張瑞強(qiáng)，毛振東

（中石化海洋石油工程有限公司，上海 201208）

1 側(cè)推進(jìn)器螺距反饋單元概況

1.1 組成結(jié)構(gòu)

側(cè)推進(jìn)器螺距反饋單元通常由伺服油缸、連桿、球關(guān)節(jié)、液壓軟管、電位計(jì)連桿、電位計(jì)、螺距控制連桿等部件構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 側(cè)推進(jìn)器螺距反饋單元結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

側(cè)推進(jìn)器螺距反饋單元屬于典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。所謂閉環(huán)控制系統(tǒng)就是控制系統(tǒng)的一種類型，具體內(nèi)容是指，把控制系統(tǒng)輸出量的一部分或全部，通過一定方法和裝置反送回系統(tǒng)的輸入端，然后將反饋信息與原輸入信息進(jìn)行比較，再將比較的結(jié)果施加于系統(tǒng)進(jìn)行控制，避免系統(tǒng)偏離預(yù)定目標(biāo)。閉環(huán)控制系統(tǒng)利用的是負(fù)反饋。即是由信號正向通路和反饋通路構(gòu)成閉合回路的自動控制系統(tǒng)，又稱反饋控制系統(tǒng)[1]。一個常見的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的基本組成可以用圖2所示的框圖表示。

圖2 閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)基本組成框圖

在圖2中，給定值給出與期望輸出對應(yīng)的輸入量；比較單元運(yùn)算出給定值與反饋值的偏差，一般采用集成運(yùn)算放大器(簡稱集成運(yùn)放)來實(shí)現(xiàn)；控制器控制執(zhí)行器，執(zhí)行器直接驅(qū)動被控對象，使輸出量發(fā)生變化，常被用作為執(zhí)行器的有電動機(jī)、調(diào)節(jié)閥、液壓馬達(dá)等；反饋單元檢測被控對象的輸出量并轉(zhuǎn)換為所需要的電信號。在控制系統(tǒng)中常用的有用于速度檢測的測速發(fā)電機(jī)、光電編碼盤等；用于位置與角度檢測的旋轉(zhuǎn)變壓器、自整機(jī)等；用于電流檢測的互感器及用于溫度檢測的熱電偶等。這些檢測裝置一般都將被檢測的物理量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的連續(xù)或離散的電壓或電流信號[2]。

當(dāng)操縱臺通過操作手柄給出改變螺距的信號，該信號經(jīng)控制板運(yùn)算后輸出24 V直流電壓信號，電壓信號控制伺服控制閥通斷，液壓油經(jīng)由液壓軟管進(jìn)入伺服油缸，推動活塞和油缸頂桿動作，油缸頂桿通過螺栓與螺距控制連桿相連，螺距控制連桿通過水下機(jī)械結(jié)構(gòu)與側(cè)推進(jìn)器槳葉相連，油缸頂桿驅(qū)動螺距控制連桿左右移動，通過上述步驟實(shí)現(xiàn)了改變側(cè)推進(jìn)器螺距的目的。螺距反饋電位計(jì)經(jīng)由電位計(jì)連桿、螺栓、連桿、球關(guān)節(jié)、螺栓等部件和螺距控制連桿相連，通過這一結(jié)構(gòu)可以將螺距控制連桿的擺動角度即螺距變化幅度精確地轉(zhuǎn)變成反饋電位計(jì)的轉(zhuǎn)動角度。反饋電位計(jì)將角度變化轉(zhuǎn)變成電阻阻值變化，讓螺距變化幅度能夠被精確測量。

在上述過程中，操縱手柄給出的信號是給定值，控制板屬于控制器，伺服控制閥和伺服油缸等屬于執(zhí)行器，側(cè)推進(jìn)器的槳葉便是被控對象，螺距反饋電位計(jì)屬于反饋單元，而槳葉的變化量正是輸出量。由此可以確定側(cè)推進(jìn)器螺距反饋單元是一個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2 如何確定螺距的實(shí)際零位（機(jī)械零位）

進(jìn)行螺距零位調(diào)節(jié)之前，需要確定側(cè)推進(jìn)器的實(shí)際零位，即機(jī)械零位。通常有2種方法可以用來確定實(shí)際零位：最小電流法和目測法。

2.1 最小電流法

所謂最小電流法就是利用鉗形電流表找到側(cè)推進(jìn)器運(yùn)轉(zhuǎn)時的最小工作電流，此時推進(jìn)器槳葉正好在實(shí)際零位。具體步驟如下：首先根據(jù)說明書計(jì)算出側(cè)推進(jìn)器的最大工作電流，并以此選擇鉗形電流表的量程。以ULSTEIN 150 TV-A型側(cè)推進(jìn)器為例，其額定功率為590 kW，額定工作電壓為440 V，功率因數(shù)（cosφ）取值0.8，三相電動機(jī)有功功率計(jì)算公式：

