增強(qiáng)船舶液壓舵機(jī)安全性配置關(guān)鍵點(diǎn)

廣西北海船舶檢驗(yàn)中心 馮福欽

船舶操舵系統(tǒng)是一個(gè)重要的控制系統(tǒng)，其性能直接影響船舶航行的操縱性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。舵機(jī)對(duì)于船舶來說具有重要的方向控制作用，舵機(jī)的工作效能及穩(wěn)定性與船舶航行安全性有著緊密的關(guān)系。雖然舵機(jī)運(yùn)行的原理比較復(fù)雜，但在了解其總體結(jié)構(gòu)和原理基礎(chǔ)上，我們對(duì)舵機(jī)采取下述的一系列安全性配置的關(guān)鍵措施，不僅可以提高船舶的操縱性，還可以大幅度地提高液壓舵機(jī)的安全性及可靠性，為船舶安全航行及作業(yè)保駕護(hù)航。

增設(shè)兩套相互獨(dú)立的動(dòng)力系統(tǒng)

動(dòng)力設(shè)備一般指電動(dòng)機(jī)、與電動(dòng)機(jī)相連接的泵及主機(jī)通過皮帶輪連接的主機(jī)帶泵。附件一般指為動(dòng)力設(shè)備提供液壓油的油箱、油箱上的空氣濾清器、濾油器、液位報(bào)警器、液位液溫計(jì)等附件，以及換向閥、溢流閥、舵機(jī)專用閥等液壓元件。在船舶航行中，舵機(jī)有可能出現(xiàn)故障，造成故障的原因有很多。當(dāng)其管系或1臺(tái)動(dòng)力設(shè)備發(fā)生單項(xiàng)故障時(shí)，缺陷就能被隔離，繼續(xù)操舵以保證船舶能正常航行，所以有必要設(shè)置兩套獨(dú)立的動(dòng)力設(shè)備及附件與管路。

換取自動(dòng)隔離閥

自動(dòng)隔離對(duì)舵機(jī)能及時(shí)隔離故障，并迅速轉(zhuǎn)換到另一套系統(tǒng)繼續(xù)航行十分關(guān)鍵。對(duì)于老款的舵機(jī)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，船員從駕駛室跑到船尾的舵機(jī)艙，分別打開左右舵機(jī)艙艙蓋，到關(guān)掉故障管路或設(shè)備的手動(dòng)隔離閥，所需時(shí)間約5分鐘，這段時(shí)間船舶航行方向處于失控狀態(tài)，導(dǎo)致發(fā)生撞船、撞橋墩等海上交通安全事故的概率非常大。因此，有必要對(duì)舵機(jī)產(chǎn)生的故障及時(shí)隔離，所以采用了自動(dòng)隔離閥，當(dāng)轉(zhuǎn)換動(dòng)力設(shè)備時(shí)，自動(dòng)隔離非工作設(shè)備和管路，無需額外操作，簡(jiǎn)單便捷，安全性較好。

使用舵機(jī)專用閥

圖1 自動(dòng)隔離閥原理圖

圖2 舵機(jī)專用閥原理圖

當(dāng)船舶在風(fēng)暴中航行或在下急流河灘時(shí)，舵桿上將受到負(fù)力矩的作用，若外界干擾能量較大且方向與舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，專用閥中的單向閥起到止回作用，切斷油缸和油泵之間的聯(lián)系，有效防止油泵變成油馬達(dá)。若外界負(fù)力矩的方向與舵葉的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致時(shí)，使油缸的活塞加速，當(dāng)油泵來不及供油時(shí)，液壓系統(tǒng)則產(chǎn)生抽空現(xiàn)象，大量空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)中，產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)和噪音，在這種負(fù)力矩下，油缸活塞移動(dòng)加速，進(jìn)油腔的壓力降低，出油腔油壓迅速增高，此時(shí)專用閥回流通道面積會(huì)逐漸減小，起到節(jié)流作用，以達(dá)到平衡，避免活塞產(chǎn)生一步一停的“頓舵”、振動(dòng)和噪聲現(xiàn)象。但此處要注意，如為節(jié)省生產(chǎn)成本，采用雙向液壓鎖、液控單向閥等元件代替舵機(jī)專用閥，無法起到克服負(fù)扭矩等工況的作用，會(huì)增加船舶航行安全隱患，這種方法絕不可取。

