4700 DWT果汁运输船舵系失效故障及排除

杨威 亢宗楠 张如文 张延春

摘 要：本文分析了4700DWT果汁運输船舵系失效的原因及排除措施。

关键词：果汁运输船；舵系故障；分析

中图分类号：U664.31 文献标识码：A

Abstract： This paper analyzes the reason for the failure of the rudder system of 4 700 DWT juice express and expounds the troubleshooting of similar steering gear rotary failure.

Key words： Juice express； Rudder fault； Analysis

1 引言

船舶舵系的可靠性是安全航行的前提，舵系故障的存在是极大的安全隐患，不仅影响正常的航行，甚至有可能发生重大的海难。因此，舵系的安全可靠性对于船舶而言十分重要。

Gshi206是我司建造的国内首艘果汁运输船，其舵系采用悬挂舵结构形式，舵叶选用了NACA（图1），操舵方式为端铰摆缸式（图2）。

2 故障现象及分析

该船在试航操舵试验过程中出现左满舵到右满舵时舵机油缸不动作，只有将航速降低后舵机油缸才会有动作，舵角才会慢慢回到零位。通过分析，我们初步以为是舵机油缸内存在空气造成的，由于空气可压缩导致油缸活塞不动作。但是经过反复排气，故障还是没有得到解决。通过对比试航中的船舶参数发现，设计航速为13.7 kn时，是否因为舵机油缸推不动舵叶，而航速降低后舵力也会相应的降低，当舵机油缸的力大于舵力时，油缸恢复动作，舵角开始回零。

为了排除这一原因，我们首先要对舵力进行计算，如果真是因为舵力太大，那就需要增加舵机泵的功率，让舵机油缸产生足够的推力来实现转舵。

3 舵力计算及舵杆强度校核

首先我们需要计算在13.7 kn的航速下舵机需要的推力，同时计算舵杆的强度是否足够？

船舶在航行时，由于螺旋桨的推力，在舵叶处会产生巨大的扭矩，使船舶改变航道。舵叶产生的扭矩按下式计算：

此值和舵杆设计扭矩94 kNm一致，排除了舵叶舵杆设计问题。

4 舵机功率的复核

舵机油缸处需要的推力Fc为

式中：Tc 为操舵力矩，由于舵的上下舵承存在摩擦力，该船选用了悬挂舵，所以选择Tc =1.3 T；R为舵柄的旋转半径，R=0.52 mm；T为舵叶处的扭矩。见图3。

该船舵机油缸的型号为DW120-60-770-630，油缸的有效面积AC=197.92 cm2，计算出泵的工作压力最大为P=130 bar，需要的电机功率为7.04 kW。

该船选用的电机额定功率为8.6 kW，超出了需要的7.04 kW的要求。为此，打开电机接线盒，发现电机采用了星型连接（见图4），按照电机的通用标准，超过3 kW的电机应该采用三角形接法，并且三角形接法的功率会比星型大。

通过两者对比可以看出，星型接法的功率只有三角形接法的三分之一，而电机铭牌上显示在三角形接法下泵的额定功率为8.6 kW。

5 结论

根据以上分析可以看出，船舶达不到应有的舵效主要存在两个原因：第一是船舶舵力大于转舵力矩。通过计算发现舵力和设计基本一致，所以舵叶和舵杆没有问题，该原因被排除；第二是舵机电机功率不够。通过对电机功率的核实，该电机额定功率为8.6 kW远大于需要的功率7.04 kW，问题出现在电机接线上，本应使用三角形接法的电机，却用了星形接法，造成了电机功率只有额定功率的70%。因此，该船正是由于舵机电机接线问题导致功率不够，使转舵出现问题。

经过更换舵机电机接线方法后第二次试航，我们从左舵30?到右舵35?只用了25 s时间，满足了规范要求的不超过28 s的要求，使该问题得到了圆满解决。

希望通过对该船舵效问题的分析，能对其他船舶出现类似舵效问题提供参考。

参考文献

[1]BV船级社.入级规范[S]， 2009.

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