船机故障心莫慌，遇事不决船机帮
导读
可调螺距推进系统是一种较先进的船舶主推进系统，但可调螺距螺旋桨(CPP) 及其变速齿轮箱导致的船舶推进系统故障却并不少见，而作为推进系统核心部件之一的螺旋桨桨毂液压油泄漏故障问题也不容忽视。
桨毂液压油泄漏分为外漏和内漏，正常、少量的内漏是桨毂设计本身所允许的，而过量泄漏却是一种故障隐患，一般由运动部件过度磨损、故障或密封件失效等原因造成，大多属于机械故障，需要船舶进坞修理。
笔者通过阐述某船CPP桨毂油箱溢油实例及解决过程，探寻桨毂异常内漏的另一鲜见导因——电控系统故障。
一、推进系统
1、主要参数
本例中的可调螺距推进系统应用于多用途拖船。
拖船建造完工日期为2015年，双机双桨布置，主机型号为瓦锡兰(Wartsila) W9L32，单机功率4500kW，额定转速 750r/min。
主机输出端布置的减速齿轮箱为Wartsila SCV90/2-PDC58型，减速比为1∶4.538。
船舶轴系由Wartsila总装，转速165r/min，为4叶调距桨。
推进电气控制部分为Wartsila Lips公司最新一代的 Lipstronic7000系统。
2、系统说明
调距液压系统采用的是动力套管+动力活塞+
OD box 方式，由减速齿轮箱统一提供动力和液压油，由齿轮箱机带泵或备用泵提供的动力油经螺距控制单元进入OD box，再通过轴系内外动力套管或其环形空间到达调距油缸执行变距功能，所有液压油最终回流至齿轮箱。
电控Lipstronic7000系统设计用于控制 CPP的螺距角和转速设置，提供以下几种操纵控制模式:
本地CPP螺距控制和本地发动机转速控制( 后备) 、从发动机控制站(ECS) 进行远程控制(随动和后备) 、从船桥控制站进行远程控制(随动和后备) 、从船尾桥楼控制站进行远程控制(随动和后备) 。
在集控室内设有推进系统控制单元(PCU) 箱，PCU是控制和监控螺旋桨推进器的中央装置，由快速PLC等组成，PLC包含与发动机、齿轮和推进器系统通信的 I/O 模块，船桥远程控制站中的FU控制装置通过现场总线网络与PCU通信，其他所有信号和传感器采用硬接线方式与PCU控制柜进行连接。
推进操作系统有以下几种操纵模式:
恒速随动模式、NFU 后备(直操) 模式、机旁操纵杆(齿轮箱调距液压阀的手动操作) 模式、联合操纵( 转速/螺距)模式、PTI和 PTO模式等，另外还有1套联合操纵Joystic 系统。
其中，常用的是恒速随动模式，即发电机模式，本次故障实例就基于此种模式。
3、桨毂油箱管系
桨毂油箱管系见图1。
图1 桨毂油箱管系
当调距液压油通过螺距控制单元(阀块) ，再通过OD box 进动力套管后，在作用于动力油缸上执行调距功能的同时，一小部分液压油通过设定的间隙进入螺旋桨桨毂，起到润滑桨毂和平衡海水压力的作用，多余的液压油通过动力外套管与轴系间形成的环形空间被引至齿轮箱的OD box配油口，再通过外管被输送到约7m高的桨毂油箱内。
桨毂油箱较高的位置设有回油至齿轮箱的溢流管，但当桨毂大量回油至油箱并超过溢流管通量时，液压油就会通过设在该油箱顶部的透气孔冒出。
在本例中，最明显也是最早被发现的现象就是透气孔大量冒油。
二、故障现象、分析、查找
1、透气孔冒油，排查油箱溢油回油管系
持续观察一段时间后，发现油箱透气孔的泄漏量与螺距的大小无明显关系，但在油温上升、黏度下降后明显加大，约10L /h。
针对此种情况，考虑前段时间桨毂油箱管系进行过改造，机舱气温较低，怀疑存在管路节流情况，即桨毂油箱溢流回油管管路不畅造成液压油无法正常、有效地回流至齿轮箱。