主機(jī)怠速時(shí)保證轉(zhuǎn)舵時(shí)間

船舶在進(jìn)出港、停靠岸、轉(zhuǎn)彎掉頭等操舵工況時(shí)，主機(jī)一般是處于怠速運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)要確保液壓舵機(jī)轉(zhuǎn)舵時(shí)間符合≤20秒的要求，具體的做法一般是加大主機(jī)泵的排量，充分考慮船舶在正常航行過程主機(jī)轉(zhuǎn)速與怠速的變化范圍，做好主機(jī)皮帶輪與帶泵皮帶輪的合理配比，既能滿足主機(jī)怠速時(shí)舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵時(shí)間，又能滿足船舶正常航行時(shí)不超出主機(jī)帶泵的額定轉(zhuǎn)速。在正常航行時(shí)，若轉(zhuǎn)舵時(shí)間過快，此時(shí)駕駛員可以通過手動(dòng)轉(zhuǎn)向器，改變操舵的轉(zhuǎn)速來控制進(jìn)入轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的流量，從而得到合適的轉(zhuǎn)舵速度。

各部件流量的校核

在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，當(dāng)管道內(nèi)液流速度發(fā)生急劇變化時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生壓力劇烈變化，形成很高的壓力峰值，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊，液壓沖擊的危害性很大，不但使系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，而且導(dǎo)致液壓元件、密封裝置等的損壞。液壓元件、管路及接頭的流量校核極為重要，一般不應(yīng)低于泵流量的110%，并且壓力的升高不應(yīng)超過安全閥整定壓力的10%。特別注意的是，由于主機(jī)帶泵存在流量變化，校核應(yīng)根據(jù)最大航行轉(zhuǎn)速時(shí)油泵的流量計(jì)算來選取，否則很容易造成背壓過高、系統(tǒng)噪聲過大、發(fā)熱嚴(yán)重、機(jī)帶泵停轉(zhuǎn)等問題，嚴(yán)重影響液壓舵機(jī)的安全性，進(jìn)而容易引起船舶航行的安全隱患。

設(shè)置高位連通管

圖3 獨(dú)立油箱間設(shè)置高位連通管

圖4 推舵裝置整體

液壓舵機(jī)的液壓元件結(jié)構(gòu)多為滑閥型，閥芯與閥體間無密封圈密封，只靠配合面機(jī)械密封，配合間隙為0.008～0.012mm。這種結(jié)構(gòu)勢(shì)必會(huì)由于閥芯與閥體間的間隙、管路壓力等原因，有微量的內(nèi)滲漏，從而導(dǎo)致其中一套動(dòng)力設(shè)備的油箱液壓油滲漏到另一套動(dòng)力設(shè)備的油箱中。故兩個(gè)油箱的安裝應(yīng)保證液壓油液面在同一水平面，且兩個(gè)油箱間應(yīng)設(shè)置高位連通管，以保證兩油箱液壓油液面保持平衡。

液壓系統(tǒng)的清潔性

液壓油的清潔是液壓系統(tǒng)順暢運(yùn)行的關(guān)鍵，舵機(jī)也不例外，在舵機(jī)制造、安裝和使用過程中，有幾個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)需要把控好：一是在液壓元件裝配前，采用抹拭、清洗、鉸刀、壓縮空氣的措施，把粉塵、焊渣毛刺、鉆孔鐵屑等去除；二是管路內(nèi)部需要經(jīng)過酸洗、中和等清洗工藝；三是在工廠做好產(chǎn)品的制造工藝的同時(shí)，也需培養(yǎng)出合格的制造、檢驗(yàn)、安裝人員，生產(chǎn)出的產(chǎn)品需通過檢驗(yàn)員質(zhì)量檢測(cè)合格后，方能出廠使用；四是在用戶的使用過程中，除進(jìn)行正常的維護(hù)保養(yǎng)外，對(duì)液壓油的清潔度也應(yīng)該時(shí)刻關(guān)注，并及時(shí)按照說明書對(duì)液壓油進(jìn)行有效的過濾及更換。