基于船舶液压设备的故障分析与排除研究.pdf

2024 年第 1 期79中国高新科技TECHNOLOGY EXPLORATION|科技探索基于船舶液压设备的故障分析与排除研究杨逍中交四航局第二工程有限公司，广东 广州 510000摘要：随着船舶自动化程度和集成度的提高，液压推进技术在现代船舶中得到了广泛应用，大大提高了船舶设备的可靠性和安全性，降低了船舶管理人员的劳动强度，改善了船员的工作环境。液压驱动技术主要应用于甲板齿轮、液压船舱辅助设备、船舶液压锚定装置及一级和二级液压控制系统。如果设备和系统出现故障，尽快确定故障原因是解决问题的关键。关键词：船舶；液压设备；故障；排除文献标识码：A中图分类号：U653文章编号：2096-4137（2024）01-79-03DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2024.01.20Research on fault analysis and troubleshooting of ship hydraulic equipmentYANG XiaoChina Communications Fourth Navigation Bureau Second Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou 510000,ChinaAbstract:With the improvement of ship automation and integration,hydraulic propulsion technology has been widely applied in modern ships,greatly improving the reliability and safety of ship equipment,reducing the labor intensity of ship management personnel,and improving the working environment of crew members.Hydraulic drive technology is mainly applied to deck gears,hydraulic cabin auxiliary equipment,ship hydraulic anchoring devices,and primary and secondary hydraulic control systems.If there is a malfunction in the equipment and system,determining the cause of the malfunction as soon as possible is the key to solving the problem.Keywords:ship;hydraulic equipment;fault;eliminate货船具有多种机械类型，这些机械连接不同的管道系统，这些管道系统为船舶的高效运行提供油和水。船舶的重要管道系统，如压载水系统、货物管道系统、燃油管道等都设有液压操作阀，以简单、安全和经济的方式限制和控制油/水/货物通过管道的流动。船舶液压设备发生故障的原因很多，设计或安装过程中的正常磨损、不符合规范要求及设备的长期使用等都可能导致液压设备及系统故障。1船舶液压设备常见故障船舶液压操作远程阀系统较常见的问题包括：液压供应泵未启动、回路堵塞、泵的异常噪声、阀门操作正时延迟、抽动阀操作有误、阀门不完全关闭、阀门不动、阀门位置指示错误。1.1液压供应泵未启动液压供应泵（图 1）是遥控阀的主要控制来源。如果一台泵出现任何问题，必须立即启动备用泵以恢复运行。以下是设置的供应泵未启动的指示：无运行指示灯；低油压报警激活；低油位报警激活。以下是泵不工作的原因：电气问题：低压，电线断开，电动机问题；泵问题：电机阻塞，泵堵塞；油相关问题：漏油，油位开关设置错误。排查上述原因：排查电气问题：检查是否存在电压，检查电线连接的控制位置，检查电机强度和绕组。检查泵问题：改为备用泵，检查电机或泵是否自由旋转，需要大修电机或泵。