1、1可调螺距螺旋桨装置典型故障的分析与处理颜少平 1，张晓东 2（1海军驻武汉四六一厂军事代表室，武汉 430084；2海军工程大学，武汉 430033）摘要：本文结合可调螺距螺旋桨装置的工作原理，对其在生产和使用中出现的几种典型故障现象进行了描述，并对每个故障的具体特征进行了分析，阐述了产生上述故障的原因，给出了解决问题的技术途径和措施。同时，为避免同类故障的重复发生，提高可调螺距螺旋桨装置的工作性能，有针对性地提出了在制造，工艺、安装、使用和维护等方面进行优化、改进的建议方案。关键词：调距桨装置；典型故障；分析与处理Analysis and Disposal of Several Model
2、 Fault for Adjustable-Pitch Prop DeviceYAN Shao-ping1, ZHANG Xiao-dong2(1. The Naval Representation Office Stationed at 461 factory, Wuhan 430084, China; 2. Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China）Abstract: Based on the work principle of the adjustable-pitch prop device ,this paper desc
3、ribes several model fault phenomenon appearing in making and using.According to the character of the fault,several reasons to nalysis fault,disposal measurers and technology approaches to solve fault are put forwarded.At the same time,in order to avoid appearance of the congener fault,and to improve
4、 the working performance of the adjustable-pitch prop device,several pertinence optimizing projects and amelioration suggestions about making,technics,fixing,using and maintenance are put forwarded ,too. Key words: adjustable-pitch prop device; fault; analysis; disposal1 前言近些年来，通过不断地国产化研制和改进研究，我们已基本
5、掌握了可调螺距螺旋桨推进的设计、制造、安装、维护和使用技术，并在民用和军用舰船中得到了广泛应用。尽管可调螺距螺旋桨装置的工作原理基本相同，但由于型号、结构的不同，以及生产工艺、安装要求等存在的差异，使用中暴露出的故障的表现形式也就多种多样。作者根据调距桨装置在使用中出现的各种故障，在总结经验的基础上，从结构、工艺和安装、使用、维护等方面进行了原因分析，提出了相应的处理措施。同时，为了降低装置的故障率，进一步提高装置的总体工作性能，提出了在结构、工艺等方面进行优化、改进的方案。2 调距桨装置的工作原理及组成简介可调螺距螺旋桨（Controllable Pitch Propeller，简称 CPP
6、）简称调距桨，是一种利用设置于桨毂中的一套转叶操纵机构，使桨叶绕垂直于桨轴的轴线转动以改变桨叶螺距的螺旋桨 1。能充分利用主机功率，在主机转速和方向不变的情况下，经电控和液压系统对桨叶螺距的调节，灵活的实现船舶的前进、后退或停止，提高船舶的运动性能。调距桨装置一般由桨毂桨叶组件、轴系组件、配油器、液压装置和电控单元等五个大的部分组成，各部分相互配合实现对桨叶螺距的调节。图 1 为调距桨装置组成结构示意图。21、 桨 毂 组 件 ； 2、 轴 系 组 件 ； 3、 配 油 器 组 件 ； 4、 电 控 系 统 ； 5、 液 压 系 统图 1 调距桨系统结构示意图调距桨与定距桨相比，因其系统结构复
7、杂，因而故障点也就较多。而作为典型的机电液耦合的复杂系统，产生故障的原因也就呈现多样性 2。这些故障有些是机械、液压或电控系统中某单一部件引起的，有的则是机、电、液各部分元件综合作用的结果。即使是同一故障现象其产生的原因也不尽相同。因而，从产生故障的机理出发去研究故障现象，了解故障的本质，快速、准确的进行故障诊断与处理，对装置的有效、安全运行，以及维护、保养有极为重要的作用。下面对调距桨的几个典型故障现象进行分析。3 调距桨装置典型故障现象及分析处理3.1 配油器温度过高和泄漏量超标配油器温度过高是指配油器高、低压密封环处巴氏合金温度超出技术指标的要求。配油器的泄漏量超标，是指单位时间内，高、
