李振偉,李續(xù)光,盧曉偉

(青島雙瑞海洋環(huán)境工程股份有限公司,山東 青島 266101)

根據(jù)《2004年國(guó)際船舶壓載水及其沉積物控制和管理公約》,船舶為了滿足D-2壓載水排放性能標(biāo)準(zhǔn),防止生物入侵,必須安裝壓載水處理系統(tǒng),對(duì)壓載水進(jìn)行滅菌處理來(lái)滿足規(guī)范要求。蝶閥由于其本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作力矩小、安裝空間小,且其流量系數(shù)大、成本較低、性價(jià)比高,適用于低壓流體輸送,通過(guò)與遙控裝置搭配,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)功能,滿足船舶壓載水處理系統(tǒng)自動(dòng)化平穩(wěn)運(yùn)行要求;因此,遙控蝶閥普遍應(yīng)用于壓載水處理系統(tǒng)管路中,是其重要組成部分。

壓載水處理系統(tǒng)中常用的主要有開(kāi)關(guān)型和調(diào)節(jié)型兩種遙控蝶閥,通常要求兩種遙控蝶閥都帶有手輪,當(dāng)閥門(mén)遙控裝置出現(xiàn)故障時(shí),可以進(jìn)行手動(dòng)操作。正常運(yùn)行情況下,在管路上布置遙控開(kāi)關(guān)型蝶閥能夠減少人力操作、省時(shí)省力,不需要船員去現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟閉閥門(mén),大大提高了工作效率,是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化的有力保障;遙控調(diào)節(jié)蝶閥除了具備基本的開(kāi)關(guān)功能,還起到調(diào)節(jié)流量的作用,如壓載水處理系統(tǒng)中布置在自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器后的調(diào)節(jié)蝶閥既能調(diào)節(jié)主管路流量,使主管路流量在壓載水處理系統(tǒng)額定處理范圍內(nèi),也能確保自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器進(jìn)行反沖洗時(shí),通過(guò)閥門(mén)的調(diào)節(jié)作用,調(diào)節(jié)過(guò)濾器出口壓力,提高反沖洗壓差,使過(guò)濾器具有良好的反沖洗效果,使系統(tǒng)能更加平穩(wěn)運(yùn)行[1]。

此外,從系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定和安全方面考慮,規(guī)定遙控蝶閥失去能源后需要進(jìn)行的動(dòng)作,提高系統(tǒng)可靠性,減少人為操作;如在次氯酸鈉或其他腐蝕性、氧化性強(qiáng)等介質(zhì)的管路上布置單作用的遙控開(kāi)關(guān)或調(diào)節(jié)蝶閥,當(dāng)遙控蝶閥失去動(dòng)力來(lái)源時(shí),閥門(mén)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉,阻斷介質(zhì)的流動(dòng),提高系統(tǒng)的安全性。

1 不同種類遙控蝶閥的原理及特點(diǎn)

目前遙控蝶閥按照閥門(mén)驅(qū)動(dòng)型式分為電動(dòng)遙控蝶閥、氣動(dòng)遙控蝶閥、液動(dòng)遙控蝶閥、電液式遙控蝶閥。遙控蝶閥應(yīng)用普遍,技術(shù)也已基本成熟,但是不同類型的驅(qū)動(dòng)方式,原理不同,各有優(yōu)缺點(diǎn),需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行要求以及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件選擇合適的遙控蝶閥。