检查油相关问题：检查油位，检查和纠正泄漏，确保油箱液位合适，重置油位开关，检查入口过滤器是否堵塞。图1液压供应泵1.2回路堵塞以下是电路堵塞常见原因：杂质：使用低品位油，大修后清洁不当；异物：维修期间接触异物，加油过程中接触外部物质；冲洗操作效率低下；滤器爆裂或堵塞。排查上述原因：杂质的排查：检查整个装置以找到进入的杂质，按照制造商的规定使用高质量的液压油，确保在大修后正确清洁系统；异物的排查：确保维修后正确清洁系统；清洁后检查水箱是否有遗漏的抹布/衣服；冲洗操作的排查：冲洗整个安装；过滤器爆裂或堵塞的排查：清洁过滤器，更换滤芯。1.3泵的异常噪声工作泵在运行时经常发出噪声，最常见的原因是：泵 2024 年第 1 期80中国高新科技科技探索|TECHNOLOGY EXPLORATION吸入空气；泵部件损坏；电机泵联轴器故障。排查上述原因：泵吸入空气的排查：检查泵吸入回路的密封性；清除回路中的空气。泵零件损坏的排查：检修出现故障的泵；更换轴承。电机泵联轴器故障排查：检查联轴器是否损坏，如果需要，更换联轴器；检查联轴器螺栓的松紧度。1.4阀门操作正时延迟阀门操作正时延迟的原因如下：控制阀操作缺陷；减流器堵塞；过滤器堵塞；低油压；低油温；阀门执行器损坏。排查上述原因：止回控制阀操作、检查减速器调整、清洁堵塞的减流器、清洁堵塞的过滤器、检查并保持油压、检查并保持油温、在寒冷天气预热油、检查执行器操作、止回阀 扭矩。1.5阀门不动从 CCR 或 ECR 发出打开或关闭信号，阀门没有反应。图 2 为阀门。图2阀门这可能会导致流体溢出（如果阀门卡在打开位置）或连接的管道系统过压（如果阀门卡在关闭位置）。阀门没有反应是由以下原因引起的：电控系统存在的问题，具体包括无/低电压、电线断开、电气部件问题、开关问题、电磁阀问题等；液压部件问题具体包括液压执行器、阀门或管道中的问题，电磁线圈损坏，管道泄漏，流量减少器堵塞，控制阀或执行器活塞阀芯卡住，阀回路中有异物，执行器损坏。排查上述原因：电气控制系统：检查控制电路上是否存在电压，检查每个电缆终端连接，检查每个电气设备（即开关、电磁阀等）。液压部件：检查电磁阀的工作情况；检查并调整减流器，检查液压管路是否泄漏，检查执行机构是否正常工作。2船舶液压设备故障案例分析2.1故障概述某艘双底远洋油轮的主要参数见表 1。表1船舶主要参数名称参数名称参数名称参数总长度101.9m总吨位3726t负载4881.27t型深16.0m净吨位1251t速度12.0m/h型宽8.0m夏季水位线5.9m方向舵铲形舵该船从新加坡驶向中国。操舵装置在航行前 1h 进行了测试和校正。从一侧 30到另一侧 35用了 14s，这很正常。几天后，自动驾驶仪的偏航警报突然响起。船长立即确认了自动驾驶仪和船的航向，并发现船头向右移动。方向舵转到手动位置，船仍然迅速偏航。转向应急方向舵，没有对左舷和右舷方向舵作出回应。船长下令减速并停止主机，并显示应急灯。此外，用 VHF16 向附近的其他船只广播，并将 AIS设置为失控状态，同时向公司应急中心报告：由于方向舵失灵，船处于漂流状态。2.2事故原因分析根据以上调查取证及现场技术人员分析，船舶液压设备故障的原因如下。2.2.1外部原因分析图3水对方向舵的作用力及对船舶的影响如图 3 所示，当舵叶转向到一定的舵角 时，作用在舵叶上的水压合力用 FN表示，水流与舵叶之间产生了与舵叶中心线一致的摩擦力 FT。水的总作用力是 F，它是 FN和 FT之间的合力。水的作用力 F 也可以分解为垂直于水流方向的升力 FL和平行于水流方向上的阻力 FD。方向舵的水作用力 F和方向舵的重心 G 产生的力矩称为转向船力矩，用 MS 表示。由于 FD和船重心 G 之间的力臂较小，因此转向船力矩可以近似表示为：MSFLL=CL Av2l (Nm)（1）式中，CL为升力系数；为水密度，kg/m3；A为舵叶面积；v 为舵叶处的水流速度，m/s；l 为舵压中心与重心的距离，m。方向舵的水动力力矩是与舵杆轴线相反方向作用在方向舵上的水压 FN的力矩，用 Ma 表示，公式如下：MaFNxc=CN Av2CX (Nm)（2）式中，xc为方向舵压力中心与舵杆轴线之间的距离，m；CN、CX为舵叶的压力系数和压力中心；为舵叶的平均宽度，m；v 为舵杆轴线与舵叶边缘的距离，m。