先从溢油回油管查找原因，方法比较简单，对系统影响也较小。
拆卸溢油回油管的首尾端，先进行通气试验，气流顺畅表明管系处于通路状态; 接着进行通油试验，发现不存在“堵油”情况。
至此，初步怀疑是由桨毂油箱异常回油较多，超过溢流管设计流量造成的，液压系统或其他方面可能有故障。
2、调距油压异常，拆检 OD box
在正常情况下，系统无论是接受进车还是倒车方向指令后，调距油压均会从2MPa迅速升高至调距所需油压约10MPa 以上，并短暂保持一段时间，当达到设定的螺距角后，该油压又会迅速回落且稳定在2MPa左右，螺距指示仪指针在此期间按照指令匀速到达设定的螺距角。
但在接下来的多次观察中，发现螺距到达一定位置且稳定后，CPP油压却依然长时间维持在10MPa 以上，并不能及时回落到 2MPa，表明高压动力油依然持续供给调距桨系统，调距过程并未结束，但螺距并未漂移。
此种现象仅出现在进车方向时，倒车方向正常，即倒车方向没有CPP油压不及时回落情况，溢流量也明显减少。
分析故障有以下几种可能:
进车时螺距因某些原因没有到达控制站设定的螺距角; 螺距反馈或控制环节出现问题; 动力套管、桨毂或 OD box 箱等液压系统部件存在泄漏; 等等。
综合各种情况及以往经验，液压机械部分出现故障的可能性较大，决定先从 OD box 开始拆检。
OD box 是调距桨系统的关键部件，变距液压油通过在内外套管中进出作用于动力油缸，从而完成调距功能，桨毂回油外管也在此接入。
如果 OD box 内部间隙特别是径向间隙过大，就会出现串油现象，此时高压油系统与低压油系统就会串通造成变距不到位并持续供油的情况，并且长时间的供油导致大量油液进入桨毂，造成桨毂油箱溢油。
在随后的拆检过程中，测取OD box的多个轴向和径向间隙，发现均在规定范围内，密封件也正常，排除其故障的可能性。
其他几种故障可能性的认定将根据船舶动态按程序逐步进行检查和试验。
3、机旁操纵杆正车抖动
随着检查力度加大，又发现机旁操纵杆在进车方向时有轻微抖动的现象。
机旁操纵杆方式是在螺距控制单元失效后，人工现场操作调距电磁液压阀的一种应急操作手段，机旁操纵杆与调距电磁液压阀阀芯的外部机械相连接。
电磁液压阀线圈在正常情况下接收到进车或倒车指令后，跟随阀芯移动，并带动操纵杆向前或向后摆动，调距结束后又跟随阀芯回到中位，不会出现抖动现象。
操纵杆抖动表示阀芯存在轴向窜动现象，并未有效切断相关油路，就会使调距油压一直保持在高位，导致本例的溢油情况。
出现这种现象仍然可能是液压阀本身或液压系统故障，但更可能是电控系统故障。
液压阀的检修直接影响船舶运营，虽然在液压系统部件中已排除OD box 故障的可能，但是置于轴系中的动力内外套管发生泄漏仍可能出现这种现象。
特别是外套管，管与管之间通过胶圈进行密封和锁紧、装配或老化问题均会使动力油泄漏至动力外套管与轴系间形成的环形空间，同样导致桨毂油柜溢油、调距不到位、持续供压、机旁操纵杆抖动等现象。
对桨毂或动力油管系的检查必须在坞台进行，涉及到船舶停航，耗时耗力，必须慎之又慎。
区别液压系统和电控系统故障的最佳方式是启用NFU后备模式，即 back up模式。
4、启用NFU后备模式
NFU后备模式是一种遥控站应急调距电磁阀
的直操方式，区别于常用的随动操作模式，它屏蔽螺距反馈、负荷控制等环节，直接加电到调距电磁阀线圈上，减少很多电气元件的参与及逻辑关系，接近人工直接扳动机旁操纵杆模式，缺点是调距过程简单、粗暴、不能随动，主机容易超负荷。
