船舶CPP系統海試典型故障及解決方案

亢宗楠

摘 要：本文通過兩例可調螺距螺旋槳海試典型故障，對可調距螺旋槳內部的潤滑方式進行分析，總結了兩種類型可調螺距槳安裝時的注意事項，為今后類似的軸系安裝提供參考。

關鍵詞：可調螺距螺旋槳；軸系安裝

中圖分類號：U664.33 文獻標識碼：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

可調螺距螺旋槳，也稱可變螺距螺旋槳、可控螺距螺旋槳、變距螺旋槳、可調槳、調距槳等。英文是Controllable pitch propeller，簡稱CPP。它可通過轂內機構轉動螺旋槳葉，以調節螺距來適應各種工況。可調螺距螺旋槳通常可在船舶駕駛臺上遠距離操縱，在自由航行狀態和拖曳航行狀態下均可充分發揮主機功率。此外，還具有較好的加速及制動性能。

可調螺距螺旋槳適用于載荷變化較大的拖船、漁船、挖泥船和破冰船等.但可調距槳內部傳動機構較為復雜，潤滑方式不一，本文通過兩例可調距槳海試故障，分析不同類型的槳轂內部潤滑方式及安裝時需要關注的重點工作。

2 海試故障描述

事例1：2011年5月，某58.7 m多用途拖輪進行了海試，該拖輪采用ZF MARINE雙機雙槳推進系統，尾軸管采用油潤滑方式，尾管潤滑油需進入槳轂對槳轂內部滑塊進行潤滑。海試過程中，在做完主機100%負荷后，CPP調整螺距出現卡滯的故障，當駕駛室給出DP信號后OD-BOX螺距調整沒有反應，多次試驗后問題仍舊存在。2011年6月進塢檢查，發現槳轂內部控制槳葉轉動的滑塊燒毀、槳轂內部沒有潤滑油，并發現少量的潤滑油脂有燒焦的痕跡。顯然，問題出現在尾管的潤滑油無法正常進入槳轂內部進行潤滑，導致滑塊卡滯。由于情況嚴重，將槳轂整體拆下后運至工廠進行檢修，更換密封部件，并將損壞件更換，擴大滑油進入槳轂內部的間隙。修復完成回裝后，順利進行了海試。

事例2：2016年10月，某8 000 HP破冰船進行了預試航，該船同樣采用CPP雙機雙槳推進系統，在進行螺距調整試驗時也出現了卡滯現象，不同的是這條船尾軸管潤滑方式是水潤滑，槳轂內部滑塊潤滑為系統內部的潤滑油。海試出現卡滯現象后，在碼頭進行故障排查，對液壓動力單元、中間軸內油管單向閥、OD-box都進行了拆檢，最終確定問題出現在槳轂內部。進塢拆檢發現槳轂內部出現大量油水混合物，并確定水是由槳轂端面進入槳轂內部，油乳化后滑塊出現卡滯現象。將槳轂整體拆下后運至工廠進行檢修，更換密封部件并將損壞件更換，在槳轂端面增加一個法蘭密封，防止外部水進入槳轂內部。修復完成回裝后，順利進行了海試。

3 故障分析

上述兩例海試故障現象都是槳轂內部滑塊卡滯，但造成卡滯的原因卻不一樣。在分析故障之前，我們先了解一下整個CPP的結構原理，才能更透徹的分析出現問題的原因。

由圖1可以看出，推進系統一般由螺旋槳總成、尾軸、中間軸、齒輪箱組成，主機輸出軸帶動齒輪箱軸轉動，齒輪箱軸帶動中間軸及尾軸螺旋槳轉動。調距槳裝置由槳葉、槳轂總成、配油器、液壓及電控系統等五大系統組成。圖2、圖3顯示，在轉動過程中，螺旋槳螺距的變化是通過液壓單元將液壓油傳送給配油器，再由配油器通過中間軸內部內油管傳送到槳轂內部油缸活塞。由圖4可以看出，液壓油進入槳轂后，高壓部分推動油缸前后運動，油缸的前后運動通過滑塊帶動槳葉轉動。滑塊與槳轂之間通過潤滑油產生油膜，以使得滑塊與槳轂之間的滑動順暢，避免干摩擦。

