XX轮CPP卡阻检修
潘跃帮
摘要：针对某轮主推进器CPP频繁发生卡阻，本文通过对其工作原理和故障分析，找到解决故障的方法，对我们排除类似故障，提高管理水平很有意义。
关键词：PSV CPP 卡阻 动力油缸 泄漏 导向杆 磨损 加工
0 引言
近海供应船（Offshore Supply Vessel，OSV）大多采用可变螺距桨（Controllable Pitch Propeller，CPP）驱动，来保障海工服务的机动性、可靠性。OSV包括平台供应船（PSV）、三用工作船（AHTS）、海洋石油支持船、守护船（Stand Ship）、倒班船（Traffic Ship）等。
1 CPP装置的基本结构和工作原理
PSV（Platform Supply Vessel）XX轮CPP型号是ALPHA公司的变距装置，操纵信号单元是使用电子信号操纵直流电机（步进马达）并通过蜗轮蜗杆等传动机构作往复运动来带动配油滑阀。它的动力油缸设在齿轮箱内，通过长推拉杆传递变距动力到桨叶旋转装置。推拉杆同时也是反馈杆，每当动力活塞位移，推拉杆也会把位移反馈传递给配油滑阀，使配油口平衡。另外，反馈动作通过一套链条链轮装置传递给反馈电位器，使操纵指令得到平衡同时螺距得到指示。它的减速齿轮箱，也是ALPHA 原装配套的，齿轮箱内设有液压离合器、动力油缸、机带齿轮泵兼作润滑油泵等部件（附齿轮箱内部图）。ALPHA 桨叶旋转装置原理上和其他产品并没有什么不同，推拉杆连接十字头，在桨毂内十字头的往复动作通过一套滑块、曲柄推力盘再传递给桨叶，也就产生了旋转位移，就完成了变距动作。
2 故障现象及处理
XX轮2012年4月2日在工地作业期间，右CPP在正车30%左右时发生卡阻。此时，CPP伺服油压为35bar，设定油压为30bar，脱开离合器后螺距回零，变距正常，再次合上离合器，操纵CPP偶尔发生卡阻，有时在其他位置也会发生。根据轮机长描述：要求船舶在停止作业后做了如下检查和试验，当发生卡阻时检查步进马达是否动作，再将其转为应急操纵系统，用按钮操纵螺距是否动作，并检查油压。经确认在卡阻时步进马达已经动作，而将其转为应急操纵，螺距还是不能动作，此时油压35bar。开动CPP备用泵使2台泵并联工作，油压38bar，螺距动作正常，变距时最高油压达42bar。在作业期间，两台泵并联工作，维持运行至进港。进港后，在调压阀上安装控制油压表，螺距在零位时，控制油压表和伺服油压均为30bar，正常。变距试验时，控制油压10bar，伺服油压35bar，当螺距达到给定位置时，两个油压表均为30bar，控制及变距油压变化正常，但是液压系统振动较大。打开左右齿轮箱道门检查油管、连接杆等正常，但发现滑阀两端油流量左右车有所差别，拉杆处有明显的磨痕，但泄漏量较少。将背压阀左右交换试验，无变化，再将调压阀交换，将左车调压阀装在右车后试验，油流量与左车相近。拆解右车调压阀，密封‘O令，发现严重老化，主阀和控制阀阀芯状况良好。所有阀体及阀芯上的节流孔检查、疏通，无任何异常，阀体有少量偏磨。换新‘O令后组装，并装入左齿轮箱，启动油泵检查，滑阀两端的油流量左右车基本相同，离港进行左右车变距试验，左车正常，右车有卡阻，卡阻时步进马达已动作，控制油压10bar，伺服油压35bar，但螺距未动作，启动备用泵，油压40bar，螺距回零，液压系统剧烈振动。关闭备用泵，调高设定油压至38bar，液压系统仍然剧烈振动，该车已无法正常操作。
