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摘 要：文章从保证船舶正常航行安全的角度出发，简要叙述了调距桨液压系统组成及其工作原理，给出了可能出现的故障，分析介绍了引发故障的原因，为轮机员的日常管理提供了一些参考。
关键词：调距桨；液压系统；控制系统；故障分析
【分类号】U672.7
0 引言
近几年来我国船舶工业有了很大发展，调距桨的应用越来越广泛。调距桨的使用实现了船舶的无级调速，减少了主机起停次数，进而减少了运动部件的磨损和受热部件的热疲劳损害，延长了主机的寿命。在主机转向和转速一定的情况下， 调距桨可以很方便地通过改变桨叶的角度，实现主机负荷的增大或减小，以改善船舶在不同航行工况下的主推进效率和船舶操纵性能。
1 调距桨液压系统组成及工作原理
如图1所示，作为主用的高压机带泵（20a）将液压油由液压油柜抽出，电动高压泵（1a）作为备用。经过高压止回阀（5）、高压滤器（4）和顺序阀（13）后，分成两路，一路通到方向控制阀（34）等待，一路经滤器进入减压阀（34a），经减压后进入方向控制阀（34）的导阀等待。
当通过电磁阀或手柄使方向控制阀（34）阀芯右移，则方向控制阀（34）左侧导通，液压油由方向控制阀（34）“A”路进入布油箱的“C2”接口，经过布油箱及轴系进入桨毂；桨毂另一侧液压油经布油箱的“C1”接口和方向控制阀（34）“B”路返回。当通过电磁阀或手柄使方向控制阀（34）阀芯左移，则方向控制阀（34）右侧导通，液压油由方向控制阀（34）“B”路进入布油箱的“C1”接口，经过布油箱及轴系进入桨毂；桨毂另一侧液压油经布油箱的“C2”接口和方向控制阀（34）“A”路返回。当返回的液压油油压太高时，低压管路上的压力控制阀（11）使其直接回油柜。
注：1a.电动高压泵1b.电动低压泵3.压力警报面板4.高压滤器5.高压止回阀5a.止回阀6.温控阀11.压力控制阀12.高压安全阀13.高压顺序阀20a.机带高压泵20b.机带低压泵21.离合器啮合方向阀22.油冷却器23a.离合器供油调节及释放阀23b.离合器啮合压力调节阀24.主高压供油压力表24a.滑油压力表24b.离合器油压表24c.离合器供油压力表25.螺距控制系统伺服油压表26.低压滤器27a.低压备用泵止回阀27b.低压机带泵止回阀29.方向阀34.方向控制阀34a.减压及释放阀35.先导调节阀35a.先导释放阀36.负荷锁闭阀
图1 螺距控制液压系统图
当螺距转到指定位置时，方向控制阀（34）在弹簧力作用下回中，负荷锁闭阀（36）使桨毂内的液压油不能流回以保持螺距不变。在回油压力低时，先导调节阀（35）右侧导通，先导管内的液压油进入回油侧，回油侧压力升高，因而可以使调节过程平稳进行。在压力正常时，先导调节阀（35）左侧导通，先导释放阀（35a）用来释放先导调节阀（35）内的补偿液压油。
离合器啮合方向阀（21）及方向阀（29）用来控制离合器啮合与脱开；离合器供油调节及释放阀（23a）和离合器啮合压力调节阀（23b）用来调节离合器油压。
作为主用的低压机带泵（20b）和作为备用的低压电动泵（1b）用来将液压油抽至低压管路，由温控阀（6）决定是否流经油冷却器（22）冷却，并经低压滤器（26）去润滑轴系轴承和离合器。当低压管路压力太高时，压力控制阀（11）使其直接回油柜。
2 调距桨工作原理
当控制台给出一个螺距指令时，该指令信号就被操纵台的传感器检出并转化为模拟信号，主PLC检出一个-100%到+100%的百分比指令并转化成一个线性的mA电流信号，4-20mA代表-120%到+120%的螺距指令，这个信号再被送到主PLC控制器上的一个模拟输出模块。接于PCU内的主PLC上的模拟输出端的VDR接收一个从控制站来mA电流螺距指令信号。
布油箱中的反馈变阻器检测出螺距反馈信号并发送到主PLC上的一个模拟输入端，这个模拟信号按系统预先校正的可信值计算成一个百分数，这个螺距反馈信号的相对百分数再被转化为一个线性的mA信号，-120%到+120%相对于4-20mA的电流信号。这个信号再被送到主PLC控制器上的一个模拟输出模块。接于PCU内的主PLC上的模拟输出端的VDR接收一个mA电流螺距反馈信号，该反馈信号与VDR内存储的指令信号相比较，得到一个新的增大或减小螺距的指令信号。
