VBS980型可调螺距螺旋桨装置故障分析与排除

吴海春

（渤海船舶职业学院，辽宁 兴城 125105）

引言

可调螺距螺旋桨简称“调距桨”。通过设置在桨毂内的机构转动桨叶，使桨叶角度发生变化，达到调节螺距目的，以适应各种海况。使用时，由船舶驾驶员在驾驶台上远距离进行变距操作，可以使船舶在自由航行状态和拖曳航行状态下均能充分发挥主机功率，同时还具有较好的反向、加速和制动性能[1-2]。

1 VBS980型调距桨装置的结构

VBS980型调距桨装置主要由调距桨、轴系、调距机构、伺服液压系统和遥控系统等组成。

1.1 调距桨部分

调距桨部分如图1所示，由桨毂3、桨叶21和转叶机构等组成。桨毂是调距桨的主体，通过螺栓9和销轴10与螺旋桨轴19的尾端法兰相连，它的外部安装有4个可转动的叶片法兰17，内部安装有调距桨装置的调距机构和转叶机构等。桨叶是4叶式的，材料为镍—铝青铜，每个桨叶通过螺栓22和销轴25固定在叶片法兰上，并用O型密封环24进行密封，实现桨叶与叶片法兰同步旋转。转叶机构的作用是将伺服活塞2的往复运动转变为回转运动。

1.2 轴系部分

调距桨的轴系部分由螺旋桨轴和配油轴组成，两者用套筒联轴器相连。螺旋桨轴的前端通过联结法兰与中间轴相连，尾端与桨毂相连。中空的桨轴内部布置有输油管，这样便形成两条同心通道，一条是输油管内部的通道，另一条是螺旋桨轴与输油管之间的环形通道[3]。配油轴用来将液压油供应到两条通道中，进而控制液压油进入到伺服活塞艉部或艏部的液压油腔。此外，输油管与伺服活塞和反馈机构的反馈杆相连，用来传递伺服活塞和桨叶的位置信号。所以，调距桨的轴系不仅可以将主机输出的动力传递给螺旋桨，还可以作为进出液压油的通道。

1.3 调距机构

调距机构如下页图2所示，包括产生转动桨叶动力的伺服油缸、伺服活塞、分配液压油给伺服油缸的配油器、桨叶定位和桨叶位置的反馈机构及其附属设备等。调距机构的主要作用是调距、稳距以及对螺距进行反馈和指示。调距机构的伺服活塞与螺距控制头（滑块）刚性连接，滑块在滑槽内运动，当螺旋桨调距机构的伺服活塞轴向移动时，通过曲柄滑块机构将伺服活塞的往复运动转换成转叶机构的回转运动，从而实现桨叶的旋转，改变调距桨装置的螺距角。调距机构中配油环如下页图3所示，作用是分配压力油给执行机构，通常以全浮动形式安装在连接法兰上，并用安装于船体上的销子防止其转动。因为配油环与传动轴一起转动，所以与之相连的管路通常用柔性接头。反馈机构位于配油环旁边，通过反馈杆与输油管相连，用于稳距和指示螺距。

1.4 伺服液压系统

VBS980型调距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、冷却器和保护元件等组成。液压系统的主要功能是按遥控系统的螺距指令，将液压油送入调距机构，驱动调距机构工作。同时，多余的液压油被引入位于轴承下方的泄放柜中，当油位达到高位时就会通过自动控制的驳油泵驳回油柜。当调距系统出现故障后，应急系统可将桨叶固定于正车螺距位置，使之能按定距桨状态工作。

1.5 遥控系统

调距桨遥控系统主要由主驾驶台的操纵面板、集控室的操纵面板、包含主控制计算机的主控制箱、螺旋桨伺服电子装置（闭环放大和螺旋桨指示电子装置）等部分组成。通过对控制手柄的动作，可以使调距桨的螺距发生所需要的改变，并将螺旋桨实际的螺距值显示在相应的仪表上。

2 某轮调距桨故障现象

某轮采用的是VBS980型调距桨装置。在实船使用中，调距桨的液压管路接头处经常出现少量漏油现象，尤其是配油环处。当调距桨进行变距操作时，此现象更加明显，而且液压动力单元的阀件动作噪音过大，并伴有明显的敲击声。此时，液压动力单元的压力表指示液压管路中的瞬间压力达到3.7 MPa左右，明显超过了调距桨正常工作时的压力（2.1 MPa左右），导致机舱出现调距桨压力高报警，给轮机管理人员带来很多不必要的麻烦。但是，当调距桨的变距操作结束后，一切又恢复正常，即管路接头处漏泄量明显减少，液压动力单元阀件动作声音明显变小，压力表指示也随之恢复正常。