4月11日进XX船厂船坞，解体螺旋桨毂进行检查修理（右尾轴检验）。进坞后，在坞内进行变距试验，螺距动作极不平稳，在桨毂内可听到较大的摩擦声。打开后端盖，桨毂内已无润滑脂，全部充满海水。抽出尾轴，解体桨毂，测量转盘与桨毂间隙，NO.2叶片最大处为0.22mm。测量其推力间隙为0.26mm，偏大，但磨损均匀。测量滑槽与滑块之间的间隙最大的NO.3叶片为0.24mm，测量曲柄销与滑块孔的间隙，NO.3叶片最大为0.42mm，间隙偏大，但尚可使用。拆除原来封死的闷头，恢复滑油润滑，清除拉杆孔中的所有润滑脂，换新桨毂密封件，按序装妥，手拉葫芦转动试验正常，0.3bar气压试验查漏正常。装入艉轴，压油，变距试验，桨叶动作平稳，无任何摩擦声，出坞后在港内进行变距试验30分钟，螺距动作平稳，液压系统振动明显变小。返回XX港，将油压调整为正常油压31bar，试验正常。
4月17日0：00，从XX石油基地开航去XX工地，开航后，左右主机一切正常，直到3：30左右，轮机长接到驾驶台通知，右主机螺距有卡阻，此时集控室操纵手柄旁的液晶面板上显示油门刻度为13格，螺距为1格。通知驾驶台做正、倒车变距试验，但螺距没有动作，此时油压为35bar。由于当时船舶航行于XX水道，不能进一步进行试车，故单机继续航行。05：00驶出XX水道，停右主机，打开齿轮箱道门，启动CPP备用泵，驾驶台多次操纵CPP，在机旁观察，发现内部推拉杆活动，滑油流量，管路震動等，情况正常，CPP油压为32bar，压力也正常。启动主机，合上离合器，变距操纵试验一切正常（重新调整油压至35bar）。07：30继续航行前往XX工地。航行途中发生海损，左螺旋桨缠绕渔网，故单机返回XX港，并于24日进XX船厂进行海损修理，同时换新右主机换向滑阀，拆除步进马达，打开道门，拆除连接杆和油管，拆出换向滑阀换新，解体滑阀，状况良好。进一步检查其泄漏情况，接妥临时管路，启动备用泵，动力活塞移至极限位置，观察回油管油量情况，发现仍有大量的回油，调换油管，将动力活塞移至另一极限位置，另一根回油管还是有大量的回油，决定订购动力活塞配油滑套。
5月30日，由XX船厂维修人员上船换新阀套，拆除前端油管，拆除前端盖，解除电位器连接钢丝并做妥记号。拆除油管及阀套固定盖，拆出滑套检查，状况良好，换新阀套后装妥。装复后，发现螺距指示在正车100%，测量拉杆长度以确认实际螺距在零位，重新脱开电位器连接钢丝，调整电位器约50°角至指示为零位。启动油泵，变距试验正常，启动主机，离合器不能合上。由于转动50°角以后，离合器的零位保护微动开关断开，无法合上离合器，重新测量拉杆长度，再次确认实际螺距在零位，短接离合器零位保护，合上离合器。根据缆绳情况和船艉水花重新调整零位，并在操作中合上离合器之前一定要确认CPP指示在零位。
7月17日，从XX石油基地开航前往XX工地途中，船舶航行于XX水道，航速10节，为避碰将双车CPP回零。在航速减到6节时再将CPP操纵至70%螺距，左车正常，右车一直在零位。船长通知机舱，机舱启动备用泵，油压40bar，但螺距还是不能动作，始终在零位，考虑到水道航行安全，将右CPP操纵手柄放回零位，单车航行至安全水域，无航速试验操纵右CPP动作正常，当达到一定航速后，将CPP放至零位，再往正车方向操纵，CPP不能动作，船舶返航XX港。进行航行试验，在无航速时，用手动和联合操纵右CPP动作均正常，当航速达到5海里时，将手柄回零，再操纵正车方向，螺距不能动作，再往倒车方向操纵，螺距动作正常，再将手柄回零，螺距在倒车位置不能回零，脱开离合器，螺距回零，降速后重新合上离合器，再将航速加到5海里以上，将手柄回到正车10%，再往正车方向操纵，动作正常。再将手柄回零，航速降至3海里，再往正车方向操纵，动作正常。无论螺距实际是否动作，观察步进马达的动作与手柄的位置具有一一对应关系，属正常。当航速达到5海里以上时，脱开步进马达与换向滑的连接肖，手动向正车方向操纵滑阀，螺距不能动作。
3 故障分析
CPP卡滞原因很多，大致可从以下几方面来分析：
（1）电器控制系统故障；
（2）液压阀件故障；
（3）配油滑阀、配油环磨损泄漏故障；
（4）桨毂内部滑块、桨叶、推力盘等磨损间隙过大；