如果比较得到的是减小螺距的指令信号，图1中的方向控制阀（34）阀芯右移，液压油就从“A”路通过布油箱中部和后部密封之间进入外部静止油管并送到后部油缸腔室，轮轭向前移动导致桨叶向后（减小）螺距的方向旋转。
如果是增大螺距的指令信号，方向控制阀（34）阀芯左移，液压油就从“B”路通过布油箱前部和中部密封之间进入内部移动油管并送到前部油缸腔室，轮轭向后移动导致桨叶向前（增大）螺距的方向旋转。
桨叶螺距通过与可移动的轮轭相连的内部油管反馈到控制系统。而可变电阻器用来感受控制回路的实际螺距反馈信号并发送到主PLC上的一个模拟输入端。当VDR中的螺距反馈信号与螺距指令信号相等时，方向控制阀（34）在弹簧力作用下回中，调节过程结束。
3 常见故障分析
3.1 不能进行螺距调整
当不能进行螺距调整时，可以通过以下流程图准确查找故障原因，迅速解决问题。诊断流程如图2所示， 首先确定能否用螺距调整装置上的手柄进行操纵，如果可以进行手动操纵，则说明是遥控系统失灵，应检查遥控系统，找出故障；可能的故障有：电源故障、保险丝熔断、触头或连接接触不良、线圈或电气元件损坏等。如果操纵把手不可用，则是液压系统的故障，因为两个系统同时出现故障的概率比较小。此时首先要检查油箱油位及机带高压泵（20a）的吸排压力是否正常。必要时可以起动电动高压备用泵（1a），如果油位及泵的吸排压力正常，则应检查双联滤器进出口压力。若双联滤器进出口压力亦正常，则要考虑释放阀（34a）是否因调节压力太低而跳开，如果跳开应重新调节释放阀压力。释放阀正常则继续检查负荷锁闭阀（36）是否卸荷，排除不是负荷锁闭阀的问题后，手动操纵螺距调整装置，如果此时能够调整螺距，说明布油箱内密封环泄漏；如果无法调整螺距，则是方向控制阀阀芯卡死在中位。这时要用机械螺距锁紧装置锁紧螺距，使船舶继续航行。 经所有诊断后，系统仍然失灵，则要查看螺距调整装置或桨榖的某些部件是否损坏。
图2 不能进行螺距调整诊断流程
3.2 螺距只能单向调节
螺距只能增大，原因是负荷锁闭阀（36）在螺距减小调整时，阀芯不能顶开，回油油路至单向阀的油路堵塞。遥控系统只能单向动作，改用手动操纵则正常，这是因为电气遥控系统只能给出单向调整信号，例如控制电磁阀一端线圈损坏。
3.3 螺距不稳定
此种故障多为系统中有空气、螺距锁闭阀漏油或调节油缸内部漏油；也可能是反馈系统故障，如反馈可变电阻器损坏；推进控制系统故障，死区设置太小；推进控制系统调整不正确或错误。
3.4 螺距有误差
若布油箱中的机械指示器与电动螺距指示器不能协调工作，则是反馈传感器故障；若布油箱中的机械指示器与电动螺距指示器能协调工作，则是推进控制系统中的螺距减小控制器动作。还可能是系统内有空气或内部漏泄。
3.5 螺距调整指令反应缓慢
当发现对螺距调整指令反应缓慢时，首先应该确定是否只在正车方向出现此故障，若只在正车方向出现此故障，则应查看方向控制阀（34）看该阀是否咬死，这时应使用机械螺距锁紧装置锁紧螺距使船舶继续航行；如果正车和倒车方向同时出现此故障，则检查液压管路系统。检查液压管路系统时，第一步检查液压油泵的运转情况，如果油泵没有运转，则要查找电气系统是否出现故障；若油泵正常运行，则进行第二步检查。检查高压止回阀（5），确定其开启后，检查双联滤器是否堵塞，双联滤器也通畅，则要检查安全阀（12）、负荷锁闭阀（36）是否跳开，如果跳开，要重新调节压力。所有上述诊断结束后，故障仍未排除，则应检查布油箱或联锁阀块的油管内部是否阻塞；布油箱内部或系统是否严重漏泄；系统是否进入空气。故障诊断流程如图3所示。
图3 螺距调整指令反应缓慢诊断流程
4 结束语
本文重点分析液压系统工作原理，调距桨对船舶来说是非常重要的，特别是当船舶在机动航行和遇到紧急情况需要良好的机动性能时，这就要求轮机员熟练掌握系统工作原理，日常给予良好的维护保养，才能迅速解决问题，不影响船舶正常航行，减少不必要的损失。
参考文献
[1]许乐平，詹玉龙.《船舶动力装置技术管理》.大连：大连海事大学出版社，2006.
[2]侯增源.《调距桨与侧推器》. 北京：人民交通出版社，1985.
