口B气压迅速上升至额定压力，离合器气囊完全胀开，动作发出合排成功信号。离合器脱排时，电磁阀得电动作，失电，①及附属管路内空气经⑥单向阀迅速放气，⑨复位，离合器气囊空气经泄放大气，离合器脱排。

离合器合排时，气囊压力-时间曲线如图2所示，气压随时间先缓升，达到压力拐点后，再速升至额定压力。采用这种压力升高的特性，能够使气动离合器合排过程更加平滑，减少合排机械冲击，增加离合器使用寿命。

2 离合器空气系统常见故障

由于拖轮协助货船靠离泊的作业特点，每天需多次靠离码头，舵桨离合器使用频率较高，通常故障也出现在离合器合排或脱排的过程中，经实践经验总结，常见故障主要有以下六种。

故障一，驾驶台给出合排指令后，离合器不合排，压力表④指示为零，经检查入口A气源压力正常，压力开关处于工作状态，电磁阀有电。故障二，发出合排指令后，离合器不合排，压力表④指示气压从零缓慢升至3.5bar左右即停止上升，检查气源A压力正常，重新脱排等待片刻后再次合排，故障现象仍然存在。故障三，发出合排指令后，离合器迅速合排，压力表④显示气压迅速陡升，没有缓慢升压的过程，特性曲线失常。故障四，发出合排指令后，离合器缓慢合排，压力表④显示气压从零缓慢升高至工作压力，特性曲线失常。故障五，发出合排指令后，离合器气压正常上升，但合排后，螺旋桨驱动主机无法加速。故障六，发出脱排指令后，电磁阀动作，但离合器气压不下降或略微下降，离合器无法脱开[2]。

3 离合器空气系统故障原因分析

根据舵桨离合器工作原理，无法正常合、脱排故障原因，排除人员操作失误因素外，按照工作机理主要可分为三类：一是离合器自身机械故障，例如气囊破损、摩擦瓦损坏、复位弹簧片损坏、进气接头漏气、接触面打滑等;二是控制电路故障，例如电源失电、线路虚接、电子元件损坏等;三是压缩空气相关故障，例如气压不足、阀块卡阻、空气泄露、空气脏污等。结合这三类故障原因和前述六种故障情况，经实际故障排查记录，故障原因统计如表1所示。

可以看出上述故障一、三、四均是由于阀块卡住造成，其根本原因还是由于系统内滤器⑧对压缩空气过滤不到位，空气清洁度无法保证，而系统内部阀块的偶件配合精密，微量的灰尘或颗粒都可能导致阀块卡住。故障六是由于阀块弹簧性能不足造成，在频繁收缩工作中，易发生卡住情况，无法正常复位。故障五是由于气源压力低造成，其主要原因是系统前减压阀活塞运动不灵活，空气进系统压力降低，根源还是空气过滤不充分。故障二是由于阀块密封不严造成。以上六种常见故障均属压缩空气相关故障，离合器机械故障及电路故障少见。

4 离合器空气系统改进措施

根据上述系统故障及原因分析，研究制定技术改进方案。其中故障二涉及阀块密封漏气，发生频率较低，可通过加强日常检查，定期更换密封圈等管理手段避免，本文不再详细阐述。故障一、三、四、五可归为一类研究，一般发生在拖轮离泊，舵桨合排过程，主要应通过技术手段提高系统进气清洁度，确保空气经过充分过滤，避免阀件卡阻。故障六，一般发生在拖轮靠泊，舵桨脱排过程，该过程一旦单桨脱排失败，易引发断缆等事故，应从提高阀块弹簧可靠性和应急手动脱排两个角度研究。

技术措施一。为提高系统进气清洁度，可在储气瓶后端，进系统A口前端的空气管路上安装空气滤器，滤器选择应考虑适用介质、工作压力、耐压等级、工作温度、过滤精度、处理流量等技术参数，能够充分过滤空气中水份及杂质。SRP1515FP型舵桨配备离合器品牌为Airflex，型号24VC1000，额定工作压力1.15MPa，估算理论最大流量应不低于685L/min。[3]据此设计选用一只中压空滤滤器和一只中压精密滤器串联使用，达到过滤效果，其技术参数如表2所示。

技术措施二。为提高阀块弹簧可靠性，一方面可以考虑重新加工制作弹簧，改善弹簧材质，适当提高弹簧刚度，特别是弹簧端部应给予磨削整平和局部加强;另一方面在不更换原有弹簧基础上，可以配置一只弹簧座，安装于弹簧一侧，提高弹簧性能，弹簧座厚度约1.5mm，材质优先选用铜或不锈钢材质。受弹簧加工能力限制，本文选用后者，增加弹簧座方式。

技术措施三。为实现手动应急脱排功能，可在出系统B口后端，至离合器中间管路上安装手动转换三通阀，正常工作时系统直接向离合器供气，当出现脱排故障时，根据驾驶台指令，手动转换三通阀，将离合器气囊内的空气直接排放大气，实现脱排工作，保证拖轮顺利靠泊。该阀门只在应急情况下使用，为避免误操作，应涂刷红色，并张贴警示标识及操作说明。

根据上述三项改进措施，组织对某拖轮舵桨离合器空气系统进行了改造，经过充分运行试验，改进效果明显，设备故障率显著降低，能够给船舶行业同类设备使用提供借鉴意义。

参考文献：

[1]高晓敏， 王晓明. 现代船用离合器技术的发展[J]. 机械技术史， 2000.456-462.

[2]张志喜. 肖特尔SRP1515FP全回转舵桨气胀式离合器控制系统故障[J]. 航海技术， 2018， No.229（01）：51-52.

[3]张金国， 王隽， 王刚伟，等. 船用离合器气胎充气时间计算及试验分析[J]. 船海工程， 2017，46（4）.134-136