閥門遙控系統(tǒng)的探討

1、閥門遙控系統(tǒng)的探討閥門遙控系統(tǒng)的探討施健張嘉慧鄭志敏提要在簡(jiǎn)要介紹了幾種閥f-j遙控系統(tǒng)的類型后，重點(diǎn)介紹了液壓式與 氣動(dòng)式閥門遙控系統(tǒng)，并分析各種系統(tǒng)之間的差異及優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)具體船只如何選取遙控系 統(tǒng)提出了建議.關(guān)鍵詞閥門遙控液壓式氣動(dòng)式電動(dòng)式1前言隨著船舶的日益大型化，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展閥門遙控越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于船舶艙底壓載水系統(tǒng)和貨油輸送等系統(tǒng)閥門遙控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控各遙控閥的開閉狀態(tài)并遠(yuǎn)距離操作閥門保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，也大大減輕了船員的勞動(dòng)強(qiáng)度.目前船上使用的閥門遙控系統(tǒng)，按照閥門的遙控操作方式有兩種類型，即模擬板控制和計(jì)算機(jī)控制模擬板控制模擬了系統(tǒng)管路走向，清楚明了

2、，具有較高的可靠性計(jì)算機(jī)控制對(duì)空問(wèn)要求小，自動(dòng)化程度高特別是對(duì)壓載水置換具有非常大的優(yōu)勢(shì),可以事先將設(shè)置好的置換程序輸入計(jì)算機(jī)，程 序自動(dòng)控制閥門的開啟或者關(guān)閉按照驅(qū)動(dòng)頭動(dòng)力 來(lái)源有三種不同類型，分別為:液壓式,氣動(dòng)式， 電動(dòng)式.本文依據(jù)動(dòng)力來(lái)源分類，介紹三種遙控系 統(tǒng)及其優(yōu)缺點(diǎn).2閥門遙控系統(tǒng)類型2.1液壓式閥門遙控系統(tǒng)液壓式閥門遙控系統(tǒng)是現(xiàn)今船舶上應(yīng)用最為廣 泛的閥門遙控系統(tǒng)液壓式系統(tǒng)主要由以下部分組 成：a控制指示模塊（控制面板,控制臺(tái)）;液壓動(dòng)力模塊（包括液壓泵，兩臺(tái)互相備用，蓄壓器等）:b. 電磁閥箱（包括濾器,電磁換向閥等）;c. 執(zhí)行模塊（液壓驅(qū)動(dòng)頭，閥體，閥門啟閉指示）；d.

3、應(yīng)急操作單元（便攜式手搖泵,驅(qū)動(dòng)頭上的應(yīng)急接頭）：系統(tǒng)工作的過(guò)程是，液壓動(dòng)力模塊中液壓泵提40供高壓的液壓油至蓄壓器，液壓油在換向閥換向和 蓄壓器壓力下，流經(jīng)不同管路，驅(qū)動(dòng)閥門開啟或者關(guān)閉.液壓式閥門遙控系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)是驅(qū)動(dòng)頭體積 小，作用力矩大，易于操作和布置，對(duì)環(huán)境要求較 低但是因?yàn)橄到y(tǒng)需要較長(zhǎng)且壓力等級(jí)很高的液壓 管路防止管路因泄漏引起機(jī)構(gòu)動(dòng)作困難并造成污 染成為一個(gè)難題，為了克服這個(gè)問(wèn)題，在液壓遙控 系統(tǒng)中發(fā)展出幾種不同的型式.2.1.1電磁閥箱集中控制圖1為公司87000噸散貨輪所采用的液壓閥門 遙控系統(tǒng)（注:圖中點(diǎn)劃線為電信號(hào)，一點(diǎn)線為流量 信號(hào),實(shí)線為多芯液壓油管，虛線為液壓油管

