一起伸縮槳透水事故處理分析

吳明哲 劉 斌 王海乾

（1.交通運輸部上海打撈局，上海 200090；2.天津港輪駁有限公司，天津 300450）

0 引 言

伸縮槳，顧名思義就是可以伸縮的螺旋槳，航行或非DP 作業時收在船體結構筒體內，當到達作業區域需要伸縮槳參與工作時，由機旁人工或駕駛臺遙控下放到工作位置，啟動運行參與定位工作。伸縮槳一般由以下3 部分組成：上半部分、中間部分和下半部分。其中上半部分包括驅動電機、可連接脫卸的中間軸（也可叫離合器）、回轉本體、液壓泵站、冷卻器、導向桿、升降油缸、重力油柜、電控柜、動力驅動單元、機旁操作站等；中間部分主要是伸縮槳中空缸體；下半部分主要是全回轉螺旋槳。伸縮槳結構如圖1 所示。

圖1 伸縮槳總體布置圖

1 故障簡介

2017 年9 月某天，“XX”輪在沙特阿美某油田區作業時，在伸縮槳下放過程中，有液壓油從升降油缸防塵環處漏出，當下放到一定位置后停止泄漏，機器運行期間也無泄漏。同時在運行中發現伸縮槳在負荷變化時，本體抖動幅度較大，伴有海水從升降油缸壓板與基座結合處冒出，水量約1～2 l/h。漏油、冒水位置如圖2 所示。

于是，馬上通知駕駛臺，將船移位到平臺外500 m 待命區，將伸縮槳退出DP 模式，停機后將伸縮槳回收至船體進行進一步詳細檢查。首先，對漏油及漏水處緊固螺栓進行檢查，并未出現松動現象，證明不是因為螺栓松動導致的漏油、漏水。再通過圖紙仔細核對，初步懷疑圖2 上所示第65、71 項兩處密封損壞。將情況向公司機務部門反映，并尋求勞斯萊斯（RR）原廠幫助，得到答復也是懷疑這兩處密封損壞。但是鑒于當時船上沒有密封備件，無法進行修復，在征求廠家及公司機務部門同意，在保證設備安全和施工安全的前提下，加強運行檢查，準備維持使用，待接下來的18 a 塢修特檢時再做修理。如狀況持續惡化，則停止使用。在接下來的使用過程中，船員在伸縮槳首尾方向、左右方向各架設一個百分表，通過指針的擺動情況，簡單測量伸縮槳的震動情況。同時，不斷檢測漏水狀況，及時處理艙底所集海水。通過一段時間觀察，漏油現象在收放過程中均會出現，并且當伸縮槳在下放到一定位置后會出現明顯的有節奏感的卡頓現象。漏水狀況每隨著伸縮槳收放一次，漏水量都會有所增加，但總量可控。伸縮槳在運行過程中一直存在抖動現象，抖動情況沒有惡化，但是后來發現在舵角變化時，出現了升降油缸外缸體有周向轉動的情況發生，隨著運行時間的延長，漏水量有增加趨勢。

圖2 漏油、冒水處示意圖

2 原因分析

(1)第65、71 項密封老化或雜質進入密封腔，導致密封失效；

(2)4 個伸縮槳齒輪箱本體支撐不平衡，產生本體傾斜，導致油缸本體變形擠壓密封件破裂；

(3)以前在墨西哥施工期間，為提高船舶抗風浪能力，曾經在大風浪天使用伸縮槳。該伸縮槳直徑達3.8 m，承受了風浪來自不同方向彎矩，如果彎矩過大可能導致油缸本體彎曲變形。

以上第1 條、第3 條現場無法驗證，只能待船進塢后拆檢才能確定，針對第2 條，船上輪機員在伸縮槳下放到位后、未運行之前，專門測量了4 個支撐點間隙，測量數據見表1。

表1 4 個支撐點間隙測量數據

根據說明書要求，4 個支撐點間隙應該同步，最大不超過0.02 mm。根據實際測量數值分析，懷疑油缸本體存在彎曲變形現象。

3 修理過程

2018 年1 月，工程結束后，“XX”輪到中東迪拜Drydocks World 船廠進行特檢塢修。在塢內拆檢過程發現伸縮槳伸縮油缸第71號O-RING斷裂，如圖3所示。此O-RING是密封伸縮油缸外缸體和船體部分，它一旦損壞必定導致海水泄漏到船艙。進一步將第17號油缸密封組合件整體拆出后，發現第65 號油封已出現脆化現象且斷裂成多段。圖2 的第14號零部件為承磨導向環，是用于伸縮槳上升/下降過程中槳體水下部分導向板順著升降油缸外缸體上下運動時防止導向板與缸體直接刮磨的零部件，并且也承受著來自螺旋槳運行過程中的推力進而傳遞推力至船體。在塢修檢查中發現該承磨導向環承受了超大擠壓力導致承磨導向環被擠壓裂開，如圖4 所示。此環的損壞或過大磨損也會造成伸縮槳在使用過程中槳體跳動。

