自力式调节阀在舰船中央冷却系统中的应用研究

田志定，徐 力

（708研究所，上海 200011）

0 引 言

近年来，为改善舰船总体防腐蚀性能，尽可能减少海水管路和附件因腐蚀而引起的各种损害，舰船采用了中央冷却系统。综合电力推进舰船，由于需要冷却的设备多，布置分散，工况又比较复杂，中央冷却系统需采用自力式调节阀与PLC（可编程控制器）相结合的自动控制，这样既能保证系统稳定工作，大大缩短现场调试时间，又能显著提高系统运行的可靠性和节能效果。因此开展中央冷却系统及其控制技术的研发，对开拓和完善动力保障系统，提高舰船的自动化水平大有裨益。

1 中央冷却系统

以综合电力推进的某船为例，在航行和动力定位工况下，共用一套供电系统。推进装置供电和日常低压配电，均由中压供电系统提供。为此在前后发电机舱各设一套中央冷却分站，组成一个相对独立，又有一定冗余度的中央冷却系统。

中央冷却系统见图1。该系统具有以下特点：

1) 需要冷却的设备数量多，热交换负荷大。中央冷却系统为中压供电系统设备，推进装置设备及其他辅助系统设备提供不大于36 ℃的低温冷却水，服务的设备多达59台，总冷却水量约为1350m3/h（最大的供水量为230m3/h，最小仅0.4m3/h）； 热交换的总负荷高达10000kW以上（最大的为2129kW，最小仅12.2kW），是确保完成该船使命的重要保障系统；

2) 由于需要冷却的设备分散布置在全船，因此从船首至船尾，从底层至艇甲板，冷却水管几乎贯穿全船，且须畅通无阻，才能确保全船每个系统设备在各种工况下都能分配到足够的压力水进行充分的热交换。为简化设备配置，主发电机组等专项设备还自配冷却泵，其余设备由系统配置的电动泵来完成闭式循环冷却；

3) 作为最大冷却负荷的设备（4台主发电机组），热交换负荷占了80%，由于其使用台数受电力推进装置功率管理系统的指令进行自动控制增/减机，从而会导致热交换负荷的突变，对整个系统的稳定工作带来较大的干扰，因此中央冷却系统必须具有良好的适应能力。

图1 相对独立式中央冷却系统

该系统的设计理念为：

1) 低温冷却水的温度控制由 PLC自动控制装置[1]来完成。该装置集逻辑控制，模拟量处理和数据传输功能于一体，能对电动三通阀的开度，海水冷却泵的使用台数及中央冷却分站的使用工况等功能实施自动控制，使低温冷却水的温度保持在设定的范围之内。

2) 低温冷却水的流量及其回水压力的平衡控制由自力式调节阀[2]来完成。

2 自力式调节阀

自力式调节阀是一种无需外来能源，利用阀前/后被调介质自身内置的控制弹簧变化的反馈信号、传输到执行机构驱动阀瓣改变阀门开度、实施自动控制流量/压力的节能器具，具有测量、执行、控制一体化的功能。在舰船中央冷却系统的过程控制方面[3]应用自力式调节阀是一次成功的拓展。

4组自力式流量调节阀装设在由系统冷却水泵提供冷却水的设备进口处。阀前后的有效压力差已调定,当系统负载变化时，一定流量的介质经过由内置的弹簧控制的限流器时引起压差，压差通过脉冲管作用于控制膜片上，自动调节阀的开度，能保持每组设备有恒定的冷却水量。弥补了以往用节流孔板时需不断修改孔径、系统重复调试的不足，自力式流量调节阀见图2。

13组自力式压力调节阀装设在自备冷却水泵的专用设备出口处及前后中央冷却分站回水管上。当系统负载变化，控制的压力超过设定值时，阀门开始关小，直至膜片和弹簧之间的力达到新的平衡[4]。压力可通过设定调节器进行调节，能自动保持每组设备前后的压差恒定，以保持系统合适的高温回水压力，使高温回水平衡进入中央冷却器被海水冷却。有效解决了该船9台设备自备冷却水泵（总排量达1300m3/h）与2台系统冷却水泵（总排量为290m3/h），在各种复杂工况下多台大小水泵必须并联运行引起的水压干扰难题，避免了大小水泵之间发生抢水故障。自力式压力调节阀见图3。

图2 自力式流量调节阀

图3 自力式压差调节阀

3 结 语

自力式调节阀与PLC自动控制相结合的中央冷却控制装置已有多套装船实用。性能稳定，工作正常。采用自力式调节阀不需外来能源，可以简化PLC控制装置的功能，大大减少现场调试时间，调试简单，方便，实用，缩短了试验周期。自力式调节阀投入使用后，一般维护工作量很少，仅需经常观察阀前后的压力表即可，节省人力物力，同时减轻了舰员的工作强度，在集控台模拟板上即可自动控制。

[1] 田志定，等. 电力推进舰船中央冷却控制装置优化设计研究[J]. 上海造船,2011, (3)： 52-54.

[2] 李勤. 供暖热网水力控制阀的选用 [J]. 机械研究与应用，2006, (1)： 99-100.

[3] 田志定，韩想安. 电力推进舰船中央冷却系统及其控制技术综述[J]. 船舶，2007, (5)： 32-35.