4、）（見圖1）.如圖所示，電磁閥箱采用單個(gè)集中控制，并與 動(dòng)力模塊中液壓泵組放置在同一區(qū)域，液壓管直接 連至總電磁閥箱上避免了布置長(zhǎng)距離的液壓管 路,也降低了液壓管泄漏的幾率.工作過(guò)程為：操作人員通過(guò)控制顯示模塊來(lái)控 制閥門啟閉（發(fā)出電信號(hào)到動(dòng)力模塊和電磁閥箱）. 當(dāng)蓄壓器壓力不足時(shí)，液壓泵在電信號(hào)觸發(fā)下啟 動(dòng).使蓄壓器保持一定壓力；電磁閥箱在電信號(hào)控 制下使電磁閥換向，液壓油在高壓下因電磁閥換向 而產(chǎn)生不同流向，驅(qū)動(dòng)液壓頭作用使閥門開啟或關(guān)閉閥門的啟閉狀態(tài)通過(guò)管路上的流量信號(hào)至電磁 閥箱上轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后顯示在控制面板上.2.1.2電磁閥箱分散控制圖2為公司75000號(hào)散貨輪所采用的液壓遙控系統(tǒng)

5、（見圖2）.與87000噸散貨輪中的電磁閥箱集中控制相比較，分散控制的最大優(yōu)點(diǎn)就是縮短了電磁閥箱到各 個(gè)閥門所需要的多芯管長(zhǎng)度但是需要在主甲板上 布置較長(zhǎng)的液壓油管，對(duì)管路的維護(hù)造成困難此 外,電磁閥箱集中控制中，單個(gè)電磁閥箱體積龐液壓閥門遙控示意圖一 （87000畿貨輪）執(zhí)行模塊圖1采用集中控制方式的液壓閥門遙控示意圖液壓閥門遙控示意圈二（75000散貨輪）執(zhí)行模塊圖2采用分散控制方式的液壓閥門遙控示意圖大，不論是放置在機(jī)艙或者上層建筑布置上都有定的困難,分散型控制較好地解決了這個(gè)問(wèn)題.另外，分散型控制可以在分段舾裝階段就開始電磁 閥箱安裝和液壓油管布置，不僅提高分段預(yù)舾裝的 完整I生，也減

6、輕現(xiàn)場(chǎng)施工的難度.整個(gè)系統(tǒng)工作過(guò) 程和電磁閥箱集中控制原理類似.是采用電磁閥箱集中控制還是分散控制，主要 是考慮到遙控閥門的個(gè)數(shù)和機(jī)艙空間的限制.當(dāng)閥 門個(gè)數(shù)較少，機(jī)艙空間足夠時(shí)，采用集中控制能夠 避免液壓主油管在主甲板上的長(zhǎng)距離布置；電磁閥 箱到遙控閥驅(qū)動(dòng)頭一般都采用不銹鋼多芯管，在管 路上較少使用到卡套接頭，與液壓主油管路中方法 蘭連接件的頻繁使用相比，降低了泄漏風(fēng)險(xiǎn)：油管 路還需要進(jìn)行投油，密性等試驗(yàn)，也增加了系統(tǒng)的 驗(yàn)收成本對(duì)于閥門個(gè)數(shù)較多，甲板較長(zhǎng)，區(qū)域面 積廣泛，則應(yīng)采用分散式電磁閥箱除了能夠較易 在甲板上布置電磁閥箱外還能夠省去大量多芯 管:控制模塊與電磁閥箱之問(wèn)長(zhǎng)距離通過(guò)電信號(hào)

7、相 連，也提高了系統(tǒng)開啟或者關(guān)閉閥門的響應(yīng)速度. 兩者各有利弊，應(yīng)綜合考慮選取.2.1-3動(dòng)力模塊分散控制（電液式閥門遙控系統(tǒng)）圖3為電液式閥門遙控系統(tǒng)示意圖.電液式閥門遙控系統(tǒng)是近年來(lái)發(fā)展非常迅速的 種系統(tǒng).不同于前兩種，電液式將控制模塊，馬 達(dá)，液壓油泵都集成到驅(qū)動(dòng)頭內(nèi)部.系統(tǒng)控制的核 心部件為PLC.PLC抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定 廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)場(chǎng)所控制系統(tǒng)遙控全船眾多閥 門，但是通過(guò)PLC整合處理，最后僅需控制和通 信兩條線路與控制系統(tǒng)相連，大大減輕了控制系統(tǒng) 的通信量，也提高了控制系統(tǒng)的速度當(dāng)控制系統(tǒng) 發(fā)出指令后，通過(guò)PLC分配到達(dá)電磁閥箱中的 閥體控制模塊，控制模塊控制驅(qū)動(dòng)頭內(nèi)部

