船舶CPP系统海试典型故障及解决方案

亢宗楠

摘 要：本文通过两例可调螺距螺旋桨海试典型故障，对可调距螺旋桨内部的润滑方式进行分析，总结了两种类型可调螺距桨安装时的注意事项，为今后类似的轴系安装提供参考。

关键词：可调螺距螺旋桨；轴系安装

中图分类号：U664.33 文献标识码：A

Abstract： In this paper， through two typical failure cases at the sea trials of controllable pitch propeller， the internal lubrication method of the propellers is analyzed， matters needing attention in the installation of the two types of controllable pitch propeller are summarized to provide the reference for the similar shafting installation.

Key words： Controllable pitch propeller； Shafting installation

1 引言

可调螺距螺旋桨，也称可变螺距螺旋桨、可控螺距螺旋桨、变距螺旋桨、可调桨、调距桨等。英文是Controllable pitch propeller，简称CPP。它可通过毂内机构转动螺旋桨叶，以调节螺距来适应各种工况。可调螺距螺旋桨通常可在船舶驾驶台上远距离操纵，在自由航行状态和拖曳航行状态下均可充分发挥主机功率。此外，还具有较好的加速及制动性能。

可调螺距螺旋桨适用于载荷变化较大的拖船、渔船、挖泥船和破冰船等.但可调距桨内部传动机构较为复杂，润滑方式不一，本文通过两例可调距桨海试故障，分析不同类型的桨毂内部润滑方式及安装时需要关注的重点工作。

2 海试故障描述

事例1：2011年5月，某58.7 m多用途拖轮进行了海试，该拖轮采用ZF MARINE双机双桨推进系统，尾轴管采用油润滑方式，尾管润滑油需进入桨毂对桨毂内部滑块进行润滑。海试过程中，在做完主机100%负荷后，CPP调整螺距出现卡滞的故障，当驾驶室给出DP信号后OD-BOX螺距调整没有反应，多次试验后问题仍旧存在。2011年6月进坞检查，发现桨毂内部控制桨叶转动的滑块烧毁、桨毂内部没有润滑油，并发现少量的润滑油脂有烧焦的痕迹。显然，问题出现在尾管的润滑油无法正常进入桨毂内部进行润滑，导致滑块卡滞。由于情况严重，将桨毂整体拆下后运至工厂进行检修，更换密封部件，并将损坏件更换，扩大滑油进入桨毂内部的间隙。修复完成回装后，顺利进行了海试。

事例2：2016年10月，某8 000 HP破冰船进行了预试航，该船同样采用CPP双机双桨推进系统，在进行螺距调整试验时也出现了卡滞现象，不同的是这条船尾轴管润滑方式是水润滑，桨毂内部滑块润滑为系统内部的润滑油。海试出现卡滞现象后，在码头进行故障排查，对液压动力单元、中间轴内油管单向阀、OD-box都进行了拆检，最终确定问题出现在桨毂内部。进坞拆检发现桨毂内部出现大量油水混合物，并确定水是由桨毂端面进入桨毂内部，油乳化后滑块出现卡滞现象。将桨毂整体拆下后运至工厂进行检修，更换密封部件并将损坏件更换，在桨毂端面增加一个法兰密封，防止外部水进入桨毂内部。修复完成回装后，顺利进行了海试。

3 故障分析

上述兩例海试故障现象都是桨毂内部滑块卡滞，但造成卡滞的原因却不一样。在分析故障之前，我们先了解一下整个CPP的结构原理，才能更透彻的分析出现问题的原因。

由图1可以看出，推进系统一般由螺旋桨总成、尾轴、中间轴、齿轮箱组成，主机输出轴带动齿轮箱轴转动，齿轮箱轴带动中间轴及尾轴螺旋桨转动。调距桨装置由桨叶、桨毂总成、配油器、液压及电控系统等五大系统组成。图2、图3显示，在转动过程中，螺旋桨螺距的变化是通过液压单元将液压油传送给配油器，再由配油器通过中间轴内部内油管传送到桨毂内部油缸活塞。由图4可以看出，液压油进入桨毂后，高压部分推动油缸前后运动，油缸的前后运动通过滑块带动桨叶转动。滑块与桨毂之间通过润滑油产生油膜，以使得滑块与桨毂之间的滑动顺畅，避免干摩擦。

