淺談某輪變螺距液壓伺服系統改進方法

張銘

（中國石化海洋石油工程有限公司上海船舶分公司，上海 201208）

某輪為一艘老年船舶，船舶推進器采取可調螺距螺旋槳（CPP）。該輪從營運以來，螺距控制系統經常出現故障，嚴重影響船舶正常營運和安全生產。

1 某輪螺距液壓系統概況

某輪采用定速變螺距系統。變距槳結構形式為推拉桿式，其螺距動力油缸布置在齒輪箱傳動齒輪內（齒輪箱廠家：Lohmann & Stolterfoht GmbH，齒輪箱型號：GVA 1250 V），圖1 為該輪的螺距液壓原理圖。

圖1 變螺距液壓原理圖

該液壓系統中機帶螺距泵（1）為雙聯泵，備用螺距泵（2）也是雙聯泵，與機帶螺距泵并聯，管路上有單向閥（4），防止液壓油倒流至泵內，造成泵的損壞。

螺距液壓系統工作時，齒輪箱油底殼內的液壓油，通過螺距泵（雙聯泵）泵出的液壓油分成兩部分，一臺泵供齒輪箱潤滑，另外一臺泵提供主液壓油路系統和伺服液壓系統。

（1）齒輪箱潤滑部分。來自螺距泵泵出的潤滑油，經過經過雙聯濾器（3C）、冷卻器(12)，對齒輪箱齒輪各個軸承點進行潤滑、冷卻清潔；另外經過減壓閥(14)，減壓至2.5bar，對齒輪箱內齒輪進行潤滑、冷卻、清潔等。

（2）主液壓油路系統部分。來自螺距泵泵出的潤滑油，經過雙聯濾器（3A），分成兩路，一路作為螺距系統動力油，經過經減壓閥（7）進行減壓至26bar，進入配油軸上配油閥（8）處；當液壓油回路不暢通或者堵塞等就會造成液壓系統主油路壓力升高，當壓力超過50bar 時，安全閥（6）動作，高壓的液壓油就會被旁通，齒輪箱軸承潤滑點和齒輪潤滑點回流至齒輪箱油底殼（13），避免過高的油壓損壞液壓元器件和管路，對整個液壓系統進行保護。

（3）螺距液壓伺服系統部分。螺距系統主油路的液壓油，經溢流減壓閥（5）進行減壓至18bar，通過雙聯濾器（3B）過濾，進入伺服控制閥（11）待命，當駕駛室、集控室、機旁等處操縱螺距控制手柄，指令（螺距）信號經過電氣控制系統作用到伺服系統的伺服控制閥（11），使其動作，伺服液壓油就會進入伺服控制活塞（10），推拉分配閥（8），將主油路高壓液壓油輸入到齒輪箱傳動齒輪內的螺距動力油缸（9），通過螺距推拉桿傳遞到轉葉機構（槳轂內），驅動槳葉，實現螺距改變。

2 故障判斷與制定方案

（1）故障判斷。通過對螺距系統故障統計，發現螺距系統故障的絕大多數為該輪的距液壓伺服系統的伺服控制閥（注：該閥為24V 精密三位四通電磁閥，MOOG CONTROLS LIMITED 產 品，TYPE：4683-251-000，S/N & ISS F383）損壞造成。該輪螺距液壓該系統采用齒輪箱潤滑油（Mobil Gear 600XP 150）作為液壓系統油，其兼顧軸承和齒輪箱的潤滑。齒輪箱內的齒輪油通過機帶螺距油泵（雙聯），雙聯濾器和溢流閥（減壓作用），得到不同壓力的壓力油，以滿足不同系統的需求。如供給螺距動力油缸的液壓油為26bar，供油螺距伺服控制部分液壓油壓力為18bar，供給齒輪箱潤滑的壓力為2.5bar。該系統的優點：設備少，投資少，安裝方便。缺點：液壓部分和齒輪箱潤滑部分使用公用同一系統和同種潤滑油，系統油壓高時潤滑油穩定性差，容易引起潤滑油氧化、污染等，容易造成液壓元器件特別是精密的液壓元器件損壞，引起液壓系統的故障。根據現場調查和船舶平時對螺距液壓系統保養的記錄，液壓系統濾器內經常出現存在齒輪箱內部脫落的油漆皮及被齒輪碾碎的油漆皮等雜質，并且根據船舶定期的油品化驗報告的檢查，每次化驗結果均不理想。分析認為該船船年齡大，設備老化，機械磨損，齒輪箱內部油漆皮脫落等原因造成液壓油含有雜質，并且螺距液壓該系統采用齒輪油作為液壓系統油，其兼顧軸承和齒輪箱的潤滑，容易引起液壓油氧化、污染等，影響螺距伺服控制閥的使用壽命。