由此可以確定鉗形電流表的量程應(yīng)該選擇大于或等于1000 A檔；然后將側(cè)推進(jìn)器置于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，將操作手柄放在零位，使用鉗形電流表鉗住側(cè)推進(jìn)器馬達(dá)的任意一相電源線。先向右側(cè)操縱手柄，每次移動1%螺距，移動5次左右即可，將手柄歸0，再向左側(cè)操縱手柄，方法同右側(cè)。通過上述操作可以得到11個電流值數(shù)據(jù)，比對這組數(shù)據(jù)并找到最小值，該數(shù)值對應(yīng)的螺距即是側(cè)推進(jìn)器的零位螺距。此時雖然找到了側(cè)推進(jìn)器的實(shí)際零位，但仍需重復(fù)一遍上述操作，當(dāng)鉗形電流表再次測量到最小電流值時，通知手柄操作人員保持手柄在當(dāng)前位置。同時記錄伺服油缸的當(dāng)前狀態(tài)，可以采用2種方法，一種是使用鋼尺測量油缸頂桿的頂出長度，另外一種是標(biāo)記螺距控制連桿自由端在地面上投影的位置。雖然使用鋼尺測量油缸頂桿頂出長度這個方法精確度更高，但在校準(zhǔn)螺距時需要2人配合才能完成，而螺距反饋單元位于側(cè)推進(jìn)器馬達(dá)下方，周圍空間狹小，很難容納2個人同時工作，因此一般采用標(biāo)記地面投影這種方法來記錄側(cè)推進(jìn)器的實(shí)際零位。

2.2 目測法

所謂目測法，顧名思義就是使用眼睛直接觀察側(cè)推進(jìn)器槳葉的位置。啟動側(cè)推進(jìn)器的伺服油泵（不需要啟動側(cè)推進(jìn)器馬達(dá)），使螺距控制單元處于可用狀態(tài)。在駕駛臺操縱側(cè)推手柄，調(diào)整側(cè)推進(jìn)器槳葉位置，直到槳葉上的零位標(biāo)識和槳轂上的零位標(biāo)識對齊。使用標(biāo)記螺距控制桿自由端在地面投影這個方法記錄此時伺服油缸的狀態(tài)。該方法有較大的局限性，因?yàn)閭?cè)推進(jìn)器位于水面以下，平時不可能使用肉眼直接觀察，僅能在船舶進(jìn)塢修理船身露出水面時使用。該方法可以直接觀察到槳葉和槳轂上的刻度值，準(zhǔn)確性高，在具備條件時推薦優(yōu)先使用。

3 螺距零位校準(zhǔn)過程

校準(zhǔn)之前理解一個原理，這個原理可以使用公式簡單表達(dá)，公式如下：

式中：給定量來自于操作手柄，反饋量來自于螺距反饋電位計(jì)，這兩者的差值便是執(zhí)行量。當(dāng)操作手柄在零位即給定量為0時，螺旋槳槳葉卻不在零位（機(jī)械零位未在零位），這意味著該閉環(huán)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行量不等于0。根據(jù)公式（2）可知，當(dāng)給定量等于零而執(zhí)行量不等于0時，那么反饋量一定不等于0。若要執(zhí)行量也等于0，就要調(diào)整反饋量，即調(diào)節(jié)反饋電位計(jì)。

調(diào)節(jié)步驟如下： 1）啟動側(cè)推進(jìn)器伺服油泵馬達(dá)（禁止啟動主馬達(dá)），使側(cè)推進(jìn)器螺距操縱及反饋單元處于工作狀態(tài)。2）打開反饋電位計(jì)保護(hù)盒，使反饋電位計(jì)及鎖緊螺絲曝露出來，以方便調(diào)整反饋電位計(jì)。 3）找到地面上的實(shí)際零位標(biāo)識，此時看到螺距控制連桿的自由端并未對齊實(shí)際零位標(biāo)識。 4）松開反饋電位計(jì)的4顆固定螺絲，向任意方向緩慢轉(zhuǎn)動反饋電位計(jì)，觀察螺距控制連桿自由端的動作方向，反復(fù)調(diào)整，直至其與地面上的實(shí)際零位標(biāo)識對齊。5）上緊固定反饋電位計(jì)的4顆螺絲，并將保護(hù)盒安裝到位。

