某变距桨艉轴承滑油系统.docx

某变距桨艉轴承滑油系统“串油”故障分析与解决2010年8月20日??主要为海洋石油生产提供服务的某三用工作船，船长69.50 m，型宽14 m，型深6.3m，1767总吨，双机双变距浆，2003年建造，ROLLS ROYCE公司的变距浆和艉轴，Simplex艉轴密封装置。1 故障现象该船投入使用后，无外部漏泄情况下，艏密封油柜油位不断降低，重力油柜油位不断升高，两者油量变化正好相等，由此断定是艏密封滑油串到了重力油柜(即“串油”)。严重时，每5分钟就要向容积4L的艏密封油柜补油，否则就会造成艏密封缺油。此外，艉轴滑油乳化较快，一般坞修后半年内全部乳化，要彻底换掉乳化的滑油只能进坞。2 原因分析艉轴滑油系统图见图1。其中“缓冲油柜”，原来没有，系改进后所加。该轮艉轴润滑与艉轴密封各自独立。Simplex艉轴密封装置采用高位重力油柜保持艉轴管内滑油静压力，防止海水进入艉轴管。艏密封(见图2)滑油只通到艏密封第一道与第二道密封圈之间：第一道密封圈，唇边被艏密封油柜的滑油压紧，不会向外漏，更不会漏到重力油柜；第二道密封圈，两侧分别是艏密封油柜来油和重力油柜来油。但重力油柜高出艉轴管轴线6.7 m，比艏密封油柜高出艉轴管轴线0.3 m多6.4 m，即油压高出0.64 bar。第二道密封圈唇边被重力油柜的滑油重力压紧，则艏密封油柜的油不流向艉轴承，也不会再返回重力油柜。后经仔细观察发现：较长距离航行串油少；而油田附近作业时串油多。这两者工作条件的差异在于，油田附近作业频繁靠离海上平台，需频繁正倒车，以及频繁和大幅度改变航速即变距浆频繁和大幅度改变螺距。据此怀疑“串油”与变距浆螺距变化有关。该船变距浆动力油缸在桨毂内部(见图3)。分析变距桨的动力油缸，果然发现了故障原因。变距桨驱动伺服油，分别通入伺服活塞左侧的A腔和右侧的B腔，推动伺服活塞向右(正车)或左(倒车)移动并通过曲柄滑块机构使桨叶转成正车或倒车螺距。C腔，艏向经艉轴上的12个油孔及轴套与艉轴之间的缝隙与艉轴管相通，艉向连通并润滑调节螺距的曲柄滑块机构，不与两伺服腔室A和B连通O。伺服活塞右移，C腔室容积减少，滑油被压向艉轴管；伺服活塞左移，C腔室容积增加，从艉轴管中吸入滑油。若重力油柜能及时补足艉轴管滑油，艉轴管中的滑油被吸入C腔，则艉轴管中滑油与C腔压力相同。前面提到艏密封(见图2)第二道密封圈唇边被重力油柜的滑油压紧，艏密封油柜的油应不流向艉轴承(再返回重力油柜)。若重力油柜不能及时补足艉轴管滑油，则：变距桨转向倒车过程中，艉轴管中的滑油被吸入C腔，艉轴管中滑油压力降低，第二道密封圈唇边左侧压力降低，艏密封油箱的部分滑油可能从第二道密封圈唇边右侧进入左侧艉轴管再进入重力油柜；距桨转向正车过程中，C腔容积减小，艉管中滑油被压至重力油柜，同时增加对艏密封第二道密封圈左侧压力使滑油无法通过唇边至艏密封油柜，即艉轴管内的滑油不可能进入艏密封油柜；艉轴管滑油压力低于外界海水压力，则海水可能进入艉轴管，导致故障的另一现象一一滑油乳化。虽然艉轴管中滑油压力降低只发生在变距桨转换螺距过程，时间短，但如此反复，艏密封油柜滑油就会不断减少而艉轴重力油柜油量不断增加，即“串油”。此推断是否正确?测算C腔容积瞬时变化率最大约0.6L/s；而重力油柜至艉轴管线(无缝钢管42×3.0 mm)总长约30 m且拐点较多，测得自流流量仅约0.4 L/s，可以判定其流动阻力过大，流量无法满足因螺距变化引起的艉轴管内的压力变化。至此，“串油”的原因已查明，就是重力油柜至艉轴管之间的管线流阻过大。3 纠正措施针对故障原因，必须增加重力油柜至艉轴管之间管线内的滑油的流量。增加滑油流量，需要提升重力油柜高度或加粗管线直径。提升重力油柜高度，受空间限制，且会增加艉轴管内滑油压力不利于密封，不可行。加粗管线或更换管线，所需工时长，成本高，也不合适。最后决定，在艉轴管附近加装一缓冲油柜，缓冲艉轴管的压力变化(见图1)。缓冲油柜，容积约40 L，上部密闭充入空气，工作油位1/3 ~ 1/2油柜高度。正常情况，缓冲油柜上部空气压力等于重力油柜油位与缓冲柜油位的高度差加大气压力。当艉轴管内滑油需瞬时补充时，由于缓冲油柜与艉轴管之间的管线较短，流动阻力小，滑油就会被压缩空气先从缓冲柜中压出补充至艉轴管，缓冲柜中油位下降，同时上部空气膨胀，压力下降；随后重力油柜滑油逐渐补充到缓冲油柜，缓冲油柜油位升高，同时上部空气被压缩，压力升高至正常。当艉轴管内需瞬时排出滑油时，滑油被先压入缓冲油柜，缓冲油柜油位升高，同时上部空气被压缩压力升高；随后被压缩的空气逐渐将滑油由缓冲油柜压至重力油柜，缓冲油柜油位下降，上部空气膨胀，压力下降至正常。由此，缓冲油柜起到缓冲的作用。按此方案改造后，该船艉轴管滑油系统再无“串油”现象。