主機(jī)調(diào)距槳液壓油乳化故障實(shí)例

一、故障現(xiàn)象某船采用雙機(jī)雙槳推進(jìn),螺旋槳選用五葉可調(diào)螺距螺旋槳(以下簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)距槳),其螺距的改變是通過(guò)獨(dú)立的液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)槳葉安裝盤(pán)面下的曲柄銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)的。該船在太平洋海域航行,常規(guī)保養(yǎng)右主機(jī)調(diào)距槳濾芯時(shí),發(fā)現(xiàn)液壓油有乳化現(xiàn)象。圖1油液取樣情況取出左主機(jī)調(diào)距槳液壓油進(jìn)行檢查比較,油液取樣情況如圖1所示,從左至右依次是新的液壓油、左主機(jī)調(diào)距槳油、右主機(jī)調(diào)距槳油。從外觀檢查發(fā)現(xiàn)油液顏色變渾濁,確認(rèn)液壓油乳化。圖2

油樣含水量比較采用加熱法對(duì)2臺(tái)主機(jī)調(diào)距槳液壓油樣與新的液壓油進(jìn)行比較(見(jiàn)圖2),發(fā)現(xiàn)乳化后的油樣加熱后產(chǎn)生大量氣泡,并伴有爆破聲,認(rèn)定液壓油中進(jìn)水導(dǎo)致乳化。對(duì)重力油柜和位于系統(tǒng)最低位置的配油器取樣油液的沉淀液進(jìn)行加熱蒸餾,剩余物為白色結(jié)晶體,并有咸苦味,進(jìn)一步確認(rèn)海水進(jìn)入液壓系統(tǒng)。船舶返港后,將油樣送至專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)分析。經(jīng)光譜分析可知,其中鈉離子、鎂離子濃度達(dá)到28000ppm(1ppm=10ˉ?)和2400ppm,接近海水鈉離子濃度(約30000ppm)和鎂離子濃度(約2500ppm),且其含量比例也與海水鈉、鎂離子比例相吻合。至此,確認(rèn)海水進(jìn)人調(diào)距槳液壓系統(tǒng)。二、故障排查液壓調(diào)距槳主要由重力油柜、液壓泵站、OD-BOX配油器和可調(diào)距螺旋槳等組成。圖3調(diào)距槳液壓系統(tǒng)工作過(guò)程(見(jiàn)圖3)為:液壓油由液壓泵站經(jīng)OD-BOX進(jìn)入槳轂,推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)。槳轂活塞內(nèi)部為液壓油高壓側(cè),活塞外部為液壓油低壓側(cè)。活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,高壓側(cè)有少量液壓油泄漏進(jìn)入低壓側(cè),通過(guò)大軸內(nèi)部通道經(jīng)OD-BOX回到重力油柜,然后溢流回到液壓泵站1。液壓油通過(guò)淡水冷卻器進(jìn)行冷卻。根據(jù)調(diào)距槳結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)組成分析,調(diào)距槳液壓油乳化的直接原因是水分進(jìn)入液壓系統(tǒng)并超過(guò)油液乳化臨界值(抗乳化液壓油液含水率極限為0.4%,達(dá)到或超過(guò)該值須更換,達(dá)到0.5%~0.8%會(huì)出現(xiàn)乳化)。液壓系統(tǒng)進(jìn)水主要有3種可能途徑:一是液壓油冷卻器泄漏,淡水進(jìn)入液壓系統(tǒng);二是系統(tǒng)油箱中由于溫差變化形成凝水累積并超過(guò)油液乳化臨界值;三是槳轂密封圈失效,海水進(jìn)入液壓系統(tǒng)。根據(jù)以上分析,確認(rèn)是海水進(jìn)入槳轂內(nèi)部而導(dǎo)致液壓油乳化。槳轂本體共有6個(gè)密封面:1個(gè)是槳轂本體與導(dǎo)流罩之間的密封,該密封為靜密封,安裝時(shí)采用特種密封膠加固,失效概率極低,基本可以排除該靜密封失效的可能性;另外5個(gè)是槳葉與槳轂密封面,該密封面為動(dòng)密封,在正常調(diào)節(jié)螺距過(guò)程中,槳葉隨安裝盤(pán)面沿密封圈產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),存在逐漸磨損的過(guò)程,而且5個(gè)密封面中任一密封失效均會(huì)導(dǎo)致調(diào)距槳液壓油與海水隔離失效2。根據(jù)槳轂結(jié)構(gòu)分析,螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)槳轂內(nèi)部的液壓油會(huì)受到離心力作用,槳葉根部壓力升高,有效減緩進(jìn)水速度。更換調(diào)距槳液壓油后,對(duì)主機(jī)分控運(yùn)行,采取高轉(zhuǎn)速小螺距的運(yùn)行工況,同時(shí)定期從配油器、重力油柜和液壓油柜放殘,放出水分,液壓油未出現(xiàn)惡化現(xiàn)象,確保船舶安全返港。為進(jìn)一步確定故障,船舶進(jìn)駐江南造船廠船塢對(duì)螺旋槳進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)兩機(jī)槳葉根部均漏油(見(jiàn)圖4)。圖4槳葉根部漏油拆卸螺旋槳槳葉,測(cè)量數(shù)值,發(fā)現(xiàn)槳葉根部及其О形密封圈偏磨(見(jiàn)圖5),同時(shí)槳轂內(nèi)部元件磨損嚴(yán)重。