8、低压密封环处液压油内泄露量超过技术指标要求，导致泄油箱的抽油泵短时内频繁启动。产生上述故障的主要原因是：1）由于配油环与配油轴之间的配合间隙过小，摩擦、生热过大；2）配油轴与配油环之间的液压油内泄露量过小，润滑和冷却效果差，进而出现密封环巴氏合金温度过高或超标；3）配油环与配油轴之间的配合间隙过大直接引起液压油内泄露量超标；4）由于液压油的温度升高，粘度下降，泄漏量增加。由于配油器巴氏合金温密封环的温度与泄漏量存在既联系又矛盾的关系，因此在故障处理时比较棘手。主要措施是：1）优化密封环的制造工艺，既要保证密封环的制造精度，又要防止轴承环的变形；2）严格控制高、低压密封环与配油轴之间的装配间隙；
9、3）航行过程中，若存在高、低压密封环温度过高，可增加冷却水量以保证配油器的正常工作；4）若同时存在高、低压密封环温度过高和泄露量超标，宁可放弃对配油环与配油轴之间的间隙控制，以降低轴承温度，保证配油器的正常工作。3.2 螺距指示波动、漂移或不能稳距螺距指示表波动、漂移或不能稳距故障是在台架试验和航行过程中，电气螺距表和配油器机械指针不稳定，出现较大波动或偏离而导致液压系统频繁变距 3。产生此类故障的主要原因是：1）调距桨系统在注入液压油的过程中，可能有空气进入系统，变距过程中螺距表指示出现不稳定现象；2）液压锁止阀漏油，桨毂油缸背压不够，桨叶受到海水的反作用力，螺距出现波动；3）电控系统螺距死
10、区太小，系统太敏感，受到闭环控制系统的作用，螺距一直处于纠偏中，从而引起螺距指示不稳定或波动、漂移。此类故障排除的方法是：1）进行多次变距试验，排除系统中的空气；2）去掉反馈信号，保留指示信号，若螺距指示一直发生变化，则为锁止阀故障，应拆检或更换锁止阀；3）将螺距死区调大，如果故3障现象能消除，则故障原因为螺距死区设置过小。3.3 桨叶抖动或爬行桨叶抖动或爬行故障是指调距桨变距过程中，调距压力发生较大波动的现象，或则明显的桨叶颤音、步进。有时是静态调距正常，高速运转调距时出现爬行。有时是无论什么状态下调距时都出现爬行现象。产生此类故障的主要原因有：1）桨毂零件制造超差，主要是桨叶法兰与轴承之间
11、的间隙过小，存在局部干摩擦，摩擦力矩过大的原因；2）液压系统存在较大冲击；3）液压系统中存在空气。此类故障可采取下述方法进行排除：1）首先可以通过松懈桨叶螺栓，降低螺栓力矩后进行静态调距，若爬行现象消除，则可判断故障由于桨叶与轴承间隙过小引起。可进一步拆卸桨叶，观察桨叶法兰端面是否存在磨痕，根据磨痕情况对轴承环或桨叶法兰端面进行机加工以扩大其配合间隙。2）由机械卡滞导致的调距压力波动的情况很少见，大多数为液压系统的冲击导致变距压力不稳，可减少液压系统弯管的数量，减少液压冲击，从而减小调距压力的波动；3）若桨箍或油缸结构设计中有放气塞，则可拧松放气塞，释放液压系统中的空气；4）若设计中无此结构，
12、则需要多次调距动作，以逐步排出液压系统中在输油过程中带入内部的空气。3.4 变距停滞调距停滞故障一般表现为调距时，调距机构会在某一停滞点停顿一段时间后再继续变距，在停滞期间及再次开始变距时变距压力变化很小。产生调距停滞故障的主要原因是：密封件压缩量不够或损坏导致桨毂油缸内部存在泄漏。采取的处理措施是：1）检查桨毂油缸内部的密封圈型号规格是否正确；2）检查桨毂油缸和活塞杆之间的格来圈是否损坏或压缩量；3）更换密封圈。3.5 液压系统不能卸荷调距桨液压系统不能卸荷的故障是指在变距停止时主泵不能空载卸荷。正常情况下停止变距时泵出口压力应为 0，故障发生时实际压力却达 1MPa6MPa。若长期使用，液
13、压油温升过高，对整个液压系统寿命会有很大影响。产生此类故障的主要原因有：1）回油滤器堵塞或管路堵塞，导致系统的背压过高；2）泵出口一般有一个带卸荷功能的安全阀，安全阀主阀芯卡死，或卸荷阀阀芯卡死，或者这两个阀损坏，导致不变距时系统无法卸荷。采取的处理措施是：1）若滤器压差没有报警，回油管路未见异常振动，则可基本排除液流不畅的故障；2）若变距过程中压力有变化，且到止档位置后压力到溢流设定值，调节溢流阀阀，压力无变化，则基本可以判断安全阀的故障；3）若调节卸荷阀的调压螺母，压力无变化，调压螺母阻力变小，阀芯没有动作，则可判断卸荷阀损坏。3.6 液压泵组吸空液压泵组吸空故障表现为调距桨开启主泵时，泵
