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摘 要：近年来，CPP装置因其良好的操纵性和适应性已被广泛应用于各类船舶。本文针对某船CPP装置发生的一起非典型故障实例，阐述了故障现象及系统排查过程，为今后类似的CPP装置故障处置提供参考。
关键词：CPP装置；原理；故障分析；处置
0 引 言
当前，可变螺距螺旋桨（controllabe pitch propeller， 英文缩写为CPP）装置已被广泛地应用于舰船、拖船、集装箱船等各类船舶上，功率也从中、小型到几万千瓦不等，与传统的定距桨相比，CPP提高了船舶的机动性和可操纵性，便于实现遥控，能够使主机在部分负荷下运行时仍保持良好的经济性，并且有利于推进装置驱动轴带发电机等辅助负载。但是，CPP装置由于其结构复杂，系统零部件多且精密，一旦发生故障，其排查故障的难度也明显高于定距桨。
1 基本概况
1.1 CPP装置组成与原理
该船主机推进系统采用双机双桨推进模式，推进系统为Alphatronic 2000，主机型号为MAN B&W 7L32/40，单机功率3 360 kW，可调桨由MAN公司随船配套提供，型号为VBS980。整个装置主要通过螺旋桨轴、液压联轴节、中间轴和减速齿轮箱与主机输出端相连，其液压系统为独立的液压泵站，采用电液控制方式经配油器来改变螺旋桨桨叶的角度和方向，最终达到调距的目的。其液压工作原理见图1。
1.2 故障现象
该船于今年坞修时对左右CPP装置进行了解体大修，换新桨毂内所有密封件，并对艉轴管内两道內油管接头预紧力进行校验，同时更换ODF内部的液控单向阀组及相关密封件。系统组装完毕后，在船坞内对左右CPP进行了正倒车操纵试验，系统工作压力在正常，螺距变化速度正常，出坞后再次对CPP进行运行试验均未发现异常。某日，船舶按照出厂计划进行码头移档时，突然发现右CPP在正车二挡向零螺距操纵时螺距没有跟随，机舱集控室与机旁仪表显示及ODF机械指示均在正车二挡位置，后向正车位置瞬间推一小角度后再拉回零位，桨叶螺距才慢慢归零，完车后分别在遥控及机旁部位多次操纵CPP螺距，右CPP往正车方向操控螺距时反应速度正常，而往倒车方向操控螺距时速度依旧非常缓慢，并且集控室控制面板上伴随发出“CPP PITCH MIS ALIGNED”故障报警。
2 故障原因分析、查找
2.1 电控系统检查
通过查看电气原理图（见图2）得知，该船CPP的机旁和遥控操作原理相似，其发出的操作指令，都是经过ASP12的同一通道输出电信号，并最终驱动电磁阀实现螺距变化的。经分别测取遥控和机旁两种操作模式下输出到电磁阀两端的电压，正倒车方向电压值基本相同，都在13V左右，说明输出信号通道电压正常。那么，问题会不会出现在输入信号通道方面，由于输入指令的延迟造成输出信号滞后？为进一步排除控制系统本身可能存在的故障，我们在集控室操作面板上按下“load restrictions cancle”按钮后，正倒车来回操作车钟手柄至最大位置，以观察系统内的“pitch command”与“pitch feedback”是否同步，经测试，“pitch command”跟随正常，而“feedback”跟随明显滞后，说明输入指令反应及时，问题出现在液压执行机构方面，由此排除了电控系统方面存在的问题。
2.2 液压系统检查
通过观察，在正常情况下，操控正倒车螺距角时，CPP液压系统油压都是先升高到3 MPa左右以推动螺距变化，待螺距角达到设定值后系统油压回落到2.2 MPa左右。但在之后的几次操作过程中，发现当往倒车方向操控右CPP螺距角时，系统的伺服油压不升反而下降0.2 MPa左右，当螺距角达到设定值后才慢慢恢复到2.2 MPa，整个执行过程油压相比往正车方向操控时低0.8～1 MPa左右。通过分析该故障现象，结合系统刚刚大修后的实际情况，觉得系统存在以下几种情况会导致该故障的发生：系统内有空气，比例阀开度不足或阀组内部有泄漏等。针对各种情况做了如下排查：
