船舶壓載水系統(tǒng)閥門驅(qū)動(dòng)裝置的若干分析

于淼　于生淵

摘要：隨著我國(guó)科技技術(shù)的快速發(fā)展，船舶事業(yè)的發(fā)展水平越來(lái)越高，船舶壓載水系統(tǒng)應(yīng)用的閥門驅(qū)動(dòng)裝置，功能和類型也在不斷的增多。船舶壓載水系統(tǒng)主要是通過(guò)不同部位壓載水艙灌注的方式或排出的方式，實(shí)現(xiàn)來(lái)調(diào)整船舶運(yùn)行過(guò)程中的浮態(tài)，而閥門驅(qū)動(dòng)裝置則是配合船舶壓載水系統(tǒng)的操作，進(jìn)行遠(yuǎn)距離、快速、準(zhǔn)確性的管道閥門控制，以使得船舶操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：船舶壓載;系統(tǒng)閥門;驅(qū)動(dòng)裝置;水系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U664

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6487（2019）03-0004-02

0引言

近年來(lái)，因受到智能化技術(shù)、人工智能自動(dòng)化技術(shù)快速發(fā)展的影響，船舶行業(yè)對(duì)船舶壓載水系統(tǒng)閥門驅(qū)動(dòng)裝置的要求逐漸增多，先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展促使閥門裝置在不斷的改進(jìn)和優(yōu)化，轉(zhuǎn)型升級(jí)實(shí)現(xiàn)了從單一手動(dòng)裝置方式轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)裝置、手動(dòng)裝置、氣動(dòng)裝置、液壓裝置和電液裝置等類型。由于各個(gè)閥門驅(qū)動(dòng)裝置的應(yīng)用功能和應(yīng)用范圍各不.相同，通過(guò)發(fā)現(xiàn)船舶壓載水系統(tǒng)的實(shí)際需求，選擇合理的閥門驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行運(yùn)用，才能確保船舶壓載水系統(tǒng)的整體效果。因此為了有效保障船舶壓載水系統(tǒng)閥門驅(qū)動(dòng)裝置的使用效果，需要對(duì)船舶壓載水系統(tǒng)閥門驅(qū)動(dòng)裝置的類型進(jìn)行合理探析，充分發(fā)揮閥門驅(qū)動(dòng)裝置的優(yōu)勢(shì)作用。

1船舶壓載水系統(tǒng)閥i門驅(qū)動(dòng)裝置的概述

1.1船舶壓載水系統(tǒng)閥i門驅(qū)動(dòng)裝置的簡(jiǎn)介

本套裝置結(jié)構(gòu)上依據(jù)的是外加動(dòng)力，來(lái)啟動(dòng)和關(guān)閉閥門的裝置，使得閥i]操作能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的控制和操作，進(jìn)一步提升閥門驅(qū)動(dòng)裝置控制的效率[1。根據(jù)當(dāng)前的船舶壓載水系統(tǒng)閥門驅(qū)動(dòng)裝置輸出軸主要的運(yùn)動(dòng)方式歸納分類，主要類別是分為多圈回轉(zhuǎn)式閥門驅(qū)動(dòng)、部分回轉(zhuǎn)式閥門驅(qū)動(dòng)與直線往復(fù)式閥門驅(qū)動(dòng)等類型，選擇閥門驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)際過(guò)程運(yùn)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)船舶壓載水系統(tǒng)的輸出軸運(yùn)動(dòng)方式要求和實(shí)際操作需求相結(jié)合綜合評(píng)判最佳種類，防止出現(xiàn)船舶壓載水系統(tǒng)與閥門驅(qū)動(dòng)裝置互不適用的情況[2]。