1.1 電動(dòng)遙控蝶閥

電動(dòng)開(kāi)關(guān)蝶閥主要由電動(dòng)開(kāi)關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、蝶閥和手輪組成,如圖1所示;電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥主要由電動(dòng)調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、蝶閥和手輪組成,如圖2所示;電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)常用的電制有直流24 V,交流220,380 V等,信號(hào)一般是4～20 mA等模擬量信號(hào)。電動(dòng)開(kāi)關(guān)蝶閥是以電能作為驅(qū)動(dòng)力,電動(dòng)執(zhí)行機(jī)使閥板繞軸在0～90°區(qū)間做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥主要是通過(guò)接收4～20 mA模擬量信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)閥板,使閥板到達(dá)指定位置,實(shí)現(xiàn)較為精確的控制閥門(mén)開(kāi)度[2]。根據(jù)蝶閥的流量特性,閥門(mén)閥板在30°～70°區(qū)間運(yùn)動(dòng)時(shí),調(diào)節(jié)性能最好,能夠達(dá)到較為理想的調(diào)節(jié)精度,以更好地達(dá)到控制流量及流體壓力的目的;在海洋環(huán)境中,由于環(huán)境潮濕,對(duì)電氣部件有較大挑戰(zhàn)性,電動(dòng)蝶閥頻繁動(dòng)作,故障率會(huì)較高,后期維護(hù)、保養(yǎng)成本會(huì)較高。

圖1 電動(dòng)開(kāi)關(guān)蝶閥

圖2 電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥

1.2 氣動(dòng)遙控蝶閥

氣動(dòng)開(kāi)關(guān)蝶閥主要由閥體、氣缸、限位開(kāi)關(guān)、電磁閥、空氣調(diào)壓過(guò)濾器和手動(dòng)操作器組成,如圖3所示;若閥門(mén)需要控制閥門(mén)啟閉速度,可增加慢開(kāi)模塊,慢開(kāi)模塊可以有效避免由于突然打開(kāi)閥門(mén),造成的水錘效應(yīng),有利于保護(hù)設(shè)備;氣動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥主要由閥體、氣缸、定位器、空氣調(diào)壓過(guò)濾器和渦輪(手輪)組成,如圖4所示。氣源壓力為0.6～1.0 MPa,通過(guò)空氣調(diào)壓過(guò)濾器調(diào)節(jié)到0.5 MPa左右,進(jìn)入氣缸,在定位器或限位開(kāi)關(guān)的共同作用下,驅(qū)動(dòng)閥門(mén)到指定位置。閥門(mén)若要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)動(dòng)作,需要選擇智能型定位器,而不是機(jī)械式調(diào)節(jié)的定位器;為了系統(tǒng)安全,氣動(dòng)閥門(mén)失電和失氣時(shí)一般會(huì)要求閥門(mén)保持特定動(dòng)作,例如氣動(dòng)單作用蝶閥可要求實(shí)現(xiàn)失電、失氣時(shí)閥門(mén)保持開(kāi)啟/關(guān)閉的狀態(tài),氣動(dòng)雙作用蝶閥可實(shí)現(xiàn)失電閥門(mén)開(kāi)啟/關(guān)閉的狀態(tài),失氣時(shí)閥門(mén)保持原位。

圖3 氣動(dòng)開(kāi)關(guān)蝶閥

圖4 氣動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥

1.3 電液式遙控蝶閥

電液式蝶閥由閥門(mén)、馬達(dá)、液壓泵、油箱、控制模塊組成,采用泵控液壓缸的模式,集成到驅(qū)動(dòng)頭內(nèi)部,使其兼有液壓驅(qū)動(dòng)力矩大、均勻和電氣反應(yīng)時(shí)間短的特點(diǎn)。電液式蝶閥通過(guò)電液式執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá),液壓伺服缸驅(qū)動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。電液式蝶閥是一種“一控一”模式,即一套液壓系統(tǒng)控制一臺(tái)蝶閥動(dòng)作。