1）系统内部排气检查。若系统内有残留空气，可以通过就地来回操纵螺距角至最大机械限位直至安全阀起跳的方式进行释放。经过数十次操作后，发现故障现象没有丝毫改善，排除了系统内有空气的可能。
2）检查比例阀开度情况。为检验是否为比例阀开度不足导致的故障原因，操作人员在机旁通过手动推顶阀芯的方式进行正倒车操纵，在随后的多次操作中并未发现有任何改善迹象，由此可以排除比例阀的问题。
3）阀组内部泄漏情况检查。由于船上没有阀组总成备件，为排除阀组内部泄漏的可能，最后采用左右CPP液压系统阀组（见图3）对调的方式进行检查，经调换后同时操作左右CPP系统发现，左CPP操纵正常，右CPP操纵故障依旧，从而排除了阀组内部泄漏的可能。
2.3 ODF内部阀组检查
基于上述的外围检查均未发现任何异常，那么产生问题的原因都指向内部系统，首先考虑到便是本次坞修过程中拆检过的CPP桨毂系统、內油管接头及ODF内部阀组。按照先易后难的检修原则，决定先对本次拆检过的ODF内部阀组进行排查，结合图1分析可知，若ODF内部单元的液控单向阀组13卡阻，导致开度不足，势必会降低内部动力活塞的移动速度，继而导致螺距角操控反應速度变慢。在随后的拆检过程中发现，四个单向阀中除一个阀卡死在全开状态，其余阀开关自如，工作正常，经更换该阀后装复试验，故障现象未消除，由此可以初步排除ODF内部单元的液控单向阀问题。
2.4 内油管接头预紧力检查
对CPP桨毂系统的检查涉及二次进坞及其后续庞大的工程量，因此要慎之又慎。经与现场服务工程师进行分析和探讨，结合该故障现象及前期排查情况，初步认为产生该故障的原因极有可能与艉轴装配过程中造成内油管接头意外松动有关。该船为长艉轴设计，加之艉轴与齿轮箱输出轴之间还使用了液压联轴器和2根中间轴，因此整根内油管也非常长，其采用了分段式结构，通过5道法兰连接而成，连接方式见图4，其中3道接头布置在中间轴内，2道接头布置在艉轴内，并且布置在艉轴内2道接头的固定螺栓都安装有保险钢丝。经综合评估，认为有必要对中间轴内3道内油管法兰的预紧力情况进行检查。通过拆开液压联轴器及中间轴连接法兰，按要求对3道内油管接头预紧力情况及端面间隙逐个进行校验，结果均显示正常，而艉轴内两道接头的预紧情况在艉轴复装前已进行校核，基本不可能松动。
3 故障定位与处置
检修人员在对右CPP装置外围各系统组件及本次内部检修部件的排查过程中均未发现异常，目前整个装置仅剩下已解体保养过的CPP桨毂系统和未解体保养的ODF配油系统未进行排查，而其中CPP桨毂系统解体后内部所有密封件都已换新，各项装配间隙及数据也满足说明书要求，因此基本可以排除该部位发生故障的可能性。在此情况下，检查人员再次将目光聚焦到ODF配油系统（见图5）。
经过对图5的分析研究后得知，当配油盘径向间隙偏大或配油轴上密封圈间隙偏大都会造成系统油内漏量增加，从而影响螺距操控速度。在随后的拆检过程中，检修人员分别对配油盘径向间隙和配油轴密封圈进行仔细检查，其中配油盘径向间隙在规定的允许值（≤0.05 mm）内，而配油轴上3道密封圈拆下后与新密封圈相对比，发现均有不同程度的磨损老化迹象（见图6）。经更换新的密封件后装复进行正倒车试验，倒车方向压力变化与正车方向相同，右CPP螺距操控恢复正常。至此，故障被排除。
4 结束语
此次故障的表现形式非常特殊，而其故障特征又与某些常规故障极为相似，使得故障排除工作错综复杂，对船舶机务管理人员和设备服务人员的技能水平和专业理论知识都提出了较高要求。可以说，该故障的成功处置为船舶机务管理人员和设备服务人员积累了经验。
1）故障的排查要始终遵循先易后难、由简入繁的处理方法，对任何一个疑点都要仔细排查分析。
2）在进行故障分析时，要摒弃传统思维方式，树立可能性思维模式，此次ODF配油系统问题所引发的故障现象恰恰说明了这一理念的重要性。