（2）制定方案。根據上述情況，提出改進方案，并對改進方案進行優選，建議螺距伺服系統采用使用獨立的液壓系統，這樣可避免“油”的原因，造成螺距伺服控制閥不能正常工作。①齒輪箱徹底解體清潔。這項工程需費時費工，生產上也不允許船舶停航進行徹底清潔齒輪箱。②加強對螺距液壓系統進行維護保養，縮短檢查清洗液壓系統的上濾器周期，船上備一定數量的螺距伺服控制閥。這種辦法僅是緩解，不能根治故障。還會出現螺距失靈，存在安全隱患，也會增加備件的消耗。③采取獨立的螺距液壓伺服系統，減少伺服系統液壓油的污染，避免伺服控制閥損壞。從而減少螺距系統故障，給船舶安全營運創造良好的設備環境。

3 選擇獨立的液壓站

根據螺距液壓伺服系統壓力（18bar）和管徑等的要求，采用某公司生產的小型液壓站，該液壓站能夠連續提供0 ～60bar 的液壓油。采用雙泵雙電機裝置，互為備有，即一組泵和電機運行，另外一組電機和泵處于備用狀態，電機電壓440AC/60Hz，功率為0.75kW，油泵流量為6L/min，工作壓力6MPa，工作溫度10 ～55℃，液壓泵站冷卻要求為自然冷卻。油泵在油箱內，電動機、濾器、單向閥、壓力表、壓力繼電器、溢流閥(減壓閥)、對外接口1/4＂均在油箱上面。結構小巧，安裝方便，也能夠滿足螺距伺服系統使用。

該液壓站的維護保養要求：第一，日常檢查油位，壓力，保持在正常位置；第二，管路接頭是否存在滴漏；第三，液壓設備保持清潔，防止各種污染物進入油箱；第四，液壓系統每3 個月定期檢查管路接頭，緊固螺釘等有無松動，進行定期緊固；第五，液壓系統每使用1 年，更換液壓油一次，更換液壓油時，應徹底清洗油箱內腔，清洗時禁用棉紗等易脫纖維物品揩擦，不允許殘存任何纖維及機械雜質；定期清洗或更換濾油器。

4 液壓站控制箱選擇

根據船上使用的電制（440V/60Hz、220V/60Hz），選擇液壓站控制箱控制箱，其主要功能如下：（1）控制箱內電氣元器件適合440V/60Hz 使用；（2）1 臺運行，另外1 臺備用，如油壓低，另外1 臺自動投入工作；（3）控制箱上有運行/停止按鈕及顯示；（4）手動/自動功能；（5）過載、過流等保護功能。

5 改造

利用船舶修理期間，按照上述方案，對船舶螺距系統進行改裝，螺距液壓伺服系統采用獨立的液壓站，采用Mobil DTE 10 Excel 46 液壓油作為螺距伺服系統控制油（注：船上舵機、克令吊等使用此油品）。第一，安裝并固定液壓站；第二，液壓站控制箱安裝，接線；第三，安裝液壓油管：液壓站和原螺距液壓伺服系統管徑均為DN10 管路。對原伺服系統管路采取法蘭連接（盲板封住）。液壓站與原伺服系統采取法蘭連接（直通），讓液壓站獨立供給伺服系統壓力油，進行螺距操縱。（這種連接方式，基于不損壞原有的管路。如果液壓站出現故障，船上也能夠方便地恢復到原來系統，繼續使用）。其中，液壓站包含15 油泵（含電機）、16 單向閥、17 關于濾器、18 安全閥、19 油泵吸入口濾器、20 液位鏡、21 油箱等元器件。第四，調試：電氣系統調試、液壓系統調試。

6 結語

自螺距液壓伺服系統改進以來，該輪營運至今，經歷多次重大作業，船舶螺距系統運行良好，工作穩定，未出現伺服控制閥損壞，也未出現螺距系統故障，保證了船舶安全生產，也節省了修理和備件等費。該輪螺距伺服系統改進是非常成功，也達到了預期的效果。