仔细分析图2液压油走向图可知，事例1和事例2桨毂内滑块润滑的最大区别在于：事例1 没有液压重力油柜，液压单元进入配油器的液压油只有A路和B路，分别是控制正倒车的，而滑块润滑的C路润滑油则是由尾管滑油通过尾密封进入桨毂内进行润滑；而事例2则是有带液压重力油柜，液压单元进入配油器的液压油有A路、B路和C路，其中A路和B路是控制正倒车，C路则是CPP内液压油泻放进入重力油柜，控制正倒车的A路和B路在操纵螺距过程中，泻放一部分油通过内油管外壁直接进入桨毂，液压油充当润滑油。事例2液压系统和桨毂内润滑是一套独立和封闭的系统，不需要借助其他系统来完成润滑，而事例1中的润滑却需要借助尾管滑油来进行润滑。

图5和图6分别为事例1和事例2的桨毂内部构造图。由图5可知，桨毂滑块的润滑油通过尾密封和尾管内部滑油相联通，尾管内滑油通过尾密封进入桨毂内部，对桨毂滑块进行润滑。可问题就出在推进系统供应商在车间装配桨毂时，桨毂内倒角位置间隙太小，将滑油需要进过的路径卡死，导致滑油无法进入，在桨毂没有润滑的情况下，干磨造成滑块卡死。

由图6可知，该船桨毂内润滑是一套相对独立的系统，液压系统有部分液压油可以作为滑油进行润滑。但该船推进系统设计人员没有注意到，该船尾管润滑方式是开式水润滑，而整套CPP轴系总成却只适用于闭式油润滑，因为桨毂后端面为开式设计，尾管内的介质会通过桨毂端面进入桨毂内部。由于这一疏忽，设计人员简单的套用了传统设计图纸，海水不断的通过桨毂后端面进入桨毂，将整个CPP及桨毂内液压油乳化，桨毂内液压油失去润滑效果，造成干摩擦直至无法转动。

4 船厂在安装过程中的注意事项

上述两例海试故障都是由制造厂商在生产和设计方面的缺陷造成，虽然是由供应商的原因造成，但船厂在安装方面如果做好检查工作，则会将损失降到最小：

（1）在供应商做产品FAT时，船厂和船东代表要尽可能参与，尽量将问题暴露在萌芽状态；

（2）在安装时，特别是下水前要和轴系供应商技术人员进行密切沟通，对轴系厂家提供的安装说明书内有疑问的，需书面明确；

（3）轴系安装报验完，加油时需打开桨毂处闷塞放气。下水前加完滑油后，要等待24小时，打开桨毂闷塞检查是否有滑油溢出，如果没有油溢出，需排除故障后才能下水。

5 结语

推进系统是船舶的心脏，如果推进系统出现故障，则船舶无法运行。由于种种原因，我国推进系统装备大量依赖进口，世界几大推进系统供应商，从原材料采购、轴系设计到生产加工，直至装配完提供给船厂安装，都是由好几个部门，甚至是好几个国家的工厂联合完成，可想而知，成千上万的零件组装到一起，出现问题的几率是成倍的增加。供应商的失误造成的损失，最终也会转嫁给船厂，所以如何做到防微杜渐，将厂商的错误尽早地发现，是需要突破的瓶颈。

参考文献

[1]中国船级社.钢质海船入级规范[S]， 2009.

[2]MSC. PATRAN & MSC.NASTRAN使用指南[M]. 北京： BUAA， 2002.