為保證中央冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定工作，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和節(jié)能效果，對(duì)某綜合電力推進(jìn)船中央冷卻系統(tǒng)，采用自力式調(diào)節(jié)閥與PLC自動(dòng)控制相結(jié)合的控制技術(shù)作了綜合分析及應(yīng)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(tǒng)。綜合電力推進(jìn)艦船，由于需要冷卻的設(shè)備多，布置分散，工況又比較復(fù)雜，中央冷卻系統(tǒng)需采用自力式調(diào)節(jié)閥與PLC(可編程控制器)相結(jié)合的自動(dòng)控制，這樣既能保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，大大縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，又能顯著提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和節(jié)能效果。因此開(kāi)展中央冷卻系統(tǒng)及其控制技術(shù)的研發(fā)，對(duì)開(kāi)拓和完善動(dòng)力保障系統(tǒng)，提高艦船的自動(dòng)化水平大有裨益。

1、中央冷卻系統(tǒng)

　　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(tǒng)。推進(jìn)裝置供電和日常低壓配電，均由中壓供電系統(tǒng)提供。為此在前后發(fā)電機(jī)艙各設(shè)一套中央冷卻分站，組成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立，又有一定冗余度的中央冷卻系統(tǒng)。

　　中央冷卻系統(tǒng)見(jiàn)圖1。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

　　1)需要冷卻的設(shè)備數(shù)量多，熱交換負(fù)荷大。中央冷卻系統(tǒng)為中壓供電系統(tǒng)設(shè)備，推進(jìn)裝置設(shè)備及其他輔助系統(tǒng)設(shè)備提供不大于36℃的低溫冷卻水，服務(wù)的設(shè)備多達(dá)59臺(tái)，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(fù)荷高達(dá)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(tǒng);

　　2)由于需要冷卻的設(shè)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(tǒng)設(shè)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(shè)備配置，主發(fā)電機(jī)組等專(zhuān)項(xiàng)設(shè)備還自配冷卻泵，其余設(shè)備由系統(tǒng)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(fù)荷的設(shè)備(4臺(tái)主發(fā)電機(jī)組)，熱交換負(fù)荷占了80%，由于其使用臺(tái)數(shù)受電力推進(jìn)裝置功率管理系統(tǒng)的指令進(jìn)行自動(dòng)控制增/減機(jī)，從而會(huì)導(dǎo)致熱交換負(fù)荷的突變，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作帶來(lái)較大的干擾，因此中央冷卻系統(tǒng)必須具有良好的適應(yīng)能力。

圖1 相對(duì)獨(dú)立式中央冷卻系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)傳輸功能于一體，能對(duì)電動(dòng)三通閥的開(kāi)度，海水冷卻泵的使用臺(tái)數(shù)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(shè)定的范圍之內(nèi)。

　　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(diào)節(jié)閥來(lái)完成。

2、自力式調(diào)節(jié)閥

　　自力式調(diào)節(jié)閥是一種無(wú)需外來(lái)能源，利用閥前/后被調(diào)介質(zhì)自身內(nèi)置的控制彈簧變化的反饋信號(hào)、傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)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(jié)能器具，具有測(cè)量、執(zhí)行、控制一體化的功能。在艦船中央冷卻系統(tǒng)的過(guò)程控制方面應(yīng)用自力式調(diào)節(jié)閥是一次成功的拓展。

　　4組自力式流量調(diào)節(jié)閥裝設(shè)在由系統(tǒng)冷卻水泵提供冷卻水的設(shè)備進(jìn)口處。閥前后的有效壓力差已調(diào)定，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載變化時(shí)，一定流量的介質(zhì)經(jīng)過(guò)由內(nèi)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(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，能保持每組設(shè)備有恒定的冷卻水量。彌補(bǔ)了以往用節(jié)流孔板時(shí)需不斷修改孔徑、系統(tǒng)重復(fù)調(diào)試的不足，自力式流量調(diào)節(jié)閥見(jiàn)圖2。

　　13組自力式壓力調(diào)節(jié)閥裝設(shè)在自備冷卻水泵的專(zhuān)用設(shè)備出口處及前后中央冷卻分站回水管上。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載變化，控制的壓力超過(guò)設(shè)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(dá)到新的平衡。壓力可通過(guò)設(shè)定調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，能自動(dòng)保持每組設(shè)備前后的壓差恒定，以保持系統(tǒng)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(tái)設(shè)備自備冷卻水泵(總排量達(dá)1300m3/h)與2臺(tái)系統(tǒng)冷卻水泵(總排量為290m3/h)，在各種復(fù)雜工況下多臺(tái)大小水泵必須并聯(lián)運(yùn)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(diào)節(jié)閥見(jiàn)圖3。

1—限流器;2—閥體;3—閥座;4—閥軸;5—閥帽;6—驅(qū)動(dòng)器外殼;7—壓制膜片;8—波紋管

圖2 自力式流量調(diào)節(jié)閥

1—閥體;2—閥座;3—閥軸;4—驅(qū)動(dòng)器外殼;5—壓制膜片;6—設(shè)定彈簧;7—調(diào)定調(diào)節(jié);8—接口脈沖管;9—波紋管

圖3 自力式壓差調(diào)節(jié)閥

3、結(jié)語(yǔ)

　　自力式調(diào)節(jié)閥與PLC自動(dòng)控制相結(jié)合的中央冷卻控制裝置已有多套裝船實(shí)用。性能穩(wěn)定，工作正常。采用自力式調(diào)節(jié)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(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，調(diào)試簡(jiǎn)單，方便，實(shí)用，縮短了試驗(yàn)周期。自力式調(diào)節(jié)閥投入使用后，一般維護(hù)工作量很少，僅需經(jīng)常觀察閥前后的壓力表即可，節(jié)省人力物力，同時(shí)減輕了艦員的工作強(qiáng)度，在集控臺(tái)模擬板上即可自動(dòng)控制。