自力式調節閥在艦船中央冷卻系統中的應用研究
為保證中央冷卻系統穩定工作，提高系統運行的可靠性和節能效果，對某綜合電力推進(jìn)船中央冷卻系統，采用自力式調節閥與PLC自動(dòng)控制相結合的控制技術(shù)作了綜合分析及應用研究。
0、引言
近年來(lái)，為改善艦船總體防腐蝕性能，盡可能減少海水管路和附件因腐蝕而引起的各種損害，艦船采用了中央冷卻系統。綜合電力推進(jìn)艦船，由于需要冷卻的設備多，布置分散，工況又比較復雜，中央冷卻系統需采用自力式調節閥與PLC(可編程控制器)相結合的自動(dòng)控制，這樣既能保證系統穩定工作，大大縮短現場(chǎng)調試時(shí)間，又能顯著(zhù)提高系統運行的可靠性和節能效果。因此開(kāi)展中央冷卻系統及其控制技術(shù)的研發(fā)，對開(kāi)拓和完善動(dòng)力保障系統，提高艦船的自動(dòng)化水平大有裨益。
1、中央冷卻系統
以綜合電力推進(jìn)的某船為例，在航行和動(dòng)力定位工況下，共用一套供電系統。推進(jìn)裝置供電和日常低壓配電，均由中壓供電系統提供。為此在前后發(fā)電機艙各設一套中央冷卻分站，組成一個(gè)相對獨立，又有一定冗余度的中央冷卻系統。
中央冷卻系統見(jiàn)圖1。該系統具有以下特點(diǎn)：
1)需要冷卻的設備數量多，熱交換負荷大。中央冷卻系統為中壓供電系統設備，推進(jìn)裝置設備及其他輔助系統設備提供不大于36℃的低溫冷卻水，服務(wù)的設備多達59臺，總冷卻水量約為1350m3/h(最大的供水量為230m3/h，最小僅0.4m3/h);熱交換的總負荷高達10000kW以上(最大的為2129kW，最小僅12.2kW)，是確保完成該船使命的重要保障系統;
2)由于需要冷卻的設備分散布置在全船，因此從船首至船尾，從底層至艇甲板，冷卻水管幾乎貫穿全船，且須暢通無(wú)阻，才能確保全船每個(gè)系統設備在各種工況下都能分配到足夠的壓力水進(jìn)行充分的熱交換。為簡(jiǎn)化設備配置，主發(fā)電機組等專(zhuān)項設備還自配冷卻泵，其余設備由系統配置的電動(dòng)泵來(lái)完成閉式循環(huán)冷卻;
3)作為最大冷卻負荷的設備(4臺主發(fā)電機組)，熱交換負荷占了80%，由于其使用臺數受電力推進(jìn)裝置功率管理系統的指令進(jìn)行自動(dòng)控制增/減機，從而會(huì )導致熱交換負荷的突變，對整個(gè)系統的穩定工作帶來(lái)較大的干擾，因此中央冷卻系統必須具有良好的適應能力。
圖1 相對獨立式中央冷卻系統
該系統的設計理念為：
1)低溫冷卻水的溫度控制由PLC自動(dòng)控制裝置來(lái)完成。該裝置集邏輯控制，模擬量處理和數據傳輸功能于一體，能對電動(dòng)三通閥的開(kāi)度，海水冷卻泵的使用臺數及中央冷卻分站的使用工況等功能實(shí)施自動(dòng)控制，使低溫冷卻水的溫度保持在設定的范圍之內。
2)低溫冷卻水的流量及其回水壓力的平衡控制由自力式調節閥來(lái)完成。
2、自力式調節閥
自力式調節閥是一種無(wú)需外來(lái)能源，利用閥前/后被調介質(zhì)自身內置的控制彈簧變化的反饋信號、傳輸到執行機構驅動(dòng)閥瓣改變閥門(mén)開(kāi)度、實(shí)施自動(dòng)控制流量/壓力的節能器具，具有測量、執行、控制一體化的功能。在艦船中央冷卻系統的過(guò)程控制方面應用自力式調節閥是一次成功的拓展。
4組自力式流量調節閥裝設在由系統冷卻水泵提供冷卻水的設備進(jìn)口處。閥前后的有效壓力差已調定，當系統負載變化時(shí)，一定流量的介質(zhì)經(jīng)過(guò)由內置的彈簧控制的限流器時(shí)引起壓差，壓差通過(guò)脈沖管作用于控制膜片上，自動(dòng)調節閥的開(kāi)度，能保持每組設備有恒定的冷卻水量。彌補了以往用節流孔板時(shí)需不斷修改孔徑、系統重復調試的不足，自力式流量調節閥見(jiàn)圖2。
13組自力式壓力調節閥裝設在自備冷卻水泵的專(zhuān)用設備出口處及前后中央冷卻分站回水管上。當系統負載變化，控制的壓力超過(guò)設定值時(shí)，閥門(mén)開(kāi)始關(guān)小，直至膜片和彈簧之間的力達到新的平衡。壓力可通過(guò)設定調節器進(jìn)行調節，能自動(dòng)保持每組設備前后的壓差恒定，以保持系統合適的高溫回水壓力，使高溫回水平衡進(jìn)入中央冷卻器被海水冷卻。有效解決了該船9臺設備自備冷卻水泵(總排量達1300m3/h)與2臺系統冷卻水泵(總排量為290m3/h)，在各種復雜工況下多臺大小水泵必須并聯(lián)運行引起的水壓干擾難題，避免了大小水泵之間發(fā)生搶水故障。自力式壓力調節閥見(jiàn)圖3。
1—限流器;2—閥體;3—閥座;4—閥軸;5—閥帽;6—驅動(dòng)器外殼;7—壓制膜片;8—波紋管
圖2 自力式流量調節閥
1—閥體;2—閥座;3—閥軸;4—驅動(dòng)器外殼;5—壓制膜片;6—設定彈簧;7—調定調節;8—接口脈沖管;9—波紋管
圖3 自力式壓差調節閥
3、結語(yǔ)
自力式調節閥與PLC自動(dòng)控制相結合的中央冷卻控制裝置已有多套裝船實(shí)用。性能穩定，工作正常。采用自力式調節閥不需外來(lái)能源，可以簡(jiǎn)化PLC控制裝置的功能，大大減少現場(chǎng)調試時(shí)間，調試簡(jiǎn)單，方便，實(shí)用，縮短了試驗周期。自力式調節閥投入使用后，一般維護工作量很少，僅需經(jīng)常觀(guān)察閥前后的壓力表即可，節省人力物力，同時(shí)減輕了艦員的工作強度，在集控臺模擬板上即可自動(dòng)控制。
