新型可调桨侧推液压系统的研制

舒永东，刘光平，王国军

(南京高精船用设备有限公司，江苏 南京 211103)

新型可调桨侧推液压系统的研制

舒永东，刘光平，王国军

(南京高精船用设备有限公司，江苏 南京 211103)

针对传统带电磁换向阀的可调桨侧推液压系统在进行螺距调节时速度与精度兼顾困难以及侧推漏油、连接螺栓等部件断裂的问题，开发出一种新型的可调桨侧推液压系统，使调节螺距的速度和位置精度得到了提高，侧推齿轮箱体的内部油压更加稳定。

可调螺旋桨；侧推；液压系统

0 引言

可调桨侧推装置是通过侧推的液压系统来改变侧推桨叶螺距角大小的，从而实现侧推推力的持续变化，并能在10～20 s内实现最大正推力到最大反向推力的转换，使船舶的操纵性能得到显著提高[1]。传统的带电磁换向阀的可调桨侧推液压系统在进行螺距调节时速度与精度很难兼顾，另外，由于造船现场布管的弯曲和长短不同，极易造成进/回油路不通畅，从而产生了侧推齿轮本体内部的油压超标和液压泵组过热现象，严重的可造成侧推漏油和连接螺栓等部件断裂，整条船都需要进船坞修理，因此，设计了一种新型可调桨侧推液压系统，可以有效提高可调桨侧推装置操作的灵活性和可靠性。

1 传统可调桨侧推液压系统原理和局限性

传统可调桨侧推液压系统由1台重力油箱、1套电机泵组、1套调距用阀组，其中阀组包含1个电磁换向阀、1个溢流阀。传统的液压系统的运行方式为：电机泵组从重力油箱抽液压油经过配油器进入正倒车油缸，从而带动桨叶螺距的调节。电机泵组抽出来的多余液压油经过溢流阀进入侧推本体，在侧推齿轮箱体内部形成一定的合理压力，一方面使得侧推密封装置内侧油压大于外侧的水压，确保侧推的整体密封效果；另一方面使得进入侧推本体多余的液压油流回到高处的重力油柜，形成整个侧推液压系统油路的循环，使得液压油能够循环冷却。重力油柜的高度决定侧推齿轮箱体内部的合理压力的大小，电磁换向阀、调速阀和溢流阀决定了桨叶螺距调节的方向和快慢。传统可调桨侧推液压系统原理图如图1所示。

图1 传统可调桨侧推液压系统原理图

由于使用的是电磁换向阀，螺距调节速度一旦设定后，调速阀的节流口就不会自动变化[2]。油温变化对螺距的调节影响很大，油温较低时，调节螺距的速度变快，往往会超过给定的螺距角；油温较高时，会出现螺距无法调节的现象，需要现场人员调节调速阀。在复杂的海域，螺距的调节速度会受到更大的影响，螺距调节速度不够平稳，无法胜任装有DP系统的高端船舶的使用要求。

在实船上，重力油柜一般安装在1.15倍重载水线加3.5 m的高度[3]。由于侧推本体在船的最底部，因此重力油柜与侧推本体间的垂直距离比较远，再加上造船现场系统管路很长，布管的弯曲比较多，容易造成进/回油路不通畅。进油不通畅，液压泵组就会在吸油时产生吸空异响，从而降低油泵使用寿命；侧推齿轮箱内部液压油回重力油箱过程不畅通，易造成侧推齿轮箱油压超标和液压泵组过热。有的严重的会造成侧推漏油污染海水以及连接螺栓等部件断裂等事故。

调节螺距和进/回油管路等问题，使得可调桨侧推的操作灵活性和可靠性得不到保证，影响整条船的使用。

2 新型液压控制系统的介绍

2.1新型可调桨侧推液压系统组成及改进效果

新型液压控制系统原理图如图2所示。液压系统包含的主要元器件有：1台重力油箱，1套液压站，其中液压站包含电磁比例换向阀、压力补偿器、电磁溢流阀、吸油过滤器、压油过滤器、压力开关、压力表及测压接头等附件。

1.空气过滤器 2.液位开关 3.重力油箱 4、5、7、10、14、15.球阀 6.手摇泵 8.侧推本体 9.液压站 11.吸油过滤器 12.放气阀 13.温度开关 16.电机泵组 17、21、26、27.测压接头 18.压力开关 19、20.单向阀 22.压油过滤器 23.电磁溢流阀 24.压力表 25.压力补偿器 28.电磁比例换向阀

2.2新型侧推液压系统的改进效果

新型可调桨侧推液压系统在实现原来传统的液压系统功能基础上，做了以下的改动：

(1)更换液压阀组，主要是把电磁换向阀和调速阀更换为电磁比例换向阀和压力补偿器，将机械溢流阀更换为电磁溢流阀。电磁比例换向阀与压力补偿器相结合可提供比例阀进出油口恒定的压差，使得螺距的调节速度不会因为桨叶负载的变化受到影响，使调距过程的加速、减速过程更加精确稳定，有利于提高调距速度和精度，解决了采用调速阀和普通换向阀调节螺距时螺距定位不准确的问题。

系统液压站阀组集成了得电卸荷工作方式的电磁溢流阀。当需要调节螺距时，使溢流阀失电，系统建立额定工作压力；当不需要调节螺距时，使电磁溢流阀得电，油泵泄压。采用电磁溢流阀提高了系统的效率，减小了系统的发热量。

(2)电机泵组增加油柜，做成1个液压站，就近放在侧推本体旁边，然后再和油路、侧推本体相连。电机泵组增加油柜后，可以使得液压油主要在液压站和侧推本体之间循环，避免了由于重力油柜安装位置高，造船现场系统管路长，布管的弯曲多等原因引发的进/回油路不通畅，保证了侧推本体的压力在规定的合理范围内，避免了液压泵组吸油时产生吸空而异响的现象，使得整体侧推液压系统的冷却效果更加均衡平稳，不会产生液压泵组过热问题。

(3)增加一些油路，使得侧推本体内部的压力可控。首先，在电磁溢流阀后面增加了1个液压油直接回液压站油柜的可选择油路，并用开关阀14控制。若侧推本体内部的压力还偏高，就可以打开开关阀14，使得泵组抽出多余的油直接回液压站油柜。其次，重力油箱与液压站油箱连接的同时，与侧推齿轮箱直接相连，由开关阀5控制。这就增大了循环油流通面积，可以有效降低侧推本体的背压。如因造船现场安装等原因，侧推本体内部的压力波动范围仍很大，增加这2个油路就可增强侧推本体内部压力的可控性和适应性。

(4)增加了一些液压部件。增加了手摇泵，使得在液压泵组瘫痪的时候能够应急调节桨叶螺距；增加了吸油过滤器和压油过滤器，保证进入液压泵的油的清洁度，可以提高泵的使用寿命和可靠性。

3 结语

新型可调桨侧推液压控制系统的开发，解决了可调桨侧推调节螺距速度与精度很难兼顾，以及造船现场布管易造成的进/回油管路不通畅的问题，使得可调桨侧推操作灵活性和可靠性得到进一步提高，能够胜任要装DP系统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，刘应中.船舶原理(下册)[M].上海：上海交通大学出版社,2004.

[2]官忠范.液压传动系统[M].北京：机械工业出版社,2004.

[3]中国船舶工业总公司.船舶设计使用手册[M].北京：国防工业出版社，2004.

2014-05-06

舒永东(1976-)，男，高级工程师，硕士，研究方向为船舶设备的设计与制造。

U664.31

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