舒永東，劉光平，王國軍

(南京高精船用設(shè)備有限公司，江蘇 南京 211103)

新型可調(diào)槳側(cè)推液壓系統(tǒng)的研制

舒永東，劉光平，王國軍

(南京高精船用設(shè)備有限公司，江蘇 南京 211103)

針對傳統(tǒng)帶電磁換向閥的可調(diào)槳側(cè)推液壓系統(tǒng)在進行螺距調(diào)節(jié)時速度與精度兼顧困難以及側(cè)推漏油、連接螺栓等部件斷裂的問題，開發(fā)出一種新型的可調(diào)槳側(cè)推液壓系統(tǒng)，使調(diào)節(jié)螺距的速度和位置精度得到了提高，側(cè)推齒輪箱體的內(nèi)部油壓更加穩(wěn)定。

可調(diào)螺旋槳；側(cè)推；液壓系統(tǒng)

0 引言

可調(diào)槳側(cè)推裝置是通過側(cè)推的液壓系統(tǒng)來改變側(cè)推槳葉螺距角大小的，從而實現(xiàn)側(cè)推推力的持續(xù)變化，并能在10～20 s內(nèi)實現(xiàn)最大正推力到最大反向推力的轉(zhuǎn)換，使船舶的操縱性能得到顯著提高[1]。傳統(tǒng)的帶電磁換向閥的可調(diào)槳側(cè)推液壓系統(tǒng)在進行螺距調(diào)節(jié)時速度與精度很難兼顧，另外，由于造船現(xiàn)場布管的彎曲和長短不同，極易造成進/回油路不通暢，從而產(chǎn)生了側(cè)推齒輪本體內(nèi)部的油壓超標和液壓泵組過熱現(xiàn)象，嚴重的可造成側(cè)推漏油和連接螺栓等部件斷裂，整條船都需要進船塢修理，因此，設(shè)計了一種新型可調(diào)槳側(cè)推液壓系統(tǒng)，可以有效提高可調(diào)槳側(cè)推裝置操作的靈活性和可靠性。

1 傳統(tǒng)可調(diào)槳側(cè)推液壓系統(tǒng)原理和局限性

傳統(tǒng)可調(diào)槳側(cè)推液壓系統(tǒng)由1臺重力油箱、1套電機泵組、1套調(diào)距用閥組，其中閥組包含1個電磁換向閥、1個溢流閥。傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)的運行方式為：電機泵組從重力油箱抽液壓油經(jīng)過配油器進入正倒車油缸，從而帶動槳葉螺距的調(diào)節(jié)。電機泵組抽出來的多余液壓油經(jīng)過溢流閥進入側(cè)推本體，在側(cè)推齒輪箱體內(nèi)部形成一定的合理壓力，一方面使得側(cè)推密封裝置內(nèi)側(cè)油壓大于外側(cè)的水壓，確保側(cè)推的整體密封效果；另一方面使得進入側(cè)推本體多余的液壓油流回到高處的重力油柜，形成整個側(cè)推液壓系統(tǒng)油路的循環(huán)，使得液壓油能夠循環(huán)冷卻。重力油柜的高度決定側(cè)推齒輪箱體內(nèi)部的合理壓力的大小，電磁換向閥、調(diào)速閥和溢流閥決定了槳葉螺距調(diào)節(jié)的方向和快慢。傳統(tǒng)可調(diào)槳側(cè)推液壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)可調(diào)槳側(cè)推液壓系統(tǒng)原理圖

由于使用的是電磁換向閥，螺距調(diào)節(jié)速度一旦設(shè)定后，調(diào)速閥的節(jié)流口就不會自動變化[2]。油溫變化對螺距的調(diào)節(jié)影響很大，油溫較低時，調(diào)節(jié)螺距的速度變快，往往會超過給定的螺距角；油溫較高時，會出現(xiàn)螺距無法調(diào)節(jié)的現(xiàn)象，需要現(xiàn)場人員調(diào)節(jié)調(diào)速閥。在復雜的海域，螺距的調(diào)節(jié)速度會受到更大的影響，螺距調(diào)節(jié)速度不夠平穩(wěn)，無法勝任裝有DP系統(tǒng)的高端船舶的使用要求。

在實船上，重力油柜一般安裝在1.15倍重載水線加3.5 m的高度[3]。由于側(cè)推本體在船的最底部，因此重力油柜與側(cè)推本體間的垂直距離比較遠，再加上造船現(xiàn)場系統(tǒng)管路很長，布管的彎曲比較多，容易造成進/回油路不通暢。進油不通暢，液壓泵組就會在吸油時產(chǎn)生吸空異響，從而降低油泵使用壽命；側(cè)推齒輪箱內(nèi)部液壓油回重力油箱過程不暢通，易造成側(cè)推齒輪箱油壓超標和液壓泵組過熱。有的嚴重的會造成側(cè)推漏油污染海水以及連接螺栓等部件斷裂等事故。