14、对应的出口压力显示为 0，且无法变距。产生此类故障的主要原因有：1）吸油管路密封不紧；2）泵体放气螺塞松动；3）吸油管路堵死。处理措施是：1）拧紧吸油管路上的对接法兰，往吸油管路上喷洒肥皂水，若出现气泡，则存在密封泄露，需检查或更换密封圈；2）拧紧放气螺塞，查看故障是否排除；3）检查止回阀是否装反，造成吸油管路堵死。3.7 主、备用泵非正常情况下自动切换在航行过程中，在轴系高速运转的情况下，手动机旁从全正车到全倒车变距的过程中，出现低压报警，同时主备用泵自动切换故障。产生该故障的主要原因有：1）液压系统故障；2）压力继电器故障；3）轴系处于高速运转的状态，从正车螺距变距至倒车螺距的过程中，由于
15、受到水的作用力，倒车变距压力往往很小，液压系统存在瞬时的压力冲击，有可能某一时刻，压力低到压力继电器的切换值，当此低压停留的时间超过延时继电器设置的时间时，就会产生泵组的自动切换，出现延时继电器故障。4处理措施是：1）静态时，进行故障模拟，若重复出现，则存在液压系统故障；2）检查压力继电器，观察其能否正常工作，压力设定值是否正确；3）检查延时继电器的时间是否过小，否则应放大延时时间间隙。3.8 比例阀控制失效在航行或静态调距时，操控比例阀进行变距过程中，螺距不受控制或无法实现调距桨变距功能，出现控制失效故障。产生该故障的主要原因有：1）比例阀发生卡滞、堵塞并报警；2）配油器、内油管等泄漏量过大
16、，无法实现变距功能；3）比例阀损坏。采取的措施是：1）拆检比例阀，观察比例阀阀芯有无划痕，若存在划痕应修磨去除；若无划痕则将阀芯阀体清洗干净，复装完成后观察调距桨能否变距；2）比例阀如果能正常操控，则静态操控比例阀，观察止挡压力，若止挡压力过低，则检查安全阀设定压力，若设定压力正常，压力仍无法建立，则是配油器及内油管等泄漏量过大，导致控制失效；3）拆检比例阀如证实未发生卡滞和堵塞，操控比例阀无换向动作发生，则为比例阀损坏故障。3.9 机桨不匹配机桨不匹配故障表现为主机转速与调距桨角不匹配。产生此类故障的主要原因有：1）主机转速信号与标定位置不相符；2）调距桨螺距信号与标定位置不相符；3）使用一
17、段时间后信号发生漂移。采取的措施是对主机负荷信号和螺距信号重新进行标定。 4 对系统设计的几点改进建议1）在调距桨系统设计时采取技术成熟的轴端配油器。轴端配油器在泄漏量和温升方面均容易较好的控制，实船应用中有良好的表现，故障率低。2）设计桨毂体时，注意增设放气孔。由于桨毂内低压腔内液压油几乎不发生循环，导致桨毂内的空气很难排出，应在桨毂体注油孔的对面设置排气孔，便于桨毂内空气的排出。3）配油器的温度过高和泄漏量超标都直接与配油环和配油轴的间隙有关，只有合理的设计，并在制造、装配时控制好配油器高、低压密封环的配合间隙的间隙，才能从根本上解决配油器温度过高和泄漏量超标的问题。4）优化液压系统设计，
18、特别是油箱上的液压油管除了布置有序外，同时要注意减少弯管数量以减少压力冲击，维持调距平稳。5）在应急调距中，机械应急调距的速度很慢，人工操作难度大，费时费力，效率极低。应改进设计增加气动或电动应急调距功能，以满足调距桨控制失效或其他故障情况下的应急处理。6）桨叶法兰与轴承环之间的结构应尽可能简单，减少弹簧等附加零件，采取叶根螺栓的预紧力压缩轴承环与桨叶法兰之间的 O 型密封圈，实现桨叶的调距旋转和密封功能。可避免由于桨叶法兰与轴承环之间的间隙控制不当而出现的桨叶抖动或爬行现象。7）开展比例阀国产化研制，解决外购瓶颈问题。比例阀是调距桨液压系统的关键部件，目前调距桨系统使用的比例阀出现故障后，修
19、理或更换严重依赖进口，无论从保障性、维修性还是战斗性、及时性方面都受到制约。5 结论作者结合可调螺距螺旋桨装置在使用过程中暴露出的故障现象，在总结了已解决的实际问题经验的基础上，逐一从结构、工艺、安装、使用等方面进行了原因分析，并阐述了相应的处理措施。虽然可调螺距螺旋桨装置因结构、工艺的差异，其在使用中暴露出的问题也将千变万化，需要对具体问题进行具体分析和处理，但由于其工作原理的基本一致，文中阐述的解决问题的措施和方法对处理其他相关问题仍具有一定的借鉴作用。另外，文章提出的在结构、工艺及安装、使用、维护等方面进行改进的具体方5案，虽然不能杜绝其他问题的发生，但在避免同类故障的再发生，降低故障发生率，提高装置工作的可靠性和整体性能方面，具有明显的积极作用。参考文献：1 盛振邦, 刘应中. 船舶原理M. 上海: 上海交通大学出版社, 2003.2 王森. 调距桨液压系统故障仿真与诊断技术研究D. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2013.3 刘军. 可调桨使用与故障处理J. 海洋开发与管理, 2012(6): 页码范围.作者情况：颜少平（1964.09） ，男，高级工程师，研究方向为舰船机械及兵器应用。通讯地址：武汉市、青山区、武东街 9 号，海军驻武汉四六一厂军事代表室，邮政编号 430084。
