某船可调螺距螺旋桨桨毂密封系统优化升级

王炳轩

（中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司，天津 300452）

0 引言

可调螺距螺旋桨（Controllable Pitch Propeller）通过桨毂内置的传动机构转动桨叶，使桨叶与桨毂的相对角度发生变化，最终在不改变螺旋桨和主机转向的情况下，仅改变螺距以适应工况及海况的变化[1]。

目前，调距桨因其诸多优点，在灵敏性要求高、机动作业频繁的船舶中应用较多，如三用工作船和港内拖船等。另外，调距桨和船舶主机的良好配合，可充分利用主机功率，提高燃油经济性。因船舶在前进、减速和后退等过程中无需改变主机的转速及转向，故主机调速次数显著减少，减轻了机器部件的磨损程度，延长主机的使用期限[2-3]。但调距桨自身也存在如调距桨毂内的调节机构与操纵系统较复杂、维修保养困难等诸多问题[4-5]，尤其是桨叶和桨毂之间的密封问题。桨叶和桨毂之间一般使用橡胶密封圈进行密封，但桨叶在频繁动作（尤其是靠离码头、平台以及机动作业等）时，需要频繁往复转动，再加上外界的苛刻环境，更加剧了橡胶密封圈的磨损，使得桨毂进水及润滑油泄漏，造成设备损伤和海洋污染等重大事故。因此，需对桨叶和桨毂之间的密封系统提出更高的可靠性要求。

1 应用现状

目前在海油发展管理的大型装备中，有10艘船舶采用可调螺距螺旋桨作为推进器，其中4艘船舶均采用某公司生产的型号为KH760和KH850的调距桨（现均已停产），其中2艘船在第一次5年特别检验时存在桨毂密封处进水现象。与此同时，通过对国内外安装同型号调距桨的船舶了解后得知：此型号调距桨由于密封圈选型等原因，易出现桨叶和桨毂之间密封不良的现象。此种设计缺陷易引起诸多严重后果，如桨毂滑块磨损严重、螺距卡滞和船舶失控等，且桨毂润滑油泄漏将导致海洋环境污染及润滑油消耗增加，使得船舶面临滞留与罚款，以致运营成本上升。因此，为预防此类严重后果的出现，对采用KH760型可调桨的某船实施桨叶和桨毂之间的密封系统升级改造工作，以达到减少环境污染、延长设备使用寿命、增加经济效益的目的。

2 升级改造方案

2.1 升级改造方案的提出

桨毂密封面结构如图1和图2所示。防止桨毂频繁出现润滑油泄漏的现象，对国内多家可调螺距螺旋桨制造厂、船舶维修厂以及同类型船舶进行考察与研讨，得知该公司生产的调距桨桨毂密封油槽及密封圈尺寸偏小，使得密封圈的预留压缩余量不足，最终导致密封圈使用寿命不足。以本船所用的KH760型可调桨为例，密封圈原设计直径为6.99 mm，油槽原设计深度为6.30 mm，由此可知：密封圈的预压缩量为0.69 mm；而同桨毂直径其他品牌桨毂密封圈的预压缩量在0.9～2.0 mm。由此可知：调距桨润滑油消耗增加、桨毂进水、桨叶转盘腐蚀等现象皆可能是由桨毂密封不严所致。

根据调研结果可知，目前有2种方案可对桨毂密封系统进行升级改造：

1）改变油槽尺寸，更换大直径密封圈。理论上，当油槽深度为6.3 mm时，所用密封圈的最大直径为8.1 mm，此时密封圈尺寸接近极限值，密封圈的预压缩量较大；在使用过程中，虽能在一定程度上延长其使用寿命，但在预压缩量增加的同时，也加速了密封圈的磨损和塑性变形，因此使用寿命仍难以保证与坞期匹配。

2）改变油槽尺寸，更换更大直径密封圈。结合桨毂本身尺寸，在保证其结构强度要求的前提下，对油槽进行扩槽处理，此型号调距桨的油槽深度可加工至9.6 mm；与此同时，采用直径为11.0 mm的密封圈，得到1.4 mm的预压缩量，使密封圈预压缩量保持在合理范围内。

图1 桨毂密封面剖视图

图2 桨毂密封面实物图

2种方案的具体油槽尺寸如图3所示。

图3 油槽尺寸图

由图3可知：第一种方案相对简单，升级改造成本较低，但不能保证其使用寿命，存在较大隐患；第二种方案虽加工复杂、成本较高，但从长远角度考虑，其安全性较好。结合多方面调研结果及研讨，最后选择第二种方案对桨毂密封系统进行升级改造。

2.2 具体方案实施

根据升级改造方案，在船坞内对该船左、右调距桨进行解体、清洁，并对调距桨相关参数进行测量，确保各密封面尺寸精度以及各安装尺寸和间隙值在允许范围内。随后将桨毂运送至陆地加工车间，采用数控车床根据前述设计参数进行精加工，具体加工过程如图4所示。加工完成后，按照说明书预紧力要求安装完毕，在压力为0.1 MPa的工况下，对桨毂密封系统做密封性试验，验证密封性能良好，最后进行实船安装。

图4 油槽车间加工图

3 结论

经过实船安装后对螺距进行试验，运转一切正常，在随后的下水营运过程中，调距桨未见润滑油泄漏现象，重力润滑油也未见污染，试验结果良好，达到预期要求。然而，为保证调距桨使用寿命，在使用过程中应保持调距桨液压油及重力润滑油的清洁度，并对相关油样做定期润滑油检测。为保证调距桨的油封和水封效果，应在每次坞修时更换其油封密封圈和水封密封圈。