NIIGATA(新泻)ZP-31全回转舵桨液压系统管理

NIIGATA(新泻)ZP-31全回转舵桨液压系统管理张晓亮【摘要】随着航运船舶大型化的发展,大型船舶安全靠离码头需要港作拖轮的协助.港作拖轮本来船型较小就具有操纵性好、机动性强的特点.随着全回转舵桨装置的应用,港作拖轮能够实现原地掉头,十分灵活,能够有效地保障大型船舶安全且快速靠离泊.全回转舵桨装置的安全可靠工作不仅关系到拖轮自身安全,还关系到被协助大型轮船的安全.本文对全回转舵桨装置进行研究分析,以日本NIIGATA(新泻)ZP-31为例,讲述其液压系统工作原理,结合工作实践遇到的故障案例加以分析,谈谈全回转舵桨管理要点,以促进全回转舵桨装置的安全管理工作.【期刊名称】《中国水运（上半月）》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】3页(P35-37)【关键词】港作拖轮;全回转舵桨;液压系统管理【作者】张晓亮【作者单位】宁波舟山港股份有限公司油港轮驳分公司,浙江宁波 315000【正文语种】中文【中图分类】U664目前，国内港作拖轮上的全回转舵桨装置主要选用有芬兰ROUS-ROYCE（罗罗）Aquamaster US、日本川崎重工（Kawasaki）、德国SCHOTTEL（肖特尔）SRP、挪威的博格（BERG）、日本NIIGATA（新泻）ZP、日本ISC（石川岛）DP等厂商生产的产品。

各设备厂商的产品结构上虽有差异化，但液压系统原理基本相同。

公司所属拖轮的全回转舵桨装置使用日本NIIGATA（新泻）ZP系列产品最多，本文将以ZP-31为例讲述。

1 全回转舵桨液压系统ZP-31全回转舵桨装置有正常操作和辅助操作两种操作模式。

正常操作模式全回转舵桨装置是由主机（ME）动力带动主转舵泵（1）产生压力油驱动液压马达（14）转动从而带动Z型舵桨作360°旋转。

辅助操作模式是由电动机（M）带动小液压泵（16）产生压力油驱动液压马达（14）转动。

除非正常操作模式发生故障或者系统检修时会用到辅助操作模式，一般情况下工作在正常模式。

1.1 转舵液压系统原理图1 Figure 1 zp-31液压原理图ZP-31全回转舵桨装置液压原理图见Figure 1。

日本NIIGATA（新泻）ZP-31全回转舵桨装置液压系统主要由液压泵、控制阀件、液压马达和液压辅件（油箱、管路、滤器、冷却器等）组成。

正常操作时，电液换向阀（15）一直位于左位通，电磁换向阀（10）处于失电状态位于中位。

主转舵泵（1）为斜盘式轴向柱塞泵，由电液换向阀（2）控制斜盘倾角来实现泵的变量变向。

补油泵（30）与主转舵泵同轴安装，其作用有：（1）作为主转舵泵的斜盘控制油。

（2）为高压油路补油。

补油泵出口压力油由溢流阀（31）设定为1.8MPA，通过单向阀向高压油管低压侧补油。

（3）冷却和润滑主转舵泵。

溢流阀（31）的溢油进入主转舵泵壳体内再流回油箱，以便对主转舵泵起冷却和润滑作用。

主转舵泵的高压液压油经电液换向阀（15）后分两路各控制一个液压马达（14）。

高压液压油管路上设有两个安全阀（23）设定压力28MPA，同时还设有一个液控换向阀（24）。

安全阀（23）起限压保护作用，当压力超过设定值时向低压管路泄压。

液控换向阀（24）后设有一个溢流阀（32）设定压力1.2MPA，其作用是置换出部分高压液压油，液压油经冷却后重新回油箱，防止液压油温度升高。

高压液压油管路上的截止阀（22）是起旁通作用，在停用设备时防止海浪或者外力冲击舵而导致管路油压过高时开启，以保护管路和设备的安全。

辅助模式时，电动液压泵自动运行，电液换向阀（15）断电位于中位，电磁换向阀（10）根据驾驶员操作指令左或右位通来旋转Z型舵桨。

1.2 转舵液压系统监测报警ZP-31全回转舵桨装置液压系统设有液压油滤器堵塞、液压油油压低、液压油温度高和液压油液位低位监测报警。

（1）滤器脏堵报警。

当系统发生异常磨损或者液压油脏污造成滤器堵塞时，补油泵吸口滤器上安装的压差指示器开关，不仅能够指示当前反映出滤芯前后的压差值，而且能够在压差值超过设定值时动作产生报警。