3 故障分析及排除

调距桨的配油环用来为桨毂中的伺服活塞供油，该处采用的是动密封。在正常运转时，配油环的内腔若有漏油是要被泄放至泄放柜的，之后再被驳油泵驳回至伺服油箱，以供循环利用。由于采用的是动密封，加之加工精度不良，在尾轴与配油环的运动面处，有时避免不了会出现液压油外漏的现象。正常只要把内漏及时抽回伺服油箱，一般外漏量极少，根本不影响调距桨的正常使用。但是，根据某轮在进行变距操作与不进行变距操作时配油环处的外漏量对比，在进行变距操作时配油环的外漏量明显增多，已经超出正常值。

调距桨液压管路接头严重漏泄，液压动力单元上的阀件动作噪音过大以及因液压管路中压力过大而产生报警等现象，归纳为一点，就是液压管路中压力过高。

针对调距桨液压管路中压力过高的现象，分析可能由以下原因引起：

1）液压油泵压力释放阀设定值太高。调距桨装置的液压油泵为螺杆泵，在与螺杆泵相邻的位置装有一个压力释放阀，该阀是螺杆泵内部的一个组成部分，用来防止系统压力过高。

2）液压系统中安全阀发生故障，如其设定值过高或者卡死在关闭位置不能打开。

3）液压伺服系统中液压油管路阻塞不通，如系统中的滤器堵塞等。

由以上原因引起的调距桨液压管路中压力过高的现象，可以采取如下相应的解决办法：

1）重新调整压力释放阀，使其适当降低，以便达到工作要求。

2）检修安全阀，看其设定值是否符合要求（此安全阀设定压力为7 MPa），检查其是否有卡紧现象。

3）检查系统中的液压油，并且检查系统中的液压管路，尤其是滤器等处，检查液压油中是否含有过多的杂质，查看滤器等处是否有堵塞等不正常现象。倘若有此种现象，应该立刻重新冲洗液压系统，清洗系统中的各处滤器，更换新的液压油。

但是，根据某轮调距桨液压伺服系统的种种故障现象来看，这些故障明显不是由以上原因而引起的，因为这些故障是伴随着调距桨装置变距操作的进行而出现的，当变距操作结束后，这些故障现象也就随之消失。所以，问题的关键在于观察变距操作前后，液压动力单元上的设备状况有何变化。最终发现当调距桨未进行变距操作时，液压动力单元上的两台液压伺服油泵只有一台工作，当进行变距操作时，另一台液压伺服油泵立刻开始工作，两台油泵同时为液压系统供油，从而造成液压系统中的油压瞬时提高，远远超过系统正常工作时的压力值，导致上述现象的出现。

原因找到后，问题解决起来就比较容易了。找到调距桨的控制接线箱，改变内部接线，控制逻辑改为进行变距操作时一台伺服油泵工作，另一台伺服油泵作为备用，只有当一台伺服油泵无法使液压系统维持正常油压时，另一台伺服油泵才自动启动，两台同时为系统提供压力油。当改进工作完成后，启动调距桨，并对其进行了正倒车螺距改变操作，发现一切工作正常，原来出现的一些对液压系统不利的现象也全部消失，问题得以顺利解决[4]。

4 两种方案比较

第一种方案当改变螺距时两台油泵同时工作为系统提供压力油。其实这种操作方案也不能说是一种“故障”，只不过所追求的目的不同罢了。对于第一种操作方案，设计人员在调距桨进行变距操作时强制使两台伺服油泵同时工作为系统提供压力油，所追求的是在最短的时间内使调距桨达到所需螺距，从而提高船舶的机动性。但它会直接导致系统中的油压过高，随之而来也就出现了液压管路接头处漏泄量增加、阀件动作噪音过大（缩短阀件工作寿命）、液压系统高压报警等一系列不利于系统正常工作的现象。

第二种方案为改变螺距时只有一台油泵工作，另一台油泵备用。这种操作方案所追求的是螺旋桨在改变螺距时压力不宜过高，只要正常便可，这样便能避免出现不正常的现象，减少很多不必要的麻烦。当然在改变螺距的速度上这种操作方案比不上前者，但是经过充分论证及多次实验比较，实际工作中，两者在改变螺距时所用时间相差很少，根本不影响其正常工作。即使在进行大螺距操作或因其他原因而使一台油泵提供的压力不足时，另一台备用伺服油泵也会立刻自动启动，两台油泵同时为系统提供压力油，以保障系统中的压力不致过低。很明显这种操作方案利大于弊，在很大程度上有利于延长液压设备的工作寿命。

5 结语

针对某轮VBS980型调距桨因变距操作过程系统压力过高而引起的一系列不正常的工作现象，分析了产生问题的原因，并对变距操作时液压动力单元的两台伺服油泵的启动程序做出相应的改进措施，从而消除了调距桨在变距操作时出现的不正常现象。需要强调的是，在对像调距桨这种对于船舶安全航行十分重要的设备进行改进时，一定要进行多次试验与论证，充分考虑到其对于船舶安全性的影响，在保证其安全性与可靠性的前提下方可进行。