阀门遥控系统的探讨

1、阀门遥控系统的探讨阀门遥控系统的探讨施健张嘉慧郑志敏提要在简要介绍了几种阀f-j遥控系统的类型后,重点介绍了液压式与气动式阀门遥控系统,并分析各种系统之间的差异及优缺点,对具体船只如何选取遥控系统提出了建议.关键词阀门遥控液压式气动式电动式1前言随着船舶的日益大型化,自动化技术的应用也得到了迅速的发展.阀门遥控越来越广泛地应用于船舶舱底压载水系统和货油输送等系统.阀门遥控系统可以实时监控各遥控阀的开闭状态并远距离操作阀门.保证系统的正常稳定运行,也大大减轻了船员的劳动强度.目前船上使用的阀门遥控系统,按照阀门的遥控操作方式有两种类型,即模拟板控制和计算机控制.模拟板控制模拟了系统管路走向,清楚

2、明了,具有较高的可靠性.计算机控制对空问要求小,自动化程度高.特别是对压载水置换具有非常大的优势,可以事先将设置好的置换程序输入计算机,程序自动控制阀门的开启或者关闭.按照驱动头动力来源有三种不同类型,分别为:液压式,气动式,电动式.本文依据动力来源分类,介绍三种遥控系统及其优缺点.2阀门遥控系统类型2.1液压式阀门遥控系统液压式阀门遥控系统是现今船舶上应用最为广泛的阀门遥控系统.液压式系统主要由以下部分组成:a.控制指示模块(控制面板,控制台);液压动力模块(包括液压泵,两台互相备用,蓄压器等):b.电磁阀箱(包括滤器,电磁换向阀等);c.执行模块(液压驱动头,阀体,阀门启闭指示);d.应急

3、操作单元(便携式手摇泵,驱动头上的应急接头):系统工作的过程是,液压动力模块中液压泵提40供高压的液压油至蓄压器,液压油在换向阀换向和蓄压器压力下,流经不同管路,驱动阀门开启或者关闭.液压式阀门遥控系统的最大优势是驱动头体积小,作用力矩大,易于操作和布置,对环境要求较低.但是因为系统需要较长且压力等级很高的液压管路.防止管路因泄漏引起机构动作困难并造成污染成为一个难题,为了克服这个问题,在液压遥控系统中发展出几种不同的型式.2.1.1电磁阀箱集中控制图1为公司87000吨散货轮所采用的液压阀门遥控系统(注:图中点划线为电信号,一点线为流量信号,实线为多芯液压油管,虚线为液压油管)(见图1).如

4、图所示,电磁阀箱采用单个集中控制,并与动力模块中液压泵组放置在同一区域,液压管直接连至总电磁阀箱上.避免了布置长距离的液压管路,也降低了液压管泄漏的几率.工作过程为:操作人员通过控制显示模块来控制阀门启闭(发出电信号到动力模块和电磁阀箱).当蓄压器压力不足时,液压泵在电信号触发下启动.使蓄压器保持一定压力;电磁阀箱在电信号控制下使电磁阀换向,液压油在高压下因电磁阀换向而产生不同流向,驱动液压头作用使阀门开启或关闭.阀门的启闭状态通过管路上的流量信号至电磁阀箱上转换为电信号后显示在控制面板上.2.1.2电磁阀箱分散控制图2为公司75000号散货轮所采用的液压遥控系统(见图2).与87000吨散货

5、轮中的电磁阀箱集中控制相比较,分散控制的最大优点就是缩短了电磁阀箱到各个阀门所需要的多芯管长度.但是需要在主甲板上布置较长的液压油管,对管路的维护造成困难.此外,电磁阀箱集中控制中,单个电磁阀箱体积庞液压阀门遥控示意图一(87000畿货轮)执行模块图1采用集中控制方式的液压阀门遥控示意图液压阀门遥控示意圈二(75000散货轮)执行模块图2采用分散控制方式的液压阀门遥控示意图大,不论是放置在机舱或者上层建筑.布置上都有一定的困难,分散型控制较好地解决了这个问题.另外,分散型控制可以在分段舾装阶段就开始电磁阀箱安装和液压油管布置,不仅提高分段预舾装的完整I生,也减轻现场施工的难度.整个系统工作过程

6、和电磁阀箱集中控制原理类似.是采用电磁阀箱集中控制还是分散控制,主要是考虑到遥控阀门的个数和机舱空间的限制.当阀门个数较少,机舱空间足够时,采用集中控制能够避免液压主油管在主甲板上的长距离布置;电磁阀箱到遥控阀驱动头一般都采用不锈钢多芯管,在管路上较少使用到卡套接头,与液压主油管路中方法兰连接件的频繁使用相比,降低了泄漏风险:油管路还需要进行投油,密性等试验,也增加了系统的验收成本.对于阀门个数较多,甲板较长,区域面积广泛,则应采用分散式电磁阀箱.除了能够较易在甲板上布置电磁阀箱外.还能够省去大量多芯管:控制模块与电磁阀箱之问长距离通过电信号相连,也提高了系统开启或者关闭阀门的响应速度.两者各

