比例阀在船舶调距桨装置中的应用及管理

文/交通运输部上海打捞局 姜玉林

船舶的推进装置是为了保证船舶航行速度而设置的所有设备的总称，是船舶动力装置中的最主要部分，包括主机、传动设备、轴系和推进器等。船舶推进装置按传递功率方式的不同可分为：直接传动、间接传动、Z型传动、电力传动装置、调距桨装置、喷水推进器传动装置等。

船舶调距桨（可变螺距螺旋桨）推进装置的优点在于：能在所有设计工况下吸收主机的全部功率，从而提高了螺旋桨的效率；可实现船、机、桨的最佳匹配，充分发挥主机的功率，达到节能减排；在保持主机转速与转向的不变情况下，实现无级变速、停车和倒航，减少主机的启动次数，延长主机的使用寿命；提高船舶的可操纵性和机动性，并易于实现遥控等等，因而在多种船舶上得到广泛应用，其中以港内作业船舶、海洋工程船舶、海洋石油支持船（三用船）、挖泥船、拖船、中型交通运输船、海洋调查船等尤甚。

船舶的调距桨推进装置的主要缺点在于：调距桨的结构比定距桨复杂，制造成本高，维修管理要求高，对轮机管理人员的素质要求亦高。

1 船舶调距桨装置系统的组成

调距桨装置是集机械、液压、电气为一体的伺服控制系统，通常每一套调距桨装置由以下部分组成：

桨榖和桨叶。

轴系、联轴器和双油管。

配油器，其功能是把液压油经配油机构传递给桨榖油缸。

液压系统，包含泵、阀组、油箱及管路。液压系统接受电控系统的指令工作，并提供伺服油缸调节螺距所需的动力源。

电气控制系统，主要用于调距桨螺距、主机转速和主机负荷的控制、显示及报警等。其主要功能是发出调距控制指令和接收螺距发讯器的反馈信号，经计算机运行处理后，输出控制阀的信号，以实现对桨叶螺距的连续、精确的控制。

螺距发讯器主要功能是给出桨叶螺距位置的反馈装置。通常装在配油器上，为电气控制提供桨叶螺距位置的反馈信号。

2 比例阀对调距桨推进装置的作用

比例阀是实行电液信号的转换，起到液压系统和电气控制系统的桥梁作用。在系统中，该比例阀又称电液伺服阀、微量阀，虽然习惯上常用“微量阀”为多，但称比例阀更科学、贴切，故下文中以“比例阀”称之。

比例阀根据放大器板输出信号的大小和极性调节液压油的流量和流向，使伺服油缸的活塞速度和运动方向发生变化，带动配油阀偏离中央位置。此时具有一定压力油进入动力油缸的相应工作空间（另一空间回油），推动动力活塞。动力活塞移动带动调距杆（动力活塞杆），继而通过转叶机构使桨叶转到相应的角度。该阀能使系统快速、准确、稳定地工作。

3 比例阀的结构及动作

图1是Dowty 4681系列比例阀的结构示意图。该比例阀由磁铁、线圈、电枢转子、上下磁极、喷嘴挡板、反馈弹簧、柱塞、滤网等部件构成。

图1 Dowty 4681系列比例阀的结构示意图

A-A通道 R-回油 B-B通道 P-压力油

（1）磁铁（2）线圈（3）转子（4）喷嘴 （5）柱塞 （6）滤器（7）上磁极（8）弯曲管 （9）拍动片（10）下磁极（11）反馈弹簧 （12）固定阻尼孔

比例阀由产生两极性电磁力矩马达和两级液压动力放大组成。马达转子贯穿磁通回路的气隙，并由弯曲管构件支承。弯曲管承担起该阀的液压部分和电磁场的密封，其两边各有一个转子线圈。

第一级液压放大的拍动片刚性牢固地连接转子的中间点。拍动片穿过弯曲管和两喷嘴的通道，喷嘴和拍动片间建立两个可变阻尼孔。可变阻尼孔开度产生引起的压差作用到第二级液压柱塞的两端面。

第二级柱塞是以固定压力降、对称的常见四通道柱塞。反馈弹簧固定在拍动片上，反馈针啮在柱塞的狭槽内。柱塞位移使反馈弹簧偏斜，反馈弹簧产生的力作用到转子和拍动片组件上。

输入信号使转子的磁铁感应产生磁场和磁力而发生转子和拍动片的偏差，而随着弯曲管偏转，使一个喷嘴的开度增大而另一个喷嘴的开度减小。这个动作使柱塞的一端与另一端产生的压力差而引起柱塞位移。该位移产生抵抗原先的输入信号力矩的反馈力，反馈力与输入信号力平衡时，柱塞停止移动。