如果在这种模式下机旁操纵杆不再抖动，螺距不发生漂移，说明液压系统没有故障，应为随动模式下的电控系统故障;
反之，则液压系统故障的可能性极大。
在随后多次NFU模式的试验过程中，操纵杆
未出现抖动情况，桨毂油箱透气孔也不再溢油，进、倒车螺距也均未出现滑失情况。
至此，基本确定故障点为恒速随动操作模式下的电控系统。
三、故障排除
1、电控系统检查
在对电控系统进行详细的检查测试过程中，发现在进车方向螺距稳定后，Valve Controller即PＲ2224 阀控制模块一直存在约22V的电压。
PＲ2224 阀控制模块是基于微处理器的单元，用于准确调节油流，线性软加速和减速，调制输出信号和可编程死区;
有1或2个通道进行比例阀调制电流输出;
用户界面由3个按钮和1个3位LED显示屏组成，输入电压为 DC (24±4.8) V。
遥控站的螺距指令通过该模块发送信号到调距液压阀电磁线圈上得以执行，而正常情况是实际螺距在螺距指令变化后应跟随到位，当反馈信号 = 设定信号后，PLC 停止输出电压信号给 PＲ 2224 阀控制模块，此时 PＲ 2224 阀控制模块上的读数应保持为“0”;
PＲ 2224 阀控制模块显示有电压则说明调距仍在进行，螺距没有达到设定值，反馈环节未完成。
分析该现象可能是 PＲ 2224 阀控制模块的输出信号偏弱，不能快速有力地推动液压阀阀芯移动，无法提供足量的液压油推动桨叶继续移动到位，反而持续供给油压，长时间的动力油压致使桨毂内漏增加，表现在桨毂高置油箱上就是透气孔溢油。
2、模块参数调整
检查 PＲ 2224阀控制模块和PLC设置，为满足最低螺距移动速度的要求，将LOA值调整为32%，LOB值调整为34%。
其中: LOA 值是螺距往倒车方向移动的最小速度设置( Creeping Speed Astern) ，34% 为该最大电流的百分比; LOB 值是螺距往进车方向移动的最小速度设置( Creeping Speed Ahead) ，32% 为该最大电流的百分比。
调高PＲ 2224 阀控制模块参数相当于抬高桨叶被推动时所需的最小压力值，这样螺距就能跟随指令快速到位，避免欠调现象的发生。
若LOA和LOB值太小，则桨叶无法被推动导致欠调; 若LOA和LOB 值太大，则导致压力过高引起超调。
PLC 未作大的修改，只将PＲ 2224 阀控制模块输出最低电压调高 0.01 V。
调整后故障消失，在日后使用过程中也未再出现故障，证明上述的分析和处理均是正确的，但出现设置参数变化现象的原因还将继续研究。
四、结束语
本例中存在凭以往经验工作的武断:
认为溢油就是液压机械方面出现故障，未及时、全面地观察到所有的故障现象。
本文这种故障的现象及其成因比较复杂，尤其是电控系统出现类似情况确实比较少见，容易被误导和掩盖真相。
基于处理故障的一般原则，该例的分析和处理过程由浅及深，充分利用排除法，从最早发现的桨毂油箱溢油开始，先后排除油箱溢油回油管和OD box等故障，再利用发现机旁操纵杆抖动现象，通过NFU后备模式彻底排除液压系统故障的可能性，并最终确认电控系统故障，在尽可能小的范围内加大检查和分析力度，使故障最终得以解决。
从桨毂油箱溢油、调距高油压、操纵杆抖动等表象发现真正故障点——PＲ2224阀控制模块的参数漂移。
从貌似普通的液压系统故障到罕见的电控系统导因，无一不体现对轮机工作者严谨认真、持之以恒、责任和能力并举的要求，也希望以此为鉴。
本文原创作者系：
北海救助局
孙凤军轮机长
END
联系客服