2024 年第 1 期81中国高新科技TECHNOLOGY EXPLORATION|科技探索事故水域距离最近的陆地有 30 英里（1 英里 1.6km）。大海辽阔，水深 177m。海面上的风为东北风，与海浪一样为 4 级，洋流向南每秒约为 3108m。航道上没有沉船、岛礁等障碍物。航行和天气状况正常。根据应力分析，事故发生时的速度和电流较慢，即舵叶处的水流速度 V 不快。当船转向舵时，所需的转向船力矩 MS 及由此产生的水动力力矩较小。因此，作用在舵叶上的总力 F 和舵杆的应力也不足以对舵叶造成损坏。由于以前没有发生过碰撞、地面或波涛汹涌等危险情况，因此也可以消除失去舵叶的外部原因。2.2.2设计原因分析图4方向舵叶片的密封和拧紧图纸根据舵叶的图纸，发现舵叶和舵杆的紧固螺母之间没有安装联锁装置。设计图中只显示了一个由 35 号钢制成的440mm270mm16mm 垫片。如果垫圈出现问题，则舵杆螺母的预紧力可能不足，从而松动。由于其自重，舵杆、桨叶和螺母之间可能发生相对运动（图 4）。密封失效导致海水泄漏，从而导致腐蚀和方向舵叶片松动。根据对舵叶锥面腐蚀情况的调查，以及专项调查中对修复的图纸和分析，可以怀疑是由于舵杆和舵叶之间的密封效果不好（如图 4 所示的密封装置）或盖板在焊接操作中的密封质量较差而导致的沿着键槽和“沙眼”泄漏到下腔中。舵杆和垫片均采用 35 钢，硬度为 HB150 185。一旦泄漏到海水中，垫圈先会被腐蚀。随着垫片的不断腐蚀，舵杆螺母的预紧力减小；同时，舵杆螺母和螺纹的断裂也有不同程度的腐蚀。由于螺母安全装置焊接在舵叶上，降低了舵螺母安全装置的断裂作用，因此当舵叶向左舷和右舷旋转时，螺母会受到很大的可变摩擦。当舵叶向左舷旋转时，舵杆螺母被迫脱离，而向右舷旋转时舵杆螺母无法拧紧，因此锁紧螺母逐渐松开。当舵杆锁紧螺母回缩到一定位置时，螺母在 7 8t 的舵叶重力作用下瞬间损坏，导致舵叶下垂。总之，导致舵叶损失的原因更为复杂，涉及多个方面。舵杆螺母在设计阶段缺乏断裂装置，单元的密封效果恶化或盖板的焊接质量较差。同时，海水可能会流入螺母室，导致腐蚀，因为该部分永久低于水线，因此螺母的预紧力可能会降低。由于各种因素共同存在，螺母相应地失去了紧固效果，这是造成此次事故的主要原因。2.3预防措施根据对液压转向器故障的分析，应采取以下预防措施，以防止发生此类事故：（1）在设计、选址和制造过程中，应由专业技术人员对转向器进行彻底检查。螺母和垫圈之间的固定应加厚，并安装螺母断开装置。同时，如果适用，应测试已安装的舵叶是否有缺陷或密封。（2）值班人员应加强检查。在日常检查和维护过程中，应采取常见方法正确检测缺陷和故障，并尽快采取适当的维修措施。（3）修船期间应加强对工作技能和关键设备质量的控制。采取措施对与设备质量有关的异常过程和备件进行管理，彻底检查舵叶、舵杆螺母和垫片，并确认装置的可靠性。3结语总之，识别客观情况有助于正确诊断错误。然而，由于管理者在理解、判断和实践经验等方面的差异，结果也可能有所不同。因此，对于一些复杂且难以确定的错误，仅靠主观诊断和定性分析是不够的，需要应用复杂的诊断技术。根据诊断的异常情况和使用各种监测工具进行的定量分析，确定故障的原因。然而，由于各方面的局限性，在实际船舶管理中很难做到这一点。目前，船用液压设备的故障诊断大多采用简单的诊断方法。管理人员要充分了解系统设备的运行特性，能够彻底调查、研究、分析和评估故障，以诊断出故障的真正原因。作者简介：杨逍（1994-），男，湖北天门人，中交四航局第二工程有限公司助理工程师，研究方向：船舶与海洋工程。参考文献1 陈献成船舶检验中常见机械故障及处理方法 J船舶物资与市场，2023，31（6）：74-762 田振兴，袁朝义，张三华船舶检验中常见机械故障及处理措施 J内燃机与配件，2022（3）：133-1353 徐德朋浅析船舶液压设备的日常维护与管理 J中国设备工程，2021（21）：266-2674 李好令船舶液压甲板机械的常见故障及维护措施研究 J科技创新与应用，2021，11（24）：132-1345 文大勇船舶液压设备故障研究分析 J中国水运（下半月），2014，14（5）：125-1266 朱建岗船舶液压设备的常见故障探讨 J科技与企业，2013（19）：3197 郭虹旭船舶液压设备故障分析 J化工管理，2013（10）：145-146（责任编辑：张志明）