3）对排查过程中可能涉及的重大检修工程要慎之又慎，坚持科学理论分析与实际工作相结合的原则，做到统筹兼顾，避免造成不必要的损失。
关键词：CPP装置；原理；故障分析；处置
0 引 言
当前，可变螺距螺旋桨（controllabe pitch propeller， 英文缩写为CPP）装置已被广泛地应用于舰船、拖船、集装箱船等各类船舶上，功率也从中、小型到几万千瓦不等，与传统的定距桨相比，CPP提高了船舶的机动性和可操纵性，便于实现遥控，能够使主机在部分负荷下运行时仍保持良好的经济性，并且有利于推进装置驱动轴带发电机等辅助负载。但是，CPP装置由于其结构复杂，系统零部件多且精密，一旦发生故障，其排查故障的难度也明显高于定距桨。
1 基本概况
1.1 CPP装置组成与原理
该船主机推进系统采用双机双桨推进模式，推进系统为Alphatronic 2000，主机型号为MAN B&W 7L32/40，单机功率3 360 kW，可调桨由MAN公司随船配套提供，型号为VBS980。整个装置主要通过螺旋桨轴、液压联轴节、中间轴和减速齿轮箱与主机输出端相连，其液压系统为独立的液压泵站，采用电液控制方式经配油器来改变螺旋桨桨叶的角度和方向，最终达到调距的目的。其液压工作原理见图1。
1.2 故障现象
该船于今年坞修时对左右CPP装置进行了解体大修，换新桨毂内所有密封件，并对艉轴管内两道內油管接头预紧力进行校验，同时更换ODF内部的液控单向阀组及相关密封件。系统组装完毕后，在船坞内对左右CPP进行了正倒车操纵试验，系统工作压力在正常，螺距变化速度正常，出坞后再次对CPP进行运行试验均未发现异常。某日，船舶按照出厂计划进行码头移档时，突然发现右CPP在正车二挡向零螺距操纵时螺距没有跟随，机舱集控室与机旁仪表显示及ODF机械指示均在正车二挡位置，后向正车位置瞬间推一小角度后再拉回零位，桨叶螺距才慢慢归零，完车后分别在遥控及机旁部位多次操纵CPP螺距，右CPP往正车方向操控螺距时反应速度正常，而往倒车方向操控螺距时速度依旧非常缓慢，并且集控室控制面板上伴随发出“CPP PITCH MIS ALIGNED”故障报警。
2 故障原因分析、查找
2.1 电控系统检查
通过查看电气原理图（见图2）得知，该船CPP的机旁和遥控操作原理相似，其发出的操作指令，都是经过ASP12的同一通道输出电信号，并最终驱动电磁阀实现螺距变化的。经分别测取遥控和机旁两种操作模式下输出到电磁阀两端的电压，正倒车方向电压值基本相同，都在13V左右，说明输出信号通道电压正常。那么，问题会不会出现在输入信号通道方面，由于输入指令的延迟造成输出信号滞后？为进一步排除控制系统本身可能存在的故障，我们在集控室操作面板上按下“load restrictions cancle”按钮后，正倒车来回操作车钟手柄至最大位置，以观察系统内的“pitch command”与“pitch feedback”是否同步，经测试，“pitch command”跟随正常，而“feedback”跟随明显滞后，说明输入指令反应及时，问题出现在液压执行机构方面，由此排除了电控系统方面存在的问题。
2.2 液压系统检查
通过观察，在正常情况下，操控正倒车螺距角时，CPP液压系统油压都是先升高到3 MPa左右以推动螺距变化，待螺距角达到设定值后系统油压回落到2.2 MPa左右。但在之后的几次操作过程中，发现当往倒车方向操控右CPP螺距角时，系统的伺服油压不升反而下降0.2 MPa左右，当螺距角达到设定值后才慢慢恢复到2.2 MPa，整个执行过程油压相比往正车方向操控时低0.8～1 MPa左右。通过分析该故障现象，结合系统刚刚大修后的实际情况，觉得系统存在以下几种情况会导致该故障的发生：系统内有空气，比例阀开度不足或阀组内部有泄漏等。针对各种情况做了如下排查：