1.4 液壓式遙控蝶閥

液壓式遙控蝶閥主要由蝶閥、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成,液壓蝶閥運(yùn)行還需要液壓泵站、電磁閥箱和蓄壓器等。其工作原理是由液壓泵站將液壓油通過(guò)管路輸送到蓄壓器,然后通過(guò)電磁換向閥換向、蓄壓器作用等,使液壓油流向特定管路,從而使閥門(mén)完成指定動(dòng)作,完成蝶閥的打開(kāi)或關(guān)閉。液壓式遙控蝶閥屬于“一控多”模式,通過(guò)一臺(tái)液壓系統(tǒng)控制若干臺(tái)蝶閥啟閉,與電液式蝶閥的“一控一”模式有較為明顯區(qū)別;電磁閥箱是液壓蝶閥系統(tǒng)不可缺少的部分,此外還需要布置液壓管路、液壓動(dòng)力泵等,布置繁瑣、成本較高,但是其受海洋環(huán)境影響小,適合船舶工作環(huán)境,因此,在船舶上被廣泛應(yīng)用。

2 四種遙控閥門(mén)優(yōu)缺點(diǎn)

根據(jù)閥門(mén)驅(qū)動(dòng)裝置的作用原理,可分為電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)、電液式遙控蝶閥,4種遙控蝶閥的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示[3-5]。

3 船舶壓載水系統(tǒng)中遙控蝶閥的實(shí)際應(yīng)用

在船舶壓載水處理系統(tǒng)中,主要由過(guò)濾單元、藥劑生成單元、中和單元三大部分組成。其中過(guò)濾單元主要包含自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器,過(guò)濾海水中的懸浮物,達(dá)到一定壓差進(jìn)行自動(dòng)反沖洗,在濾器出口設(shè)置遙控調(diào)節(jié)蝶閥,濾器反沖洗時(shí),遙控蝶閥調(diào)節(jié)流量,增大濾器出口壓力,使出口和排污口具有一定反沖洗壓差,確保濾器排污效果,這就需要遙控閥門(mén)調(diào)節(jié)精度高;在泥沙含量高區(qū)域,調(diào)節(jié)閥門(mén)動(dòng)作頻繁,對(duì)閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求進(jìn)一步提高,氣動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥選用智能型定位器,既可以滿足調(diào)節(jié)精度要求,也可以滿足閥門(mén)動(dòng)作頻繁和及時(shí)性要求;電動(dòng)式蝶閥雖然安裝簡(jiǎn)單,但在船舶海洋環(huán)境中電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性大大降低,不太適應(yīng)于用在船舶壓載水管理系統(tǒng)中;液壓式遙控蝶閥在船舶中應(yīng)用廣泛,更多的是滿足開(kāi)關(guān)功能,由于其靠液壓油和管路驅(qū)動(dòng),反饋不及時(shí),調(diào)節(jié)精度也較難把握,不建議在有高調(diào)節(jié)精度要求的管線上使用;電液式遙控蝶閥成本較高,目前在船舶上應(yīng)用條件也不成熟,系統(tǒng)復(fù)雜,故障率較高,比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力,不利于船員操作;綜上所述,結(jié)合4種遙控蝶閥的特點(diǎn),在船舶壓載水處理系統(tǒng)中,調(diào)節(jié)型閥門(mén)選用氣動(dòng)調(diào)節(jié)型蝶閥更合適,開(kāi)關(guān)型閥門(mén)可以選擇氣動(dòng)或液壓遙控型蝶閥[6-8]。

4 結(jié)論

船舶安裝壓載水處理系統(tǒng),考慮船舶環(huán)境、閥門(mén)性能方面,對(duì)于開(kāi)關(guān)型閥門(mén),選擇液壓遙控蝶閥或者氣動(dòng)開(kāi)關(guān)蝶閥性價(jià)比更高,若壓載水處理系統(tǒng)需要調(diào)節(jié)閥,動(dòng)作頻繁,運(yùn)行穩(wěn)定,且對(duì)調(diào)節(jié)精度有嚴(yán)格的要求,建議選擇氣動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥。氣動(dòng)蝶閥和液壓蝶閥從成本、安裝、穩(wěn)定性來(lái)說(shuō),適合在船舶壓載水處理系統(tǒng)中使用,電動(dòng)蝶閥和電液式蝶閥目前不適合大規(guī)模使用,在船舶上應(yīng)用故障率較高,且安裝和售后成本較高。