（2）油压低压报警。

当发生液压油泵磨损、液压阀元件失效或者管路泄漏造成液压系统油压降低至设定值以下时发出报警。

（3）油压高温报警。

当系统由于冷却不良或者异常严重磨损时液压油温度升高，当温度超过设定温度值时，温度继电器开关动作发出报警信号。

（4）油位低报警。

液压油箱上安装有一干簧管式浮球液位开关，当系统发生漏泄，油箱液位低于设定高度时，监测系统发出报警。

2 舵桨液压系统故障案例ZP系列全回转舵桨装置在公司港作拖轮上已经运行快20年了，该装置液压系统工作安全可靠性还是非常高的。

根据本公司现用ZP-31全回转舵桨装置拖轮液压系统故障统计数据发现，ZP-31全回转舵桨装置液压系统除去管路法兰螺丝松动、O型圈失效引起液压油泄漏和冷却器芯破损造成液压油被污染外，该装置液压系统发生过的几例故障主要都集中在全回转舵桨装置液压系统心脏——液压泵上。

下面介绍一下液压泵发生过的几种故障。

2.1 补油泵转子齿合面磨损图1 补油泵磨损对比图故障现象：舵桨液压油压力会降低，严重时会产生低压报警；滤器可能会产生堵塞报警；转舵稍有迟滞但不明显。

故障演变：缓慢，有渐进性。

磨损产物：金属粉末。

2.2 补油泵轴承磨损故障现象：舵桨液压油压力会降低，会产生低压报警；滤器会产生堵塞报警；转舵稍有迟滞。

故障演变：初期缓慢，后期突发。

磨损产物：金属颗粒1～2mm。

2.3 斜盘式轴向柱塞泵球形导向装置（球头）磨损图2 柱塞泵球形导向装置磨损对比图故障现象：舵桨液压油压力正常；滤器会产生堵塞报警；转舵正常。

故障演变：初期缓慢，后期加剧。

磨损产物：金属粉末。

2.4 斜盘式轴向柱塞泵球形导向装置（球头）破损故障现象：舵桨液压油压力正常；滤器不堵塞报警；转舵非常迟滞或故障。

故障演变：突发性。

磨损产物：金属块状。

3 舵桨液压系统故障分析ZP-31全回转舵桨装置液压系统液压油泄漏常常发生在新造船或者刚刚修理过的液压系统上。

这类故障的原因主要有：管路上的法兰固定螺栓上紧不到位；管路上的法兰垫片或O型圈选择、安装不恰当；振动造成法兰固定螺栓松脱或疲劳损坏。

液压油被污染主要是因为冷却器芯破损或者O型圈密封性失效海水进入后造成液压油乳化。

冷却器芯破损原因不外乎是：流体的冲刷；海水的腐蚀；振动或者疏通时被破坏。

O型圈密封性失效主要是O型圈老化失去弹性、O型圈尺寸选择不恰当或安装不到位。

下面重点对ZP-31全回转舵桨装置液压系统中的液压泵故障进行分析。

ZP-31全回转舵桨装置液压系统中的液压泵选用伊顿EATON7620重型斜盘式轴向柱塞泵。

3.1 伊顿EATON7620重型斜盘式轴向柱塞泵简述图3 伊顿 7620重型斜盘式轴向柱塞泵外观及内部结构图泵内的旋转缸筒（柱塞、回程盘）与球形导向装置与轴齿连，并同轴一起旋转。