4 比例阀的故障分析与排除

因为比例阀是电液伺服阀，所以其故障分析也从电、液、阀三方面来考虑。常见故障有比例阀不跟随输入指令信号、输出流量仅从一个控制口获得（流出）、低流量、高阀值（高起始点）、反应慢、零位偏差大等，产生这些故障的原因与排除方法如下表所示：

比例阀的常见故障、产生原因与排除方法

反应慢（缺少反应）（比例阀输出滞后于指令信号）滤网部分堵塞（脏堵）1 清洗或更换进口阻尼孔2 清洗或更换滤器3 检查液压系统液压油的清洁度零位偏差大（需要较大输入电流能维持液压气缸或马达稳定）1 不适当零位调整2 进口阻尼孔部分堵塞3滤器部分堵塞4 喷嘴部分脏堵1 零位重新调整2 清洗进口阻尼孔3 清洗或更换滤器并检查液压系统液压油的清洁度4清洗液压放大器

5 管理上的几点建议

由于比例阀是属于系统中的功放元件，其工作性能好坏将直接影响船舶调距桨推进装置的可靠性和稳定性，从而影响船舶的操纵性和安全性。在日常维护管理上，如何合理使用比例阀、有效维护、降低费用，提出如下建议。

1.比例阀是控制性能和高精度的伺服阀，其对油的清洁度要求很高，污油易堵。为确保系统工作正常、可靠、故障少和寿命长的要求，采取以下有效措施控制油的污染。

(1)控制油的工作温度。当油温超过 55℃时，油液氧化加剧，使用寿命缩短。当油温64℃时，油的使用寿命将缩短一半。

(2)改进或完善油的过滤系统，合理选择 油的过滤精度。

(3)加强现场管理：检查油液的清洁度；定期对油液取样化验；定期清洗滤芯、油箱、管道及元件内部的污垢；防止污染物侵入系统。

(4)加强油料管理：如建立严格的油料管理制度和化验制度；建立设备“用油卡”；建立油的保管制度；建立三过滤制度（即转桶时过滤，领油时过滤，向设备加油时过滤）；建立容器清洗制度。

(5)合理换油

2.比例阀是系统中一个高精度的重要元件，拆装检修时要注意如下几点：

(1)保持工作场所清洁，无灰尘。

(2)拆装前，断开电源，释放系统压力。

(3)拆装时，不要触碰磁铁，防异物吸入；格外小心液压放大器精密元件；柱塞和阀套是配对件，要做好记号，原拆原装。

(4)装配前，要进行清洗检查。清洗时所有 O-RING拆下；清洗液压放大器时要小心反馈针，不能弯曲和拆断；清洗滤器及进口阻尼孔；要用空气吹干，不能使用破布和纸巾。

检查进口阻尼孔、滤器有无外来物及损坏；检查液压放大器线圈导线有无损坏及反馈针弯曲或断裂；检查柱塞在阀套内能自由移动，避免有卡、粘住现象；检查电线接口及接线柱；检查所有O-RING及垫床密封面。

(5)更换部件：进口阻尼孔、滤器要更换同规格的同型号。线圈导线或反馈针损坏要更换液压放大器；接线接口损坏要更换。建议所有“O”令及垫床更换；“O”令要具有耐油性，防退化变坏。

(6)装配时，要原拆原装。所有“O”令加液压油；柱塞在阀套内能自由移动；零位凸轮定位准确；液压放大器及反馈针不要触碰损坏；不要触碰磁铁。

(7)装配完毕后，安装时要注意比例阀电线相序及极性；要功能测试；密封面检查。

比例阀是一个精密元件，一般建议更换总成，由专业厂家进行维护保养，并可上校验台上进行校正。

3.比例阀是电液伺服阀，如何判断是“电”方面或“液”方面出现故障，用一个简易方法来检查：用欧姆表测阻值，当开路（断路）时，电阻无穷大“∞ ”，检查出故障的导线并修复。当短路存在时，液压放大器必须更换。正常阻值应在标准范围之内或说明书标定的范围内。

4.使用方面注意事项：

安装前或更换备件总成时，检查产品的铭牌及线圈上的技术数值是否符合实际使用要求。因比例阀内导线连接方式不同，有串联或并联，阻值不同，虽同一铭牌及规格，但阻值有不同的。

安装时注意接线极性准确性；阻止异物落入磁铁及液压放大器内；上紧螺帽按规定要求的力矩上紧。

使用时，保持阀件清洁，定期清除上面的灰尘和脏物；定期检查电线接口紧固情况，无松脱；检查阀件密封性，无漏油现象。

1.轮机管理 吴恒主编 大连海运学院出版社 1993年6月

2.船舶液压机械维护与故障分析 郑士君、宋新新编著 国防工业出版社 1993年5月

3.船舶电气工程 主编：马伟明 张晓锋 焦侬 邹孟奇 李杰仁 周平 陆嘉明 中国电力出版社 2009年1月