1.2船舶壓載水系統(tǒng)閥[門驅(qū)動(dòng)裝置的發(fā)展歷程

通過(guò)資料查閱可知，傳統(tǒng)的船舶壓載水系統(tǒng)往往都是采用的閥門驅(qū)動(dòng)設(shè)備，多為單一化的手動(dòng)裝置，缺點(diǎn)是整體的驅(qū)動(dòng)過(guò)程需要提供非常大的物力、人力，占用較高的成本，閥門控制的準(zhǔn)確性和及時(shí)性也難以保障，從而致使閥門驅(qū)動(dòng)裝置開(kāi)始向著自動(dòng)化的方向轉(zhuǎn)型突破。通過(guò)技術(shù)突破和研究創(chuàng)新，在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研發(fā)和改進(jìn)下，以自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)核心組成的電動(dòng)裝置、氣動(dòng)裝置、氣液聯(lián)動(dòng)裝置和電液聯(lián)動(dòng)裝置，逐漸應(yīng)用于船舶壓載水系統(tǒng)中，這些結(jié)合了自動(dòng)化技術(shù)的閥門驅(qū)動(dòng)裝置，與傳統(tǒng)手動(dòng)裝置方式相比，安全性和穩(wěn)定性方面都有著顯著提升，且一定程度上優(yōu)化了船舶壓載水系統(tǒng)的使用性能，因此促使這些技術(shù)替代傳統(tǒng)手動(dòng)裝置方式，成為了目前船舶壓載水系統(tǒng)的主要應(yīng)用閥i]驅(qū)動(dòng)裝置。

2船用壓載水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1國(guó)內(nèi)外壓載水處理系統(tǒng)研發(fā)情況

目前，國(guó)際上已有不少研發(fā)團(tuán)隊(duì)和組織整合了已有的豐富的資源來(lái)研發(fā)壓載水處理系統(tǒng)，全球范圍內(nèi)已成功開(kāi)發(fā)或正在研制的系統(tǒng)達(dá)60多種。根據(jù)IMO資料，截止2010

年10月，有27個(gè)壓載水處理系統(tǒng)獲得初步批準(zhǔn)，其中18個(gè)獲得最終批準(zhǔn)，包括瑞典AlfaLaval公司的PureBallast系統(tǒng)，韓國(guó)Techcross公司的Electro-Clean系統(tǒng)，日本Hitachi公司的Clear?Ballast系統(tǒng)等。

國(guó)內(nèi)研發(fā)壓載水處理系統(tǒng)起步相對(duì)較晚，主要研發(fā)單位有青島雙瑞公司、中遠(yuǎn)集團(tuán)與清華大學(xué)、大連海事大學(xué)和青島海德威公司等。其中青島雙瑞公司研發(fā)的Balclor系統(tǒng)和清華大學(xué)合作研發(fā)的壓載水處理系統(tǒng)，都已通過(guò)了IMO最終審批認(rèn)可。此外，我國(guó)還有幾個(gè)廠家正在研發(fā)試驗(yàn)壓載水處理系統(tǒng)，在全球競(jìng)爭(zhēng)中邁出了堅(jiān)實(shí)的步伐。

2.2已通過(guò)型式認(rèn)可的壓載水處理系統(tǒng)

船上安裝的壓載水處理系統(tǒng)必須得到主管機(jī)關(guān)簽發(fā)的型式認(rèn)可證書(shū)，以確認(rèn)其符合公約規(guī)則D-2排放標(biāo)準(zhǔn)。截止2011年6月，至少有17個(gè)壓載水處理系統(tǒng)獲得相關(guān)主管機(jī)關(guān)的型式認(rèn)可。以下介紹的是3個(gè)獲得型式認(rèn)可證書(shū)的壓載水處理系統(tǒng)[3]。

2.2.1VOS系統(tǒng)