（5）动力缸内部泄漏造成卡阻
船舶在4月初發生卡阻至7月对其电器控制系统，液压系统，特别是液压系统的所有阀件都做了换新或交换处理，桨毂解体，恢复滑油润滑；通过以上的一一故障排除，现在指向已很明确，就是动力油缸内部泄漏造成卡阻。
4 故障排除
返航XX港于7月20日前往XX船厂，拆解右齿轮箱，打开动力油缸，检查发现油缸磨损1.6 mm，活塞两根导向杆磨损1.2 mm。动力活塞两侧的压力油通过活塞导向杆的环形腔相互旁通，造成压力油的流量损失，并导致动力活塞移动时的背压较大，在有负载时，动力活塞不能移动，螺距卡阻。换新活塞环，导向杆重新加工，活塞孔与导向杆间隙小于0.02mm，油缸磨顺后活塞转180°安装以错开活塞杆和铜布司的磨损，动力油缸装妥后用4bar的压缩空气试验，动力活塞移动顺畅，在坞内调整CPP零位。手柄放在零位，步进马达和换向滑阀在零位，实际桨叶在零位，指示在零位，油压调整为30bar。变距试验正常，出坞后，航行时进行变距试验，动作正常，而且齿轮箱轴承滑油压力波动明显减小且无液压振动。在工地作业期间，CPP操纵时一切正常。
5 结束语
通过这次故障的排除，我们做一些查找CPP故障的总结：
（1）主机不启动，开启CPP油泵，正倒车操纵观察螺距反应速度和CPP油压。
（2）有条件的话打开CPP齿轮箱检查孔盖，观察推拉杆实际动作状况，并检查配油阀、滑阀或配油环等动作及泄漏情况。
（3）驾驶台、机舱控制室操纵转换，及在机旁脱开步进马达或伺服小油缸等与操作滑阀连接销，手动操控滑阀，观察螺距反应速度和CPP油压。以此判断区分故障所在。
（4）起动主机试航，正倒车操纵观察螺距反应速度和CPP油压；同时可起动备用油泵，两台泵同时工作增大供应量，记录螺距反应时间与一台泵工作时相比较。
（5）在船舶具有一定航速时，操控CPP回零、再进倒车，观察螺距反应情况及油压变化情况。
（6）最重要的是我们应该做好预防性修理。
摘要：针对某轮主推进器CPP频繁发生卡阻，本文通过对其工作原理和故障分析，找到解决故障的方法，对我们排除类似故障，提高管理水平很有意义。
关键词：PSV CPP 卡阻 动力油缸 泄漏 导向杆 磨损 加工
0 引言
近海供应船（Offshore Supply Vessel，OSV）大多采用可变螺距桨（Controllable Pitch Propeller，CPP）驱动，来保障海工服务的机动性、可靠性。OSV包括平台供应船（PSV）、三用工作船（AHTS）、海洋石油支持船、守护船（Stand Ship）、倒班船（Traffic Ship）等。
1 CPP装置的基本结构和工作原理
PSV（Platform Supply Vessel）XX轮CPP型号是ALPHA公司的变距装置，操纵信号单元是使用电子信号操纵直流电机（步进马达）并通过蜗轮蜗杆等传动机构作往复运动来带动配油滑阀。它的动力油缸设在齿轮箱内，通过长推拉杆传递变距动力到桨叶旋转装置。推拉杆同时也是反馈杆，每当动力活塞位移，推拉杆也会把位移反馈传递给配油滑阀，使配油口平衡。另外，反馈动作通过一套链条链轮装置传递给反馈电位器，使操纵指令得到平衡同时螺距得到指示。它的减速齿轮箱，也是ALPHA 原装配套的，齿轮箱内设有液压离合器、动力油缸、机带齿轮泵兼作润滑油泵等部件（附齿轮箱内部图）。ALPHA 桨叶旋转装置原理上和其他产品并没有什么不同，推拉杆连接十字头，在桨毂内十字头的往复动作通过一套滑块、曲柄推力盘再传递给桨叶，也就产生了旋转位移，就完成了变距动作。
2 故障现象及处理