仔細分析圖2液壓油走向圖可知，事例1和事例2槳轂內滑塊潤滑的最大區別在于：事例1 沒有液壓重力油柜，液壓單元進入配油器的液壓油只有A路和B路，分別是控制正倒車的，而滑塊潤滑的C路潤滑油則是由尾管滑油通過尾密封進入槳轂內進行潤滑；而事例2則是有帶液壓重力油柜，液壓單元進入配油器的液壓油有A路、B路和C路，其中A路和B路是控制正倒車，C路則是CPP內液壓油瀉放進入重力油柜，控制正倒車的A路和B路在操縱螺距過程中，瀉放一部分油通過內油管外壁直接進入槳轂，液壓油充當潤滑油。事例2液壓系統和槳轂內潤滑是一套獨立和封閉的系統，不需要借助其他系統來完成潤滑，而事例1中的潤滑卻需要借助尾管滑油來進行潤滑。

圖5和圖6分別為事例1和事例2的槳轂內部構造圖。由圖5可知，槳轂滑塊的潤滑油通過尾密封和尾管內部滑油相聯通，尾管內滑油通過尾密封進入槳轂內部，對槳轂滑塊進行潤滑。可問題就出在推進系統供應商在車間裝配槳轂時，槳轂內倒角位置間隙太小，將滑油需要進過的路徑卡死，導致滑油無法進入，在槳轂沒有潤滑的情況下，干磨造成滑塊卡死。

由圖6可知，該船槳轂內潤滑是一套相對獨立的系統，液壓系統有部分液壓油可以作為滑油進行潤滑。但該船推進系統設計人員沒有注意到，該船尾管潤滑方式是開式水潤滑，而整套CPP軸系總成卻只適用于閉式油潤滑，因為槳轂后端面為開式設計，尾管內的介質會通過槳轂端面進入槳轂內部。由于這一疏忽，設計人員簡單的套用了傳統設計圖紙，海水不斷的通過槳轂后端面進入槳轂，將整個CPP及槳轂內液壓油乳化，槳轂內液壓油失去潤滑效果，造成干摩擦直至無法轉動。

4 船廠在安裝過程中的注意事項

上述兩例海試故障都是由制造廠商在生產和設計方面的缺陷造成，雖然是由供應商的原因造成，但船廠在安裝方面如果做好檢查工作，則會將損失降到最小：

（1）在供應商做產品FAT時，船廠和船東代表要盡可能參與，盡量將問題暴露在萌芽狀態；

（2）在安裝時，特別是下水前要和軸系供應商技術人員進行密切溝通，對軸系廠家提供的安裝說明書內有疑問的，需書面明確；

（3）軸系安裝報驗完，加油時需打開槳轂處悶塞放氣。下水前加完滑油后，要等待24小時，打開槳轂悶塞檢查是否有滑油溢出，如果沒有油溢出，需排除故障后才能下水。

5 結語

推進系統是船舶的心臟，如果推進系統出現故障，則船舶無法運行。由于種種原因，我國推進系統裝備大量依賴進口，世界幾大推進系統供應商，從原材料采購、軸系設計到生產加工，直至裝配完提供給船廠安裝，都是由好幾個部門，甚至是好幾個國家的工廠聯合完成，可想而知，成千上萬的零件組裝到一起，出現問題的幾率是成倍的增加。供應商的失誤造成的損失，最終也會轉嫁給船廠，所以如何做到防微杜漸，將廠商的錯誤盡早地發現，是需要突破的瓶頸。

參考文獻

[1]中國船級社.鋼質海船入級規范[S]， 2009.

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