VOS（Venturi Oxygen?Stripping）壓載水處理系統(tǒng)通過(guò)美國(guó)NEI公司設(shè)計(jì)研發(fā)，2007年10月該系統(tǒng)通過(guò)了美國(guó)船級(jí)社（ABS）的技術(shù)審查，并順利獲得了利比里亞船級(jí)社簽發(fā)的型式認(rèn)可證書(shū)，從而誕生了世界上第一個(gè)獲得型式認(rèn)可的船舶壓載水處理系統(tǒng)。VOS壓載水系統(tǒng)原理是采取破壞細(xì)胞壁的形式殺滅壓載水中的生物和病原體。該系統(tǒng)分兩級(jí)處理：①物理處理，在壓載水入艙前使用物理處理法對(duì)水生物實(shí)施初步分離。②文氏管脫氧處理，當(dāng)吸入的壓載水流經(jīng)安裝在壓載管路上的文氏管噴射器時(shí)，主要依靠空化現(xiàn)象發(fā)生反應(yīng)，并伴隨間接式噴入由制氮裝置化學(xué)反應(yīng)制造氮?dú)?，使壓載艙空間形成低氧環(huán)境，進(jìn)而就可以實(shí)現(xiàn)很大程度上的降低水生物的生存率。相關(guān)的技術(shù)已在實(shí)船試驗(yàn)中得到實(shí)踐驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好，符合IMO的壓載水排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2Pureballast系統(tǒng)

PureBallast這套壓載水處理系統(tǒng)是誕生于瑞典制造商AlfaLaval機(jī)構(gòu)的研發(fā)產(chǎn)品，早在2007年就獲得IMO的最終批準(zhǔn)，成為了首個(gè)得到[MO最終批準(zhǔn)的壓載水處理系統(tǒng)。2008年6月，挪威船級(jí)社（DNV）代表挪威主管機(jī)關(guān)簽發(fā)了該系統(tǒng)的型式認(rèn)可證書(shū)。PureBallast系統(tǒng)采用了固一液分離及紫外線滅活兩種技術(shù)，可以脫離任何化學(xué)成分的藥劑。

3船舶壓載水系統(tǒng)閥i門驅(qū)動(dòng)裝置的類型

3.1手動(dòng)裝置

船舶壓載水系統(tǒng)的基本類型之一就是依賴手動(dòng)，其裝置主要是采用調(diào)駁閥箱進(jìn)行運(yùn)用的，這種調(diào)駁閥箱是通過(guò)集成各個(gè)多個(gè)閥組構(gòu)建的集合體，依賴與人力驅(qū)動(dòng)的實(shí)際操作，可以進(jìn)行船舶壓載水系統(tǒng)的操作配合。手動(dòng)裝置方式的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常簡(jiǎn)單的原理，操作比較易控制，普遍推廣在各種小型船舶壓載水系統(tǒng)使用，如果是壓載艙非常多的船舶中的進(jìn)行使用的話，有必要結(jié)合實(shí)際采取管路延長(zhǎng)長(zhǎng)度，由此限制了這種裝置使用量級(jí)，僅限于小型的船舶內(nèi)使用，不太能夠在大型船舶壓載水系統(tǒng)中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。近幾年來(lái)，伴隨著自動(dòng)化控制和智能化控制的需求影響，手動(dòng)閥門驅(qū)動(dòng)裝置的方式逐漸被時(shí)代拋棄，無(wú)法很好的滿足更高的需求，不可避免的一步步退出船舶壓載水系統(tǒng)的閥門驅(qū)動(dòng)裝置主流應(yīng)用類型。