[3]《W？覿rtsil？覿 MAIN PROPULSION CPP》-W？覿rtsil？覿 Corporation CO.LTD.
关键词：调距桨；液压系统；控制系统；故障分析
【分类号】U672.7
0 引言
近几年来我国船舶工业有了很大发展，调距桨的应用越来越广泛。调距桨的使用实现了船舶的无级调速，减少了主机起停次数，进而减少了运动部件的磨损和受热部件的热疲劳损害，延长了主机的寿命。在主机转向和转速一定的情况下， 调距桨可以很方便地通过改变桨叶的角度，实现主机负荷的增大或减小，以改善船舶在不同航行工况下的主推进效率和船舶操纵性能。
1 调距桨液压系统组成及工作原理
如图1所示，作为主用的高压机带泵（20a）将液压油由液压油柜抽出，电动高压泵（1a）作为备用。经过高压止回阀（5）、高压滤器（4）和顺序阀（13）后，分成两路，一路通到方向控制阀（34）等待，一路经滤器进入减压阀（34a），经减压后进入方向控制阀（34）的导阀等待。
当通过电磁阀或手柄使方向控制阀（34）阀芯右移，则方向控制阀（34）左侧导通，液压油由方向控制阀（34）“A”路进入布油箱的“C2”接口，经过布油箱及轴系进入桨毂；桨毂另一侧液压油经布油箱的“C1”接口和方向控制阀（34）“B”路返回。当通过电磁阀或手柄使方向控制阀（34）阀芯左移，则方向控制阀（34）右侧导通，液压油由方向控制阀（34）“B”路进入布油箱的“C1”接口，经过布油箱及轴系进入桨毂；桨毂另一侧液压油经布油箱的“C2”接口和方向控制阀（34）“A”路返回。当返回的液压油油压太高时，低压管路上的压力控制阀（11）使其直接回油柜。
注：1a.电动高压泵1b.电动低压泵3.压力警报面板4.高压滤器5.高压止回阀5a.止回阀6.温控阀11.压力控制阀12.高压安全阀13.高压顺序阀20a.机带高压泵20b.机带低压泵21.离合器啮合方向阀22.油冷却器23a.离合器供油调节及释放阀23b.离合器啮合压力调节阀24.主高压供油压力表24a.滑油压力表24b.离合器油压表24c.离合器供油压力表25.螺距控制系统伺服油压表26.低压滤器27a.低压备用泵止回阀27b.低压机带泵止回阀29.方向阀34.方向控制阀34a.减压及释放阀35.先导调节阀35a.先导释放阀36.负荷锁闭阀
图1 螺距控制液压系统图
当螺距转到指定位置时，方向控制阀（34）在弹簧力作用下回中，负荷锁闭阀（36）使桨毂内的液压油不能流回以保持螺距不变。在回油压力低时，先导调节阀（35）右侧导通，先导管内的液压油进入回油侧，回油侧压力升高，因而可以使调节过程平稳进行。在压力正常时，先导调节阀（35）左侧导通，先导释放阀（35a）用来释放先导调节阀（35）内的补偿液压油。
离合器啮合方向阀（21）及方向阀（29）用来控制离合器啮合与脱开；离合器供油调节及释放阀（23a）和离合器啮合压力调节阀（23b）用来调节离合器油压。
作为主用的低压机带泵（20b）和作为备用的低压电动泵（1b）用来将液压油抽至低压管路，由温控阀（6）决定是否流经油冷却器（22）冷却，并经低压滤器（26）去润滑轴系轴承和离合器。当低压管路压力太高时，压力控制阀（11）使其直接回油柜。
2 调距桨工作原理
当控制台给出一个螺距指令时，该指令信号就被操纵台的传感器检出并转化为模拟信号，主PLC检出一个-100%到+100%的百分比指令并转化成一个线性的mA电流信号，4-20mA代表-120%到+120%的螺距指令，这个信号再被送到主PLC控制器上的一个模拟输出模块。接于PCU内的主PLC上的模拟输出端的VDR接收一个从控制站来mA电流螺距指令信号。
布油箱中的反馈变阻器检测出螺距反馈信号并发送到主PLC上的一个模拟输入端，这个模拟信号按系统预先校正的可信值计算成一个百分数，这个螺距反馈信号的相对百分数再被转化为一个线性的mA信号，-120%到+120%相对于4-20mA的电流信号。这个信号再被送到主PLC控制器上的一个模拟输出模块。接于PCU内的主PLC上的模拟输出端的VDR接收一个mA电流螺距反馈信号，该反馈信号与VDR内存储的指令信号相比较，得到一个新的增大或减小螺距的指令信号。