XX轮2012年4月2日在工地作业期间，右CPP在正车30%左右时发生卡阻。此时，CPP伺服油压为35bar，设定油压为30bar，脱开离合器后螺距回零，变距正常，再次合上离合器，操纵CPP偶尔发生卡阻，有时在其他位置也会发生。根据轮机长描述：要求船舶在停止作业后做了如下检查和试验，当发生卡阻时检查步进马达是否动作，再将其转为应急操纵系统，用按钮操纵螺距是否动作，并检查油压。经确认在卡阻时步进马达已经动作，而将其转为应急操纵，螺距还是不能动作，此时油压35bar。开动CPP备用泵使2台泵并联工作，油压38bar，螺距动作正常，变距时最高油压达42bar。在作业期间，两台泵并联工作，维持运行至进港。进港后，在调压阀上安装控制油压表，螺距在零位时，控制油压表和伺服油压均为30bar，正常。变距试验时，控制油压10bar，伺服油压35bar，当螺距达到给定位置时，两个油压表均为30bar，控制及变距油压变化正常，但是液压系统振动较大。打开左右齿轮箱道门检查油管、连接杆等正常，但发现滑阀两端油流量左右车有所差别，拉杆处有明显的磨痕，但泄漏量较少。将背压阀左右交换试验，无变化，再将调压阀交换，将左车调压阀装在右车后试验，油流量与左车相近。拆解右车调压阀，密封‘O令，发现严重老化，主阀和控制阀阀芯状况良好。所有阀体及阀芯上的节流孔检查、疏通，无任何异常，阀体有少量偏磨。换新‘O令后组装，并装入左齿轮箱，启动油泵检查，滑阀两端的油流量左右车基本相同，离港进行左右车变距试验，左车正常，右车有卡阻，卡阻时步进马达已动作，控制油压10bar，伺服油压35bar，但螺距未动作，启动备用泵，油压40bar，螺距回零，液压系统剧烈振动。关闭备用泵，调高设定油压至38bar，液压系统仍然剧烈振动，该车已无法正常操作。
4月11日进XX船厂船坞，解体螺旋桨毂进行检查修理（右尾轴检验）。进坞后，在坞内进行变距试验，螺距动作极不平稳，在桨毂内可听到较大的摩擦声。打开后端盖，桨毂内已无润滑脂，全部充满海水。抽出尾轴，解体桨毂，测量转盘与桨毂间隙，NO.2叶片最大处为0.22mm。测量其推力间隙为0.26mm，偏大，但磨损均匀。测量滑槽与滑块之间的间隙最大的NO.3叶片为0.24mm，测量曲柄销与滑块孔的间隙，NO.3叶片最大为0.42mm，间隙偏大，但尚可使用。拆除原来封死的闷头，恢复滑油润滑，清除拉杆孔中的所有润滑脂，换新桨毂密封件，按序装妥，手拉葫芦转动试验正常，0.3bar气压试验查漏正常。装入艉轴，压油，变距试验，桨叶动作平稳，无任何摩擦声，出坞后在港内进行变距试验30分钟，螺距动作平稳，液压系统振动明显变小。返回XX港，将油压调整为正常油压31bar，试验正常。
4月17日0：00，从XX石油基地开航去XX工地，开航后，左右主机一切正常，直到3：30左右，轮机长接到驾驶台通知，右主机螺距有卡阻，此时集控室操纵手柄旁的液晶面板上显示油门刻度为13格，螺距为1格。通知驾驶台做正、倒车变距试验，但螺距没有动作，此时油压为35bar。由于当时船舶航行于XX水道，不能进一步进行试车，故单机继续航行。05：00驶出XX水道，停右主机，打开齿轮箱道门，启动CPP备用泵，驾驶台多次操纵CPP，在机旁观察，发现内部推拉杆活动，滑油流量，管路震動等，情况正常，CPP油压为32bar，压力也正常。启动主机，合上离合器，变距操纵试验一切正常（重新调整油压至35bar）。07：30继续航行前往XX工地。航行途中发生海损，左螺旋桨缠绕渔网，故单机返回XX港，并于24日进XX船厂进行海损修理，同时换新右主机换向滑阀，拆除步进马达，打开道门，拆除连接杆和油管，拆出换向滑阀换新，解体滑阀，状况良好。进一步检查其泄漏情况，接妥临时管路，启动备用泵，动力活塞移至极限位置，观察回油管油量情况，发现仍有大量的回油，调换油管，将动力活塞移至另一极限位置，另一根回油管还是有大量的回油，决定订购动力活塞配油滑套。