7、有利弊,应综合考虑选取.2.1-3动力模块分散控制(电液式阀门遥控系统)图3为电液式阀门遥控系统示意图.电液式阀门遥控系统是近年来发展非常迅速的一种系统.不同于前两种,电液式将控制模块,马达,液压油泵都集成到驱动头内部.系统控制的核心部件为PLC.PLC抗干扰能力强,性能稳定,广泛应用于各种工业场所.控制系统遥控全船众多阀门,但是通过PLC整合处理,最后仅需控制和通信两条线路与控制系统相连,大大减轻了控制系统的通信量,也提高了控制系统的速度.当控制系统发出指令后,通过PLC分配,到达电磁阀箱中的阀体控制模块,控制模块控制驱动头内部电路使油泵改变转向驱动液压油不同流向来开启或者关闭阀体.电液式阀

8、门遥控系统不再需要液压泵组.不会因为泵出现故障致系统失效;取消了液压油管路.4l一一r一一j皇缸星番模块一_一疆慝旧遥l空示壹闼三t:?0隼劳筘船)托j粳块,L_JIL一_图3电液式阀门遥控系统示意图也杜绝了管路泄漏问题.遥控阀与系统之间依靠电缆相连,最大限度提高了阀门开关的反应速度;另方面对现场施工来说,安装电缆也要比安装管子简便得多.但是电液式系统也存在一定的不足,阀件必须干式安装,无法在浸没式场所使用:价格昂贵,初次投资成本高.2.2气动式阀门遥控系统气动式阀门遥控系统是船上另外一种应用比较广泛的系统.气动式系统主要由以下部分组成:a.控制指示模块(控制面板,控制台):b.动力模块(空气

9、瓶):c.电磁阀箱(包括滤器,电磁阀等);42d.执行模块(空气驱动头,阀体,阀门启闭指示):e.应急操作单元(驱动头恢复气压平衡后,应用手动操作机构):气动式阀门遥控系统的工作原理与液压式类似.空气瓶中的压缩空气(一般为0.7MPa左右)连接至电磁阀箱,经过滤后连到电磁阀上(一般为三位五通阀),使压缩空气分为两路,驱动阀杆在不同方向运动,从而使阀体开启或者关闭.图4为气动式阀门遥控示意图(图例中,点划线为电信号,虚线为空气管路).气动式阀门遥控系统的优点是系统管路结构简气动式阀门遥控示意图(LNG船)执徽块图4气动式阀门遥控示意图单.不需要设置回气管路,气源作用后可直接排人大气,无需考虑到污

10、染等问题;动力源容易获取,不必单独设置机构;相比液压式系统压力等级要求较低,无需使用较高等级的管路.但是气动式系统的驱动头较大,对安装和布置不利;开关阀速度很容易因气源压力而发生变化,工作速度不稳定.除此之外.船上经常用到的一种气动阀门为气动速关阀.速关阀在遥控状态下只能关闭而不能开启,阀门开启必须就地手动操作.其与一般的气动阀区别就在于所用的电磁阀为二位三通阀,所用的门启闭迅速,电缆铺设比液压管,空气管要方便得多.电动式遥控阀门应用最多的场所是应急消防系统中.应急电源来自应急发电机.相对于另外两种遥控系统.电动式遥控阀门不必单独设应急动力源装置是一大优势,而快速的阀门启闭速度对于应急系统优势

11、更为明显.3各类阀门遥控系统优缺点比较(如表1所示)表1各类阀门遥控系统优缺点比较种类优点缺点1.驱动头体积小,力矩大.适用各种通径的阀门.1.存在高压液油管路.泄(综述)2.对环境要求较低,适用于潮湿,浸没环境中.漏风险较大.1.避免液压油主管路长距离布置,减少泄漏风险;无1.电磁阀箱设备体积庞大,不利电磁阀箱集中型需对主管路进行投油,密性等试验:于舱室布置;2.系统设备布置集中,便于调试和维护.2.需要较长的多芯管液压电磁阀箱分散型1.大量减少电磁阀箱至各阀门所需要的多芯管长度:1.系统须在主甲板铺设长距离的2.可以在预舾装阶段进行布置,提高了分段完整性.液压油管路,泄漏风险最大.型1.系

12、统集成性高,无需液压管路,最大限度减少1.系统对环境要求较高,无法应动力模块分散型了泄漏风险:用于浸没式场所;(电液式)2.系统通过电缆相连,不仅有利于现场安装,也2.系统价格昂贵.初次投资成本大大提高系统响应速度.高.1.系统管路结构简单,无需设置回气管路,压力等1.气动驱动头较大,不利于安装布气动型级较低:置:2.开关阀速度易受气源压力波动影2.动力源容易获取,且不会对环境造成污染.响,工作状态不稳定.1.力矩小,机械效率低,不适用大通1.动力源较易获取,特别适用于应急系统中;径阀门,在整套系统中应用较少;电动型2.防爆型价格昂贵,不适用危险区2.系统响应速度快,电缆敷设较为简便域:3.不适用浸没式场所.气源压力一般为3MP,保证阀门在紧急状态下能4结i吾够快速关闭.2.3电动式阀门遥控系统电动式阀门遥控系统整套应用于船上还比较少见.其一是电动式阀门机械效率低,所产生的力矩较小,对大通径阀门并不适用;第二,对油轮,LNG船之类防爆等级要求很高的船只.防爆式电动阀门价格昂贵;第三,电动式阀门不能应用于浸没式场所,在环境潮湿的场所,其应用也受很多限制.由于上述原因,限制了电动式阀门在船舶上的大规模应用.但是电动式阀门也有很多