比例閥在船舶調距槳裝置中的應用及管理

文/交通運輸部上海打撈局 姜玉林

船舶的推進裝置是為了保證船舶航行速度而設置的所有設備的總稱，是船舶動力裝置中的最主要部分，包括主機、傳動設備、軸系和推進器等。船舶推進裝置按傳遞功率方式的不同可分為：直接傳動、間接傳動、Z型傳動、電力傳動裝置、調距槳裝置、噴水推進器傳動裝置等。

船舶調距槳（可變螺距螺旋槳）推進裝置的優點在于：能在所有設計工況下吸收主機的全部功率，從而提高了螺旋槳的效率；可實現船、機、槳的最佳匹配，充分發揮主機的功率，達到節能減排；在保持主機轉速與轉向的不變情況下，實現無級變速、停車和倒航，減少主機的啟動次數，延長主機的使用壽命；提高船舶的可操縱性和機動性，并易于實現遙控等等，因而在多種船舶上得到廣泛應用，其中以港內作業船舶、海洋工程船舶、海洋石油支持船（三用船）、挖泥船、拖船、中型交通運輸船、海洋調查船等尤甚。

船舶的調距槳推進裝置的主要缺點在于：調距槳的結構比定距槳復雜，制造成本高，維修管理要求高，對輪機管理人員的素質要求亦高。

1 船舶調距槳裝置系統的組成

調距槳裝置是集機械、液壓、電氣為一體的伺服控制系統，通常每一套調距槳裝置由以下部分組成：

槳榖和槳葉。

軸系、聯軸器和雙油管。

配油器，其功能是把液壓油經配油機構傳遞給槳榖油缸。

液壓系統，包含泵、閥組、油箱及管路。液壓系統接受電控系統的指令工作，并提供伺服油缸調節螺距所需的動力源。

電氣控制系統，主要用于調距槳螺距、主機轉速和主機負荷的控制、顯示及報警等。其主要功能是發出調距控制指令和接收螺距發訊器的反饋信號，經計算機運行處理后，輸出控制閥的信號，以實現對槳葉螺距的連續、精確的控制。

螺距發訊器主要功能是給出槳葉螺距位置的反饋裝置。通常裝在配油器上，為電氣控制提供槳葉螺距位置的反饋信號。

2 比例閥對調距槳推進裝置的作用

比例閥是實行電液信號的轉換，起到液壓系統和電氣控制系統的橋梁作用。在系統中，該比例閥又稱電液伺服閥、微量閥，雖然習慣上常用“微量閥”為多，但稱比例閥更科學、貼切，故下文中以“比例閥”稱之。

比例閥根據放大器板輸出信號的大小和極性調節液壓油的流量和流向，使伺服油缸的活塞速度和運動方向發生變化，帶動配油閥偏離中央位置。此時具有一定壓力油進入動力油缸的相應工作空間（另一空間回油），推動動力活塞。動力活塞移動帶動調距桿（動力活塞桿），繼而通過轉葉機構使槳葉轉到相應的角度。該閥能使系統快速、準確、穩定地工作。

3 比例閥的結構及動作

圖1是Dowty 4681系列比例閥的結構示意圖。該比例閥由磁鐵、線圈、電樞轉子、上下磁極、噴嘴擋板、反饋彈簧、柱塞、濾網等部件構成。

圖1 Dowty 4681系列比例閥的結構示意圖

A-A通道 R-回油 B-B通道 P-壓力油

（1）磁鐵（2）線圈（3）轉子（4）噴嘴 （5）柱塞 （6）濾器（7）上磁極（8）彎曲管 （9）拍動片（10）下磁極（11）反饋彈簧 （12）固定阻尼孔

比例閥由產生兩極性電磁力矩馬達和兩級液壓動力放大組成。馬達轉子貫穿磁通回路的氣隙，并由彎曲管構件支承。彎曲管承擔起該閥的液壓部分和電磁場的密封，其兩邊各有一個轉子線圈。

第一級液壓放大的拍動片剛性牢固地連接轉子的中間點。拍動片穿過彎曲管和兩噴嘴的通道，噴嘴和拍動片間建立兩個可變阻尼孔。可變阻尼孔開度產生引起的壓差作用到第二級液壓柱塞的兩端面。

第二級柱塞是以固定壓力降、對稱的常見四通道柱塞。反饋彈簧固定在拍動片上，反饋針嚙在柱塞的狹槽內。柱塞位移使反饋彈簧偏斜，反饋彈簧產生的力作用到轉子和拍動片組件上。

輸入信號使轉子的磁鐵感應產生磁場和磁力而發生轉子和拍動片的偏差，而隨著彎曲管偏轉，使一個噴嘴的開度增大而另一個噴嘴的開度減小。這個動作使柱塞的一端與另一端產生的壓力差而引起柱塞位移。該位移產生抵抗原先的輸入信號力矩的反饋力，反饋力與輸入信號力平衡時，柱塞停止移動。