圖5密封圈磨損三、機(jī)理分析圖6調(diào)距槳槳轂結(jié)構(gòu)剖面圖圖6為調(diào)距槳槳轂結(jié)構(gòu)剖面圖,其中1為槳葉根部密封圈、2為螺旋槳槳葉、3為槳葉托盤(pán)、4為活塞。液壓油作用在活塞兩側(cè),推動(dòng)活塞左右移動(dòng),活塞帶動(dòng)托盤(pán)和槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)螺距調(diào)節(jié)。調(diào)距槳槳葉密封為橡膠材質(zhì)的О形密封圈,其材料、結(jié)構(gòu)型式已有數(shù)十年的船上應(yīng)用歷史,設(shè)計(jì)使用壽命不小于5年。該船有2套推進(jìn)裝置,遠(yuǎn)航后在設(shè)備保養(yǎng)或航速要求低于11kn時(shí),通常采用單套推進(jìn)裝置交替運(yùn)行的模式。單套推進(jìn)裝置運(yùn)行時(shí),一臺(tái)主機(jī)及調(diào)距槳運(yùn)行保持較高航速,確保主機(jī)燃燒狀況良好，另一臺(tái)主機(jī)及調(diào)距槳處于停止?fàn)顟B(tài)，且調(diào)距槳螺距處于零位。在單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí),為保持船舶直線(xiàn)航行,舵葉應(yīng)轉(zhuǎn)向停止槳側(cè)并保持一定舵角,從而進(jìn)一步增強(qiáng)船體艦部擾流。在水流作用下,特別是惡劣海況時(shí),運(yùn)行中的螺旋槳經(jīng)常承受突變的負(fù)荷。為避免主機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行,控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)距槳螺距,降低主機(jī)輸出功率。在高負(fù)荷運(yùn)行中,頻繁調(diào)整螺距除加劇槳葉根部、O形密封圈磨損外,也造成槳葉安裝盤(pán)面與槳轂支承面異常磨損。槳葉安裝盤(pán)面軸向磨損使槳葉密封圈的壓縮量減小,加速槳葉密封圈的失效。槳葉根部平面磨損(最大磨損量0.25mm)、密封圈密封面局部磨損（磨損量0.7~1.3mm,新密封圈公稱(chēng)直徑16mm)、槳葉安裝盤(pán)面與槳轂支承面磨損后間隙超差(個(gè)別間隙超過(guò)0.4mm),從而使密封圈失去壓縮量(新裝密封圈壓縮量1.8~2.0mm)并形成局部間隙。由以上機(jī)理分析可知,調(diào)距槳槳葉平面磨損、密封圈局部嚴(yán)重磨損、槳葉安裝盤(pán)面與槳轂支承面長(zhǎng)期運(yùn)行形成的局部磨損間隙超差是海水進(jìn)入系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件,也是密封圈提前失效的根本原因。槳葉根部平面和密封圈磨損嚴(yán)重,液壓油進(jìn)水并導(dǎo)致乳化的具體原因如下:(1)調(diào)距槳在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中,槳葉安裝盤(pán)面與槳轂支承面的磨損間隙超差(本次測(cè)量局部磨損間隙最高達(dá)到0.42mm,高于上限值0.3mm),加速密封失效的進(jìn)程,使槳葉密封面、密封圈密封面磨損加劇。(2)螺距頻繁動(dòng)作,局部磨損嚴(yán)重。進(jìn)塢檢查發(fā)現(xiàn)左槳槳葉法蘭的180°~270°方位區(qū)域、右槳槳葉法蘭的90°~180°方位區(qū)域?yàn)槟p嚴(yán)重區(qū)域,此區(qū)域?qū)?yīng)最大螺距角,受力最大,加劇磨損。同時(shí),船舶較高的航速穩(wěn)定性要求螺旋槳具有較高的螺距調(diào)節(jié)精度(原設(shè)定值為±0.7%)和較高的響應(yīng)靈敏度(原設(shè)定值為±1.0%),由此增大螺距調(diào)節(jié)的頻度,導(dǎo)致密封面、運(yùn)動(dòng)部件的磨損量加劇。尤其在惡劣海況下或全速航行時(shí),為保護(hù)主機(jī)不過(guò)載,螺距波動(dòng)更為頻繁。(3)外來(lái)雜質(zhì)進(jìn)入密封圈與槳葉根部,導(dǎo)致密封圈表面的不規(guī)則磨損和槳轂軸承表面的拉痕。雜質(zhì)來(lái)源包括長(zhǎng)江中的泥沙和系統(tǒng)內(nèi)原有雜質(zhì),其中前者為主要原因,船舶進(jìn)出長(zhǎng)江時(shí)泥沙較多,其進(jìn)人到槳轂內(nèi)部,造成異常磨損。四、解決措施由于槳葉安裝盤(pán)面與槳轂支承面的磨損間隙超差,按照服務(wù)商檢修工藝要求須對(duì)槳轂大修、更換托盤(pán)。槳轂內(nèi)部元件訂貨需要9周,而本次應(yīng)急檢修在塢時(shí)間只有10d左右,無(wú)法進(jìn)行修理解決?？紤]到船舶臨近中修,進(jìn)行如下維修:(1)拆檢槳葉,對(duì)槳葉根部密封面進(jìn)行加工處理,更換槳葉密封圈,按照工藝要求進(jìn)行裝復(fù);(2)清潔調(diào)距槳重力油柜、主油柜,更換液壓油;(3)全面檢修配油器;(4)外觀檢查試驗(yàn)螺距未發(fā)現(xiàn)調(diào)距槳滲油。后續(xù)中修,將對(duì)2臺(tái)主機(jī)調(diào)距槳全面檢修,徹底解決故障隱患。五、結(jié)束語(yǔ)此次故障快速排查、準(zhǔn)確定位、有效處置,最大程度降低故障影響。針對(duì)此次故障,后續(xù)崗位管理人員應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下3點(diǎn):(1)密切關(guān)注調(diào)距槳液壓油,定期取樣檢查,記錄液位情