8、電路使油 泵改變轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)液壓油不同流向來(lái)開啟或者關(guān)閉閥 體.電液式閥門遙控系統(tǒng)不再需要液壓泵組不會(huì) 因?yàn)楸贸霈F(xiàn)故障致系統(tǒng)失效；取消了液壓油管路.41 r 一一j皇缸星番模塊一一疆慝舊遙I空示壹闥三t:?0隼勞筘船）托j粳塊,L _JI一 圖3電液式閥門遙控系統(tǒng)示意圖也杜絕了管路泄漏問(wèn)題遙控閥與系統(tǒng)之間依靠電纜相連，最大限度提高了閥門開關(guān)的反應(yīng)速度；另方面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工來(lái)說(shuō)，安裝電纜也要比安裝管子 簡(jiǎn)便得多但是電液式系統(tǒng)也存在一定的不足，閥 件必須干式安裝，無(wú)法在浸沒式場(chǎng)所使用：價(jià)格昂 貴，初次投資成本高.2.2氣動(dòng)式閥門遙控系統(tǒng)氣動(dòng)式閥門遙控系統(tǒng)是船上另外一種應(yīng)用比較 廣泛的系統(tǒng).氣動(dòng)式系統(tǒng)主要由

9、以下部分組成： a控制指示模塊（控制面板,控制臺(tái)）:b. 動(dòng)力模塊（空氣瓶）:c. 電磁閥箱（包括濾器,電磁閥等）;42d. 執(zhí)行模塊（空氣驅(qū)動(dòng)頭，閥體，閥門啟閉指示）：e. 應(yīng)急操作單元（驅(qū)動(dòng)頭恢復(fù)氣壓平衡后，應(yīng)用手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)）：氣動(dòng)式閥門遙控系統(tǒng)的工作原理與液壓式類似.空氣瓶中的壓縮空氣（一般為0.7MPa左右） 連接至電磁閥箱，經(jīng)過(guò)濾后連到電磁閥上（一般為 三位五通閥），使壓縮空氣分為兩路，驅(qū)動(dòng)閥桿在 不同方向運(yùn)動(dòng)，從而使閥體開啟或者關(guān)閉.圖4為 氣動(dòng)式閥門遙控示意圖（圖例中,點(diǎn)劃線為電信號(hào)，虛線為空氣管路）.氣動(dòng)式閥門遙控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)管路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)氣動(dòng)式閥門遙控示意圖（LNG船） 執(zhí)徽

10、塊圖4氣動(dòng)式閥門遙控示意圖單不需要設(shè)置回氣管路，氣源作用后可直接排人 大氣，無(wú)需考慮到污染等問(wèn)題；動(dòng)力源容易獲取， 不必單獨(dú)設(shè)置機(jī)構(gòu)；相比液壓式系統(tǒng)壓力等級(jí)要 求較低，無(wú)需使用較高等級(jí)的管路但是氣動(dòng)式系 統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)頭較大，對(duì)安裝和布置不利；開關(guān)閥速度 很容易因氣源壓力而發(fā)生變化，工作速度不穩(wěn)定. 除此之外船上經(jīng)常用到的一種氣動(dòng)閥門為氣 動(dòng)速關(guān)閥.速關(guān)閥在遙控狀態(tài)下只能關(guān)閉而不能開 啟，閥門開啟必須就地手動(dòng)操作其與一般的氣動(dòng) 閥區(qū)別就在于所用的電磁閥為二位三通閥，所用的 門啟閉迅速，電纜鋪設(shè)比液壓管，空氣管要方便得 多電動(dòng)式遙控閥門應(yīng)用最多的場(chǎng)所是應(yīng)急消防系 統(tǒng)中應(yīng)急電源來(lái)自應(yīng)急發(fā)電機(jī)相對(duì)于另外兩