調(diào)節(jié)螺距和進/回油管路等問題，使得可調(diào)槳側(cè)推的操作靈活性和可靠性得不到保證，影響整條船的使用。

2 新型液壓控制系統(tǒng)的介紹

2.1新型可調(diào)槳側(cè)推液壓系統(tǒng)組成及改進效果

新型液壓控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示。液壓系統(tǒng)包含的主要元器件有：1臺重力油箱，1套液壓站，其中液壓站包含電磁比例換向閥、壓力補償器、電磁溢流閥、吸油過濾器、壓油過濾器、壓力開關(guān)、壓力表及測壓接頭等附件。

1.空氣過濾器 2.液位開關(guān) 3.重力油箱 4、5、7、10、14、15.球閥 6.手搖泵 8.側(cè)推本體 9.液壓站 11.吸油過濾器 12.放氣閥 13.溫度開關(guān) 16.電機泵組 17、21、26、27.測壓接頭 18.壓力開關(guān) 19、20.單向閥 22.壓油過濾器 23.電磁溢流閥 24.壓力表 25.壓力補償器 28.電磁比例換向閥

2.2新型側(cè)推液壓系統(tǒng)的改進效果

新型可調(diào)槳側(cè)推液壓系統(tǒng)在實現(xiàn)原來傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)功能基礎(chǔ)上，做了以下的改動：

(1)更換液壓閥組，主要是把電磁換向閥和調(diào)速閥更換為電磁比例換向閥和壓力補償器，將機械溢流閥更換為電磁溢流閥。電磁比例換向閥與壓力補償器相結(jié)合可提供比例閥進出油口恒定的壓差，使得螺距的調(diào)節(jié)速度不會因為槳葉負載的變化受到影響，使調(diào)距過程的加速、減速過程更加精確穩(wěn)定，有利于提高調(diào)距速度和精度，解決了采用調(diào)速閥和普通換向閥調(diào)節(jié)螺距時螺距定位不準確的問題。

系統(tǒng)液壓站閥組集成了得電卸荷工作方式的電磁溢流閥。當需要調(diào)節(jié)螺距時，使溢流閥失電，系統(tǒng)建立額定工作壓力；當不需要調(diào)節(jié)螺距時，使電磁溢流閥得電，油泵泄壓。采用電磁溢流閥提高了系統(tǒng)的效率，減小了系統(tǒng)的發(fā)熱量。

(2)電機泵組增加油柜，做成1個液壓站，就近放在側(cè)推本體旁邊，然后再和油路、側(cè)推本體相連。電機泵組增加油柜后，可以使得液壓油主要在液壓站和側(cè)推本體之間循環(huán)，避免了由于重力油柜安裝位置高，造船現(xiàn)場系統(tǒng)管路長，布管的彎曲多等原因引發(fā)的進/回油路不通暢，保證了側(cè)推本體的壓力在規(guī)定的合理范圍內(nèi)，避免了液壓泵組吸油時產(chǎn)生吸空而異響的現(xiàn)象，使得整體側(cè)推液壓系統(tǒng)的冷卻效果更加均衡平穩(wěn)，不會產(chǎn)生液壓泵組過熱問題。

(3)增加一些油路，使得側(cè)推本體內(nèi)部的壓力可控。首先，在電磁溢流閥后面增加了1個液壓油直接回液壓站油柜的可選擇油路，并用開關(guān)閥14控制。若側(cè)推本體內(nèi)部的壓力還偏高，就可以打開開關(guān)閥14，使得泵組抽出多余的油直接回液壓站油柜。其次，重力油箱與液壓站油箱連接的同時，與側(cè)推齒輪箱直接相連，由開關(guān)閥5控制。這就增大了循環(huán)油流通面積，可以有效降低側(cè)推本體的背壓。如因造船現(xiàn)場安裝等原因，側(cè)推本體內(nèi)部的壓力波動范圍仍很大，增加這2個油路就可增強側(cè)推本體內(nèi)部壓力的可控性和適應性。

(4)增加了一些液壓部件。增加了手搖泵，使得在液壓泵組癱瘓的時候能夠應急調(diào)節(jié)槳葉螺距；增加了吸油過濾器和壓油過濾器，保證進入液壓泵的油的清潔度，可以提高泵的使用壽命和可靠性。

3 結(jié)語

新型可調(diào)槳側(cè)推液壓控制系統(tǒng)的開發(fā)，解決了可調(diào)槳側(cè)推調(diào)節(jié)螺距速度與精度很難兼顧，以及造船現(xiàn)場布管易造成的進/回油管路不通暢的問題，使得可調(diào)槳側(cè)推操作靈活性和可靠性得到進一步提高，能夠勝任要裝DP系統(tǒng)的高端船舶的使用要求。目前已在一些船上使用，效果良好。

[1]盛振邦，劉應中.船舶原理(下冊)[M].上海：上海交通大學出版社,2004.

[2]官忠范.液壓傳動系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社,2004.

[3]中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計使用手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004.

2014-05-06

舒永東(1976-)，男，高級工程師，碩士，研究方向為船舶設(shè)備的設(shè)計與制造。

U664.31

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