以上校準(zhǔn)方法通用性強(qiáng)，幾乎適用于所有使用電位計(jì)作為反饋單元的變距槳推進(jìn)器的螺距零位校準(zhǔn)。另外，在調(diào)節(jié)過程中有些情況要避免出現(xiàn)，例如轉(zhuǎn)動電位計(jì)時不小心將其拔出，這時反饋量將不再改變，變成恒定值，這樣會造成系統(tǒng)中始終存在執(zhí)行量，也就意味著伺服油缸將會向著某個方向一直動作，極有可能對伺服油缸造成損壞。一旦出現(xiàn)這種情況，需要立即停掉伺服油泵馬達(dá)，小心將反饋電位計(jì)裝回原位，確認(rèn)旋轉(zhuǎn)齒輪嚙合后再進(jìn)行下面的操作。

4 螺距指示單元校準(zhǔn)

ULSTEIN 150 TV-A型側(cè)推進(jìn)器的螺距指示單元通常由多塊控制板、反饋電位計(jì)、螺距表等構(gòu)成[3]。該系統(tǒng)中使用的反饋電位計(jì)是多層共軸電位計(jì)，第一層用于反饋螺距變化，第二層用于指示螺距變化，第三層備用。因其共軸，所以在調(diào)整螺距零位時用來指示螺距變化的第二層也會跟隨改變。此時，雖然操作手柄指示螺距和槳葉實(shí)際螺距是一致的，但螺距表的指示是錯誤的，這就需要對螺距指示單元進(jìn)行調(diào)整。

4.1 螺距控制板單元校準(zhǔn)

1）找到控制板MEA403的2C針腳（pin）引出線，并在整個調(diào)整過程中使用萬用表直流電壓檔測量其電壓值。

2）將側(cè)推進(jìn)器操縱權(quán)限轉(zhuǎn)至駕控臺主面板，將操作手柄轉(zhuǎn)至右舷滿螺距位置，調(diào)整控制板MEB110上的P5滑動變阻器，直到萬用表測量到+10 V電壓；將操作手柄轉(zhuǎn)至左舷滿螺距位置，調(diào)整控制板MEB110上的P6滑動變阻器，直到萬用表測量到-10 V電壓。

3）將側(cè)推進(jìn)器操縱權(quán)限轉(zhuǎn)至駕控臺伺服面板，將操作手柄轉(zhuǎn)至右舷滿螺距位置，調(diào)整控制板MEB110上的P7滑動變阻器，直到萬用表測量到+10 V電壓；將操作手柄轉(zhuǎn)至左舷滿螺距位置，調(diào)整控制板MEB110上的P8滑動變阻器，直到萬用表測量到-10 V電壓。

4.2 螺距表校準(zhǔn)

1臺側(cè)推進(jìn)器通常包含3臺螺距表：機(jī)旁螺距表、前操縱臺螺距表以及后操縱臺螺距表。螺距表的本質(zhì)是直流電壓表，它的工作原理是利用電流的磁效應(yīng)，當(dāng)線圈中有電流通過時，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，而旋轉(zhuǎn)力與扭簧之間達(dá)到一種平衡，指針就會指向某個讀數(shù)。螺距表指針延伸末端有一個旋鈕，叫做機(jī)械調(diào)零旋鈕，用來進(jìn)行機(jī)械調(diào)零。

當(dāng)側(cè)推進(jìn)器操作手柄在零位，而螺距表指針不在0位時，便需要對螺距表進(jìn)行調(diào)零操作。

首先使用萬用表的直流電壓檔測量螺距表的輸入電壓是否是0 V。若輸入電壓為0，則需要進(jìn)行機(jī)械調(diào)零操作，使用螺絲刀調(diào)整機(jī)械調(diào)零旋鈕，直至指針指向零位即可；若輸入電壓不為0，則需進(jìn)行上述4.1螺距控制板單元校準(zhǔn)，調(diào)整至螺距表輸入電壓為0。然后繼續(xù)觀察螺距表指針是否在零位，若在零位則無需進(jìn)行調(diào)零操作，若不在零位，調(diào)整機(jī)械零位旋鈕使指針至零位即可。

以上便是ULSTEIN 150 TV-A型側(cè)推進(jìn)器螺距指示單元的校準(zhǔn)過程。

5 結(jié)語

精準(zhǔn)的螺距零位對保護(hù)側(cè)推進(jìn)器安全、延長側(cè)推進(jìn)器壽命具有重要意義，管理人員應(yīng)定期對螺距反饋單元進(jìn)行檢查，確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行。除此之外，定期化驗(yàn)油樣及時更換液壓油，定期檢查伺服油缸、反饋電位計(jì)的固定螺絲等措施同樣重要，多措并舉方能保證船舶側(cè)推進(jìn)器的工況處于理想狀態(tài)，進(jìn)而給船舶安全營運(yùn)創(chuàng)造良好的設(shè)備環(huán)境。