圖3 O-ring 損壞照片

圖4 承磨套損壞照片

他們的損壞說明伸縮槳承受了較大的側向力或單向力，經RR 現場服務工程、機務人員、輪機長以及船廠主修人員綜合判定，一致認為伸縮槳中空本體存在彎曲變形現象。至此，伸縮槳在使用過程中漏油、冒水原因徹底明確。

接下來的維修方案主要包括伸縮槳本體重新調對中，更換損壞的密封件，推進電機與伸縮槳之間的軸線對中。其中更換損壞密封件工作相對容易不在此贅述，重點介紹一下伸縮槳本體。

伸縮槳本體主要有3 個支撐：2個導向桿支撐和1 個伸縮油缸船底支撐板，如圖5 和圖6 所示。上導向桿支撐呈90°布置，分別位于船首尾方向和左右舷方向，支撐由2 塊30 mm 厚的矩形板和2 套呈90°布置的花籃調節螺栓組成，和位于船底結構上的伸縮油缸支撐板一起，用于調節伸縮槳本體位置。

圖5 導向桿支撐結構圖

圖6 下支撐結構圖

對伸縮槳本體進行對中，首先要在三個支撐位置加裝臨時調節工裝，取代3 個固定支撐。臨時工裝由高強度吊耳、花籃螺絲（或手拉葫蘆）、半圓形卡箍等組成，位置成90°布置，模擬實際支撐受力情況。由于伸縮油缸下支撐承受螺旋槳運行時所有的力，是主要受力點，因此伸縮槳本體的調平基點在下支撐。考慮到伸縮槳已經裝船運行了8 a，已經無法嚴格按照說明書要求進行對中，經RR 現場服務工程師與機務、輪機長商議后，準備按照簡易版調整方案來進行，大致分為如下幾個步驟：一、找準伸縮槳基座水平點；二、伸縮油缸下支撐三角板定位；三、導向桿上部支撐定位；四、下支撐三角板加固焊接；五、導向支撐焊接固定；六、電機與伸縮槳水平軸對中；七、下水復測。具體內容如下：

（1）伸縮槳對中的水平基準點至關重要，必須在其他動作執行前進行。一般來講，船舶進干塢，如果塢墩是嚴格按照塢墩圖來擺放的，水平是有保證的，但也要用水平儀測量一下?？稍谏炜s槳安裝基座上找3 個點（船艏方向分別為0°，90°、270°），打出水平組成一個面來檢測水平基準面。考慮到操作的便捷性，現場尋找到一根長4 m 左右的鋁合金槽鋼作為水平儀的測量基座，分別測量3 個對應方位的水平度。經測量伸縮槳對中所需的基準面符合要求。

（2）伸縮槳伸縮油缸下支撐三角板調整固定。下支撐三角板作為伸縮槳運行時受力的主要支撐傳導點，一面作為升降油缸的基座，一面作為伸縮槳本體推力的支撐點，其作用至關重要，具體結構如圖6 所示。伸縮槳對中首先要對下支撐進行定位固定，前提是伸縮槳本體密封盤根全部取出，盤根壓板拿掉；同時上支撐2 個點，單向同側受力，前后方向或左右方向選一個方向受力，另外一個方向處于自由狀態。注意2 個上部支撐點一定要同步同向受力！在確保下支撐的臨時固定受力的情況下，割除三角板與船體的連接。在船艙內伸縮槳本體前后方向和左右方向分別安裝兩個百分表，這兩個百分表要求安裝在一個水平面上，0 位調整在小表盤指針5 的位置，確保指針無論在+和-的方向都有足夠的伸縮空間。同時在兩個百分表對面180°方向對應伸縮槳本體與基座對應位置做好標記，作為后續測量點，如圖7 所示。根據伸縮槳型號推薦測量位置，先將伸縮槳下放到距離基座20 cm 的位置，作為下部測量點，調整百分表0°指針到0，同時用塞尺測量相對應的另外2 個點間隙數字并記錄，記錄表格如表2 所示。再慢慢將伸縮槳升到距離基座2 m 位置，記錄4 個點的間隙數值；最后再將伸縮槳上升到距離基座4 m 位置（或升到頂），記錄4 個點的間隙數值，具體對中調整步驟可參考圖8。根據說明書要求，如果在A、B、C 三個位置相同點的間隙值變化均在0.5 mm之內，說明滿足對中要求；如果大于0.5 mm，則需要下部支撐要通過臨時工裝的花籃螺絲進行微調，并重復以上對中動作，伸縮槳上上下下運行3 個周期，以確保間隙變化在規定范圍之內。特別要注意觀察收放過程中，伸縮槳運行是否順暢，有無卡頓現象；要注意觀察驅動油壓，表壓力的波動在收放過程中要小于5 bar,一般收起時的油壓要比下放油壓高10～20 bar。