11、種 遙控系統(tǒng)電動(dòng)式遙控閥門不必單獨(dú)設(shè)應(yīng)急動(dòng)力源 裝置是一大優(yōu)勢(shì)，而快速的閥門啟閉速度對(duì)于應(yīng)急 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)更為明顯.3各類閥門遙控系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)比較 （如表1所示）表1各類閥門遙控系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)比較種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1驅(qū)動(dòng)頭體積小，力矩大適用各種通徑的閥門.1存在高壓液油管路泄（綜述）2對(duì)環(huán)境要求較低,適用于潮濕，浸沒環(huán)境中漏風(fēng)險(xiǎn)較大.1避免液壓油主管路長(zhǎng)距離布置，減少泄漏風(fēng)險(xiǎn)；無(wú)1電磁閥箱設(shè)備體 積龐大，不利電磁閥箱集中型需對(duì)主管路進(jìn)行投油，密性等試驗(yàn)：于艙室布置；2系統(tǒng)設(shè)備布置集中，便于調(diào)試和維護(hù).2.需要較長(zhǎng)的多芯管液壓電磁閥箱分散型1.大量減少電磁閥箱至各閥門所需要的多芯管長(zhǎng)度:1.系統(tǒng)須在主甲板鋪設(shè)長(zhǎng)

12、距離的2可以在預(yù)舾裝階段進(jìn)行布置，提高了分段完整性液壓油管路，泄漏風(fēng) 險(xiǎn)最大.型1.系統(tǒng)集成性高，無(wú)需液壓管路，最大限度減少1系統(tǒng)對(duì)環(huán)境要求較高, 無(wú)法應(yīng)動(dòng)力模塊分散型了泄漏風(fēng)險(xiǎn)：用于浸沒式場(chǎng)所；（電液式）2.系統(tǒng)通過(guò)電纜相連，不僅有利于現(xiàn)場(chǎng)安裝 也2系統(tǒng)價(jià)格昂 貴初次投資成本 大大提高系統(tǒng)響應(yīng)速度.高.1系統(tǒng)管路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需設(shè)置回氣管路，壓力等1氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)頭較大，不 利于安裝布?xì)鈩?dòng)型級(jí)較低：置：2.開關(guān)閥速度易受氣源壓力波動(dòng)影2動(dòng)力源容易獲取,且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染響，工作狀態(tài)不穩(wěn)定.1力矩小，機(jī)械效率低，不適用大通1動(dòng)力源較易獲取，特別適用于應(yīng)急系統(tǒng)中；徑閥門，在整套系統(tǒng)中應(yīng)用 較少；電動(dòng)型2.防爆型價(jià)格昂貴，不適用危險(xiǎn)區(qū)2.系統(tǒng)響應(yīng)速度快，電纜敷設(shè)較為簡(jiǎn)便域：3不適用浸沒式場(chǎng)所.氣源壓力一般為3MP,保證閥門在緊急狀態(tài)下能4結(jié)i吾夠快速關(guān)閉.2.3電動(dòng)式閥門遙控系統(tǒng)電動(dòng)式閥門遙控系統(tǒng)整套應(yīng)用于船上還比較少見其一是電動(dòng)式閥門機(jī)械效率低，所產(chǎn)生的力矩較小，對(duì)大通徑閥門并不適用；第二,對(duì)油輪，LNG船之類防爆等級(jí)要求很高的船只防爆式電動(dòng)閥門價(jià)格昂貴；第三，電動(dòng)式閥門不能應(yīng)用于浸沒式場(chǎng)所，在環(huán)境潮濕的場(chǎng)所，其應(yīng)用也受很多限制由于上述原因，限制了電動(dòng)式閥門在船舶上的 大規(guī)模應(yīng)用.但是電動(dòng)式閥門也有很多自己的