3.2電動(dòng)裝置

電動(dòng)裝置是依靠電力進(jìn)行閥門關(guān)閉和調(diào)節(jié)的閥門驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)對(duì)比電力裝置和常見(jiàn)的手動(dòng)裝置性能，可以總結(jié)歸納出優(yōu)點(diǎn)有以下幾方面：?jiǎn)?dòng)快、關(guān)閉快、控制性高、操作簡(jiǎn)單的使用優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)直流、交流、短波、脈沖等信號(hào)進(jìn)行有效采集，從而滿足船舶壓載水系統(tǒng)的控制需求。電動(dòng)裝置雖具有較多的使用優(yōu)勢(shì)，但受到電動(dòng)裝置以電力為驅(qū)動(dòng)能源的操作方式，導(dǎo)致電動(dòng)裝置的機(jī)械化效率為30%～60%左右，且同時(shí)容易因電源電壓與頻率變化的影響，出現(xiàn)船舶壓載水系統(tǒng)協(xié)助操作穩(wěn)定性低的情況。一般情況下，電動(dòng)裝置不適用于潮濕嚴(yán)重的船舶壓載環(huán)境中，實(shí)際運(yùn)用時(shí)應(yīng)盡量采用干式電動(dòng)裝置，而在防爆場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)，也應(yīng)當(dāng)盡量選擇防爆型電動(dòng)裝置。

3.3氣動(dòng)裝置

船舶配備了基本的壓縮空氣系統(tǒng)，采用氣動(dòng)裝置使用壓載水系統(tǒng)，可以通過(guò)空氣壓縮系統(tǒng)獲得氣源。中氣動(dòng)裝置為低壓壓縮空氣，壓力一般低于0.8MPa，源可以直接排放到大氣中，不會(huì)產(chǎn)生任何對(duì)大氣環(huán)境的污染。氣動(dòng)裝置用于船舶壓載水系統(tǒng)，控制閥門的速度相對(duì)較高，如果用于中小型船舶，應(yīng)安裝速度控制閥的速度調(diào)節(jié)控制。由于氣體氣動(dòng)裝置在過(guò)程中使用時(shí)可以壓縮、關(guān)閉啟動(dòng)裝置，可以對(duì)船舶壓載水系統(tǒng)起緩沖作用，這非常有利于壓載水系統(tǒng)的安全使用。

3.4液壓裝置

兩種液壓鋼的液壓裝置結(jié)構(gòu)和液壓馬達(dá)執(zhí)行結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)液壓往復(fù)運(yùn)動(dòng)，液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)致密，體積小，傳動(dòng)穩(wěn)定性和可靠性高，可適用于壓載水系統(tǒng)中的大直徑、高壓流體管道。采用液壓裝置使用壓載水系統(tǒng)，應(yīng)相應(yīng)配置液壓泵站，并需要嚴(yán)格調(diào)節(jié)液壓泵與液壓裝置的距離，避免管道泄漏問(wèn)題造成很大的環(huán)境污染事故。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，作為船舶壓載水系統(tǒng)的基本組成部分，閥門驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)用的合理性和水平直接影響著船舶壓載水系統(tǒng)的運(yùn)行安全。閥門驅(qū)動(dòng)裝置一旦不適合船舶壓載水系統(tǒng)，將不可避免地降低船舶壓載水系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。目前，由于船舶壓載水系統(tǒng)中出現(xiàn)了閥門驅(qū)動(dòng)裝置，傳統(tǒng)的手動(dòng)控制方法已逐漸被取代。在使用閥門驅(qū)動(dòng)裝置輔助船舶壓載水系統(tǒng)時(shí)，不僅要嚴(yán)格控制閥門驅(qū)動(dòng)裝置的質(zhì)量，還要根據(jù)船舶壓載水系統(tǒng)的應(yīng)用類型和特點(diǎn)選擇閥門驅(qū)動(dòng)裝置水系統(tǒng)。氣動(dòng)裝置，保證壓載水系統(tǒng)閥門控制的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

[1]路海晉.李曉晨.船舶壓載水系統(tǒng)閥門驅(qū)動(dòng)裝置的現(xiàn)狀[J].黑龍江科技信息，2015（24）：16-18.

[2]蔡琴.范鈞.應(yīng)用于船舶的電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)[J].船舶科學(xué)技術(shù)，2016（8）：13-17.

[3]林銳，李瑋，陳濤等.船舶壓載水系統(tǒng)閥門驅(qū)動(dòng)裝置的現(xiàn)狀[J].流體傳動(dòng)與控制，2009（6）：53.