5月30日，由XX船厂维修人员上船换新阀套，拆除前端油管，拆除前端盖，解除电位器连接钢丝并做妥记号。拆除油管及阀套固定盖，拆出滑套检查，状况良好，换新阀套后装妥。装复后，发现螺距指示在正车100%，测量拉杆长度以确认实际螺距在零位，重新脱开电位器连接钢丝，调整电位器约50°角至指示为零位。启动油泵，变距试验正常，启动主机，离合器不能合上。由于转动50°角以后，离合器的零位保护微动开关断开，无法合上离合器，重新测量拉杆长度，再次确认实际螺距在零位，短接离合器零位保护，合上离合器。根据缆绳情况和船艉水花重新调整零位，并在操作中合上离合器之前一定要确认CPP指示在零位。
7月17日，从XX石油基地开航前往XX工地途中，船舶航行于XX水道，航速10节，为避碰将双车CPP回零。在航速减到6节时再将CPP操纵至70%螺距，左车正常，右车一直在零位。船长通知机舱，机舱启动备用泵，油压40bar，但螺距还是不能动作，始终在零位，考虑到水道航行安全，将右CPP操纵手柄放回零位，单车航行至安全水域，无航速试验操纵右CPP动作正常，当达到一定航速后，将CPP放至零位，再往正车方向操纵，CPP不能动作，船舶返航XX港。进行航行试验，在无航速时，用手动和联合操纵右CPP动作均正常，当航速达到5海里时，将手柄回零，再操纵正车方向，螺距不能动作，再往倒车方向操纵，螺距动作正常，再将手柄回零，螺距在倒车位置不能回零，脱开离合器，螺距回零，降速后重新合上离合器，再将航速加到5海里以上，将手柄回到正车10%，再往正车方向操纵，动作正常。再将手柄回零，航速降至3海里，再往正车方向操纵，动作正常。无论螺距实际是否动作，观察步进马达的动作与手柄的位置具有一一对应关系，属正常。当航速达到5海里以上时，脱开步进马达与换向滑的连接肖，手动向正车方向操纵滑阀，螺距不能动作。
3 故障分析
CPP卡滞原因很多，大致可从以下几方面来分析：
（1）电器控制系统故障；
（2）液压阀件故障；
（3）配油滑阀、配油环磨损泄漏故障；
（4）桨毂内部滑块、桨叶、推力盘等磨损间隙过大；
（5）动力缸内部泄漏造成卡阻
船舶在4月初發生卡阻至7月对其电器控制系统，液压系统，特别是液压系统的所有阀件都做了换新或交换处理，桨毂解体，恢复滑油润滑；通过以上的一一故障排除，现在指向已很明确，就是动力油缸内部泄漏造成卡阻。
4 故障排除
返航XX港于7月20日前往XX船厂，拆解右齿轮箱，打开动力油缸，检查发现油缸磨损1.6 mm，活塞两根导向杆磨损1.2 mm。动力活塞两侧的压力油通过活塞导向杆的环形腔相互旁通，造成压力油的流量损失，并导致动力活塞移动时的背压较大，在有负载时，动力活塞不能移动，螺距卡阻。换新活塞环，导向杆重新加工，活塞孔与导向杆间隙小于0.02mm，油缸磨顺后活塞转180°安装以错开活塞杆和铜布司的磨损，动力油缸装妥后用4bar的压缩空气试验，动力活塞移动顺畅，在坞内调整CPP零位。手柄放在零位，步进马达和换向滑阀在零位，实际桨叶在零位，指示在零位，油压调整为30bar。变距试验正常，出坞后，航行时进行变距试验，动作正常，而且齿轮箱轴承滑油压力波动明显减小且无液压振动。在工地作业期间，CPP操纵时一切正常。
5 结束语
通过这次故障的排除，我们做一些查找CPP故障的总结：
（1）主机不启动，开启CPP油泵，正倒车操纵观察螺距反应速度和CPP油压。
（2）有条件的话打开CPP齿轮箱检查孔盖，观察推拉杆实际动作状况，并检查配油阀、滑阀或配油环等动作及泄漏情况。
（3）驾驶台、机舱控制室操纵转换，及在机旁脱开步进马达或伺服小油缸等与操作滑阀连接销，手动操控滑阀，观察螺距反应速度和CPP油压。以此判断区分故障所在。
（4）起动主机试航，正倒车操纵观察螺距反应速度和CPP油压；同时可起动备用油泵，两台泵同时工作增大供应量，记录螺距反应时间与一台泵工作时相比较。
（5）在船舶具有一定航速时，操控CPP回零、再进倒车，观察螺距反应情况及油压变化情况。
（6）最重要的是我们应该做好预防性修理。