斜盘的倾角大小和方向是由两个伺服油缸来控制的，通过改变斜盘倾角和方向来控制泵变量和变向。

定心弹簧的张力通过6枚顶针作用在球形导向装置上，再通过球形导向装置顶在回程盘上使与柱塞铰链的滑履抵压在承磨盘斜盘上。

回程盘是一直顶住球形导向装置并绕其摆动。

泵工作时，排出侧的回程盘在斜盘的作用下偏向缸体，同时吸入侧回程盘以球形导向装置为支点摆动远离缸体从而将吸入侧的柱塞从油缸中拉出。

补油泵是一摆线定转子泵，泵体全部为铸铁结构，用螺栓安装在主泵（柱塞泵）上，而且补油泵上还装有一个插装式溢流阀。

3.2 补油泵故障分析摆线转子泵的特点：内外转子同向旋转，两个转子相对滑动速度小，且只相差一个齿，故磨损少、运行平稳、寿命长。

补油泵在正常情况下转子齿合面发生磨损的几率小，齿合面发生磨损多数是因其他原因造成的。

根据伊顿EATON7620产品的相关技术资料，轴承设计寿命10000小时，转速4510转/分。

补油泵轴承损坏主要因轴承超期服役或者泵发生断油引起的干磨损。

一旦轴承发生损坏，补油泵又因泵体为铸铁材料，在高转速和磨损产物一起作用下，磨损快速演变，就会发生轴承安装座孔、泵轴、泵壳端面以及转子齿合面磨损。

3.3 斜盘式轴向柱塞泵球形导向装置故障分析在驱动全回转舵桨旋转时，回程盘在斜盘作用下以球形导向装置为支点摆动，同时还承担着将吸入侧的柱塞从油缸中拉出力。

回程盘与球形导向装置的接触力因为回程盘与球形导向装置都是圆弧面、接触面很窄所以大。

回程盘与球形导向装置长期磨擦下，回程盘的孔径变大而球形导向装置球面变成锥面，最后导致回程盘与球形导向装置的接触面更接近球形导向装置根部。

一旦下沉量超过顶针的最大伸出量时，定心弹簧的张力就不能够将球形导向装置顶住回程盘。

回程盘与球形导向装置之间就会有间隙。

在斜盘的作用下，回程盘与球形导向装置就会形成敲击。

敲击作用会加大回程盘的摆幅，由于摆幅增大会导致回程盘的上沿与旧磨痕的台阶形成撞击而加剧磨损。

同时球形导向装置的壁厚由于磨损变薄，球形导向装置的强度变差最终可能会被敲击破裂。

4 ZP-31全回转舵桨装置液压系统管理港作拖轮的全回转舵桨装置液压系统故障不仅影响到自身安全，而且还涉及被协助大轮安全。

为了保证全回转舵桨装置液压系统的运行处于受控状态并保持良好的技术状况，管理人员要切实做好液压系统管理工作。

4.1 日常管理（1）合理规范操作全回转舵桨装置液压系统，避免粗暴操作。

（2）每日做好静态和动态点检。

静态点检主要检查系统油箱液位、外泄漏、液压油质；动态点检主要检查系统各运行参数（油压、油温、滤器压差）、运转状态（运行平稳无异响、各主要设备振动温升正常等）。

（3）定期规范做好全回转舵桨装置液压系统监测报警效用试验。

主要效验项目包括：液位低位、油压低、油温高及滤器脏堵报警。

（4）定期检修。

定期检修很重要，能够提前发现问题，提前处理，防止问题扩大。

可以根据产品维护保养周期表要求，结合实际同型产品已经发生过的故障，确定液压系统的定期检修部位，项目，内容，方法，周期，判定标准。

（5）定期油品化验。

定期取样对液压油进行各项指标的检验，判别液压油被污染的程度、理化性能。

（6）备件储备。

关键部件可结合实际同型产品使用寿命合理提前储备，当发生故障时可以及时更换，缩短停航时间。

（7）提高管理人员业务水平。

加强管理人员知识的培养，在紧急情况下能够正确地做出判断，不能因小问题处理不当造成大问题！4.2 维修后管理（1）系统维修后确保不要混进杂质。

油箱及管路清洁避免用回丝拭擦，清洁后检查正常及时封盖或保护包扎好。

管路检修及时换新O型圈或垫片，并加强维修后检查，法兰对接螺栓最后采用双螺母固定。

（2）维修过的液压油泵和马达安装到位后要灌满干净液压油。

（3）系统维修后可以采用分段式排气方法排除系统中的空气。

首先松开滤器盖螺栓，开启滤器上开关检查油流出是否连续；其次拆下插装式溢流阀观察油流出情况；再次通过盘车让主泵吸排管冲入液压油，盘车时间长些更可靠；最后可以开启压缩空气冲车，观察油压力表指针是否偏转，一旦压力表偏转表示系统建压成功，系统空气基本排尽。