4 比例閥的故障分析與排除

因為比例閥是電液伺服閥，所以其故障分析也從電、液、閥三方面來考慮。常見故障有比例閥不跟隨輸入指令信號、輸出流量僅從一個控制口獲得（流出）、低流量、高閥值（高起始點）、反應慢、零位偏差大等，產生這些故障的原因與排除方法如下表所示：

比例閥的常見故障、產生原因與排除方法

反應慢（缺少反應）（比例閥輸出滯后于指令信號）濾網部分堵塞（臟堵）1 清洗或更換進口阻尼孔2 清洗或更換濾器3 檢查液壓系統液壓油的清潔度零位偏差大（需要較大輸入電流能維持液壓氣缸或馬達穩定）1 不適當零位調整2 進口阻尼孔部分堵塞3濾器部分堵塞4 噴嘴部分臟堵1 零位重新調整2 清洗進口阻尼孔3 清洗或更換濾器并檢查液壓系統液壓油的清潔度4清洗液壓放大器

5 管理上的幾點建議

由于比例閥是屬于系統中的功放元件，其工作性能好壞將直接影響船舶調距槳推進裝置的可靠性和穩定性，從而影響船舶的操縱性和安全性。在日常維護管理上，如何合理使用比例閥、有效維護、降低費用，提出如下建議。

1.比例閥是控制性能和高精度的伺服閥，其對油的清潔度要求很高，污油易堵。為確保系統工作正常、可靠、故障少和壽命長的要求，采取以下有效措施控制油的污染。

(1)控制油的工作溫度。當油溫超過 55℃時，油液氧化加劇，使用壽命縮短。當油溫64℃時，油的使用壽命將縮短一半。

(2)改進或完善油的過濾系統，合理選擇 油的過濾精度。

(3)加強現場管理：檢查油液的清潔度；定期對油液取樣化驗；定期清洗濾芯、油箱、管道及元件內部的污垢；防止污染物侵入系統。

(4)加強油料管理：如建立嚴格的油料管理制度和化驗制度；建立設備“用油卡”；建立油的保管制度；建立三過濾制度（即轉桶時過濾，領油時過濾，向設備加油時過濾）；建立容器清洗制度。

(5)合理換油

2.比例閥是系統中一個高精度的重要元件，拆裝檢修時要注意如下幾點：

(1)保持工作場所清潔，無灰塵。

(2)拆裝前，斷開電源，釋放系統壓力。

(3)拆裝時，不要觸碰磁鐵，防異物吸入；格外小心液壓放大器精密元件；柱塞和閥套是配對件，要做好記號，原拆原裝。

(4)裝配前，要進行清洗檢查。清洗時所有 O-RING拆下；清洗液壓放大器時要小心反饋針，不能彎曲和拆斷；清洗濾器及進口阻尼孔；要用空氣吹干，不能使用破布和紙巾。

檢查進口阻尼孔、濾器有無外來物及損壞；檢查液壓放大器線圈導線有無損壞及反饋針彎曲或斷裂；檢查柱塞在閥套內能自由移動，避免有卡、粘住現象；檢查電線接口及接線柱；檢查所有O-RING及墊床密封面。

(5)更換部件：進口阻尼孔、濾器要更換同規格的同型號。線圈導線或反饋針損壞要更換液壓放大器；接線接口損壞要更換。建議所有“O”令及墊床更換；“O”令要具有耐油性，防退化變壞。

(6)裝配時，要原拆原裝。所有“O”令加液壓油；柱塞在閥套內能自由移動；零位凸輪定位準確；液壓放大器及反饋針不要觸碰損壞；不要觸碰磁鐵。

(7)裝配完畢后，安裝時要注意比例閥電線相序及極性；要功能測試；密封面檢查。

比例閥是一個精密元件，一般建議更換總成，由專業廠家進行維護保養，并可上校驗臺上進行校正。

3.比例閥是電液伺服閥，如何判斷是“電”方面或“液”方面出現故障，用一個簡易方法來檢查：用歐姆表測阻值，當開路（斷路）時，電阻無窮大“∞ ”，檢查出故障的導線并修復。當短路存在時，液壓放大器必須更換。正常阻值應在標準范圍之內或說明書標定的范圍內。

4.使用方面注意事項：

安裝前或更換備件總成時，檢查產品的銘牌及線圈上的技術數值是否符合實際使用要求。因比例閥內導線連接方式不同，有串聯或并聯，阻值不同，雖同一銘牌及規格，但阻值有不同的。

安裝時注意接線極性準確性；阻止異物落入磁鐵及液壓放大器內；上緊螺帽按規定要求的力矩上緊。

使用時，保持閥件清潔，定期清除上面的灰塵和臟物；定期檢查電線接口緊固情況，無松脫；檢查閥件密封性，無漏油現象。

1.輪機管理 吳恒主編 大連海運學院出版社 1993年6月

2.船舶液壓機械維護與故障分析 鄭士君、宋新新編著 國防工業出版社 1993年5月

3.船舶電氣工程 主編：馬偉明 張曉鋒 焦儂 鄒孟奇 李杰仁 周平 陸嘉明 中國電力出版社 2009年1月