如果比较得到的是减小螺距的指令信号，图1中的方向控制阀（34）阀芯右移，液压油就从“A”路通过布油箱中部和后部密封之间进入外部静止油管并送到后部油缸腔室，轮轭向前移动导致桨叶向后（减小）螺距的方向旋转。
如果是增大螺距的指令信号，方向控制阀（34）阀芯左移，液压油就从“B”路通过布油箱前部和中部密封之间进入内部移动油管并送到前部油缸腔室，轮轭向后移动导致桨叶向前（增大）螺距的方向旋转。
桨叶螺距通过与可移动的轮轭相连的内部油管反馈到控制系统。而可变电阻器用来感受控制回路的实际螺距反馈信号并发送到主PLC上的一个模拟输入端。当VDR中的螺距反馈信号与螺距指令信号相等时，方向控制阀（34）在弹簧力作用下回中，调节过程结束。
3 常见故障分析
3.1 不能进行螺距调整
当不能进行螺距调整时，可以通过以下流程图准确查找故障原因，迅速解决问题。诊断流程如图2所示， 首先确定能否用螺距调整装置上的手柄进行操纵，如果可以进行手动操纵，则说明是遥控系统失灵，应检查遥控系统，找出故障；可能的故障有：电源故障、保险丝熔断、触头或连接接触不良、线圈或电气元件损坏等。如果操纵把手不可用，则是液压系统的故障，因为两个系统同时出现故障的概率比较小。此时首先要检查油箱油位及机带高压泵（20a）的吸排压力是否正常。必要时可以起动电动高压备用泵（1a），如果油位及泵的吸排压力正常，则应检查双联滤器进出口压力。若双联滤器进出口压力亦正常，则要考虑释放阀（34a）是否因调节压力太低而跳开，如果跳开应重新调节释放阀压力。释放阀正常则继续检查负荷锁闭阀（36）是否卸荷，排除不是负荷锁闭阀的问题后，手动操纵螺距调整装置，如果此时能够调整螺距，说明布油箱内密封环泄漏；如果无法调整螺距，则是方向控制阀阀芯卡死在中位。这时要用机械螺距锁紧装置锁紧螺距，使船舶继续航行。 经所有诊断后，系统仍然失灵，则要查看螺距调整装置或桨榖的某些部件是否损坏。
图2 不能进行螺距调整诊断流程
3.2 螺距只能单向调节
螺距只能增大，原因是负荷锁闭阀（36）在螺距减小调整时，阀芯不能顶开，回油油路至单向阀的油路堵塞。遥控系统只能单向动作，改用手动操纵则正常，这是因为电气遥控系统只能给出单向调整信号，例如控制电磁阀一端线圈损坏。
3.3 螺距不稳定
此种故障多为系统中有空气、螺距锁闭阀漏油或调节油缸内部漏油；也可能是反馈系统故障，如反馈可变电阻器损坏；推进控制系统故障，死区设置太小；推进控制系统调整不正确或错误。
3.4 螺距有误差
若布油箱中的机械指示器与电动螺距指示器不能协调工作，则是反馈传感器故障；若布油箱中的机械指示器与电动螺距指示器能协调工作，则是推进控制系统中的螺距减小控制器动作。还可能是系统内有空气或内部漏泄。
3.5 螺距调整指令反应缓慢
当发现对螺距调整指令反应缓慢时，首先应该确定是否只在正车方向出现此故障，若只在正车方向出现此故障，则应查看方向控制阀（34）看该阀是否咬死，这时应使用机械螺距锁紧装置锁紧螺距使船舶继续航行；如果正车和倒车方向同时出现此故障，则检查液压管路系统。检查液压管路系统时，第一步检查液压油泵的运转情况，如果油泵没有运转，则要查找电气系统是否出现故障；若油泵正常运行，则进行第二步检查。检查高压止回阀（5），确定其开启后，检查双联滤器是否堵塞，双联滤器也通畅，则要检查安全阀（12）、负荷锁闭阀（36）是否跳开，如果跳开，要重新调节压力。所有上述诊断结束后，故障仍未排除，则应检查布油箱或联锁阀块的油管内部是否阻塞；布油箱内部或系统是否严重漏泄；系统是否进入空气。故障诊断流程如图3所示。
图3 螺距调整指令反应缓慢诊断流程
4 结束语
本文重点分析液压系统工作原理，调距桨对船舶来说是非常重要的，特别是当船舶在机动航行和遇到紧急情况需要良好的机动性能时，这就要求轮机员熟练掌握系统工作原理，日常给予良好的维护保养，才能迅速解决问题，不影响船舶正常航行，减少不必要的损失。
参考文献
[1]许乐平，詹玉龙.《船舶动力装置技术管理》.大连：大连海事大学出版社，2006.
[2]侯增源.《调距桨与侧推器》. 北京：人民交通出版社，1985.
[3]《W？覿rtsil？覿 MAIN PROPULSION CPP》-W？覿rtsil？覿 Corporation CO.LTD.