1）系统内部排气检查。若系统内有残留空气，可以通过就地来回操纵螺距角至最大机械限位直至安全阀起跳的方式进行释放。经过数十次操作后，发现故障现象没有丝毫改善，排除了系统内有空气的可能。
2）检查比例阀开度情况。为检验是否为比例阀开度不足导致的故障原因，操作人员在机旁通过手动推顶阀芯的方式进行正倒车操纵，在随后的多次操作中并未发现有任何改善迹象，由此可以排除比例阀的问题。
3）阀组内部泄漏情况检查。由于船上没有阀组总成备件，为排除阀组内部泄漏的可能，最后采用左右CPP液压系统阀组（见图3）对调的方式进行检查，经调换后同时操作左右CPP系统发现，左CPP操纵正常，右CPP操纵故障依旧，从而排除了阀组内部泄漏的可能。
2.3 ODF内部阀组检查
基于上述的外围检查均未发现任何异常，那么产生问题的原因都指向内部系统，首先考虑到便是本次坞修过程中拆检过的CPP桨毂系统、內油管接头及ODF内部阀组。按照先易后难的检修原则，决定先对本次拆检过的ODF内部阀组进行排查，结合图1分析可知，若ODF内部单元的液控单向阀组13卡阻，导致开度不足，势必会降低内部动力活塞的移动速度，继而导致螺距角操控反應速度变慢。在随后的拆检过程中发现，四个单向阀中除一个阀卡死在全开状态，其余阀开关自如，工作正常，经更换该阀后装复试验，故障现象未消除，由此可以初步排除ODF内部单元的液控单向阀问题。
2.4 内油管接头预紧力检查
对CPP桨毂系统的检查涉及二次进坞及其后续庞大的工程量，因此要慎之又慎。经与现场服务工程师进行分析和探讨，结合该故障现象及前期排查情况，初步认为产生该故障的原因极有可能与艉轴装配过程中造成内油管接头意外松动有关。该船为长艉轴设计，加之艉轴与齿轮箱输出轴之间还使用了液压联轴器和2根中间轴，因此整根内油管也非常长，其采用了分段式结构，通过5道法兰连接而成，连接方式见图4，其中3道接头布置在中间轴内，2道接头布置在艉轴内，并且布置在艉轴内2道接头的固定螺栓都安装有保险钢丝。经综合评估，认为有必要对中间轴内3道内油管法兰的预紧力情况进行检查。通过拆开液压联轴器及中间轴连接法兰，按要求对3道内油管接头预紧力情况及端面间隙逐个进行校验，结果均显示正常，而艉轴内两道接头的预紧情况在艉轴复装前已进行校核，基本不可能松动。
3 故障定位与处置
检修人员在对右CPP装置外围各系统组件及本次内部检修部件的排查过程中均未发现异常，目前整个装置仅剩下已解体保养过的CPP桨毂系统和未解体保养的ODF配油系统未进行排查，而其中CPP桨毂系统解体后内部所有密封件都已换新，各项装配间隙及数据也满足说明书要求，因此基本可以排除该部位发生故障的可能性。在此情况下，检查人员再次将目光聚焦到ODF配油系统（见图5）。
经过对图5的分析研究后得知，当配油盘径向间隙偏大或配油轴上密封圈间隙偏大都会造成系统油内漏量增加，从而影响螺距操控速度。在随后的拆检过程中，检修人员分别对配油盘径向间隙和配油轴密封圈进行仔细检查，其中配油盘径向间隙在规定的允许值（≤0.05 mm）内，而配油轴上3道密封圈拆下后与新密封圈相对比，发现均有不同程度的磨损老化迹象（见图6）。经更换新的密封件后装复进行正倒车试验，倒车方向压力变化与正车方向相同，右CPP螺距操控恢复正常。至此，故障被排除。
4 结束语
此次故障的表现形式非常特殊，而其故障特征又与某些常规故障极为相似，使得故障排除工作错综复杂，对船舶机务管理人员和设备服务人员的技能水平和专业理论知识都提出了较高要求。可以说，该故障的成功处置为船舶机务管理人员和设备服务人员积累了经验。
1）故障的排查要始终遵循先易后难、由简入繁的处理方法，对任何一个疑点都要仔细排查分析。
2）在进行故障分析时，要摒弃传统思维方式，树立可能性思维模式，此次ODF配油系统问题所引发的故障现象恰恰说明了这一理念的重要性。
3）对排查过程中可能涉及的重大检修工程要慎之又慎，坚持科学理论分析与实际工作相结合的原则，做到统筹兼顾，避免造成不必要的损失。