表2 伸縮槳本體對中間隙測量表

圖7 測量位置示意圖

圖8 對中調整示意圖

（1）檢查上部導向桿受力方向是否在同步（即同向）受力，避免導向桿內八字或外八字，要保證運行過程中伸縮槳平穩順滑，避免上導向與青銅襯套產生單向摩擦力過大，損壞青銅襯套。在確保上部導向桿同步同側受力的情況下，用臨時工裝將上部導向桿2 個方向全部鎖緊鎖死。

（2）燒焊下支撐三角板。由于原三角板已先期從船體上切割分離，重新對中后必定不能按原位燒焊，需要進行類似“三明治方式”處理，如圖9 所示。即在原三角板與船體連接的上下位置各增加一塊弧形板材，板材一端和船體燒焊連接，一端與原三角板燒焊連接。為保證強度要求，2 塊弧形板材的厚度要求必須達到原三角板厚度的一半或略厚；焊接要求深熔焊，磁粉探傷。焊接完成后，臨時工裝取下，焊接處打磨平整并油漆。

圖9 三角板結構整改前后對比圖

（3）導向桿上支撐由于原有花籃螺絲結構較弱，在長期運行中由于震動等原因，容易造成結構變形或螺紋松動，從而使伸縮槳位置發生變化。為改善這一狀況，船廠和RR現場服務工程師重新設計了箱式結構，無論是選材上還是結構設計上，都大大增強了上支撐的結構強度，具體形式詳見附圖10。箱式結構燒焊完成后，臨時工裝拆除。

圖10 導向桿支撐結構整改前后對比圖

（1）驅動電機與伸縮槳輸入端的對中必須在伸縮槳可脫卸軸脫開的狀態下進行，且伸縮槳完全下放落座在4 個止動塊上。按照說明書逐步進行對中，數據偏差不超過1 mm;同時要保證可脫卸軸上安全鉤和鉤爪的間隙在0.5～1 mm 之間，且安全鉤能自由動作。對中調整好后對驅動電機進行澆筑環氧處理。

(2)船舶下水后，對數據復測，發現對中數據偏差最大到0.7 mm，雖然比說明書要求數值略大，但考慮到伸縮槳前期存在的永久性變形，這個數值還算可以接受。并且伸縮槳整個收放過程很平穩，沒有卡頓現象。經過塢修整改后，伸縮槳使用至今沒有出現過抖動、漏水、漏油等現象，說明18 a 塢修的對中方案是可行有效的。

4 使用和維保建議

（1）就使用條件而言，伸縮槳只是適用于DP 定位作業，而不能用于航行。當船舶與水流相對速度在4 kn 及以上，嚴禁對伸縮槳進行下放操作。另外在大風浪天，也嚴禁將伸縮槳下放運行，作為抗風浪螺旋槳使用。以上兩種情形容易使伸縮槳本體受過大彎矩造成本體和伸縮油缸產生結構變形，從而引起其他密封件或弱結構損壞。

（2）伸縮槳每次收放操作，最好由機艙輪機員現場操作，以便觀察可脫卸軸離合器運行情況，以及伸縮槳收放速度是否平順，有無卡頓現象。

（3）按說明書要求，定時更換液壓油濾器，油樣取樣檢查。

（4）每次收放結束后，要對可脫卸離合器、伸縮槳本體、壓緊盤根等重要部件加油脂潤滑；檢查盤根壓緊環一圈螺絲是否松動，如松動要上緊，但要注意確保一圈螺栓均勻上緊，避免局部過緊，造成伸縮槳收放阻力過大和漏水現象發生。

（5）每次進塢定期更換升降油缸各密封件，特別是伸縮槳本體盤根、回轉密封、軸封等關鍵性密封。如10 a 特檢，還要更換主要受力點軸承。

（6）運行中不定時測量伸縮槳對中變化量，一旦發現對中超標，要盡快處理，以免對設備造成更大損壞。

（7）如果伸縮槳上支撐結構偏弱，建議進塢及早將其改為箱式結構，以延長伸縮槳使用壽命。

5 結 語

隨著我國海洋強國戰略的持續推進，各項海洋裝備必將越來越強，深海開發勢在必行，船舶自動化水平和定力定位需求必將越來越迫切，伸縮槳作為動力定位船舶的重要組成部分，起著至關重要的作用，這就要求船舶管理人員要加強對這個設備的了解和管理，細化使用舉措，在創造經濟價值的同時，也要降低其故障率，延長使用壽命。