某科學考察船供水控制系統優化設計與應用

摘 要：該文主要通過對某科考船船舶供水控制系統在實際使用中出現的各類故障現象及使用缺陷進行統計與總結，研究分析存在問題的原因，并提出了相應的優化方案。

關鍵詞：供水 控制系統 優化設計

中圖分類號：TM762文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0213-02

針對某科考船船舶供水控制系統在實際操作使用中出現的各類故障現象及使用缺陷進行統計與總結，進行了相應的改進方案設計，提出了針對性改進的措施，并對優化改進后的系統的效益進行統計對比，為船舶同行業的類似問題改進提供了一定參考和依據

1 供水系統情況介紹

1.1 系統基本情況

某科考船船舶供水系統中現設計有淡水水艙、淡水柜以及淡水壓力柜、飲水壓力柜、消防水壓力柜等設備裝置多處。船舶淡水的洗滌、飲用通過淡水輸送泵、補水泵以及相關閥件、管系的合理操作下，實現全船船員日常的生活淡水供應以及消防水的使用。而使用較多的壓力柜主要能儲壓，確保水壓的穩定。圖1為該船供水系統示意圖。

1.2 基本工作原理

壓力水柜的基本的工作原理是：壓力柜通過充入壓縮空氣儲壓，壓力柜附裝了2臺補水泵，首先補水泵啟動向柜內注水至相應水位（水位計的2/3刻度），此時停止供水，壓縮空氣通過水柜充氣閥向水柜內充氣，待柜內壓力升至工作壓力時，停止進氣，關閉充氣閥。水柜內壓力會隨著柜內水量的減少而降低，當壓力降到最低工作壓力時，壓力開關會自動控制補水泵電機啟動，重新進行注水，如果用水量繼續增大或者主水泵故障損壞時，備用泵啟動與主泵同時工作。原理如圖2所示。

2 供水系統存在的設計缺陷

2.1 淡水壓力柜淡水泵的啟停控制無法與淡水柜實現聯鎖功能

船舶長期在海上航行工況下工作，人員多，用水消耗量大，在實際使用中淡水柜的高低位浮球經常出現誤動作故障，常常出現淡水柜在低位浮球不動作，水柜無水且壓力柜需要補水的情況下，壓力水柜的補水泵一直空轉、干磨，嚴重影響正常的淡水供應，還加速設備的損壞，增大設備管理維修費用。

2.2 淡水壓力柜兩臺補水泵無法實現正常情況下的交替使用

壓力水柜控制系統中通過壓力控制器來實現水泵的啟停運行，實現補水功能，但是在正常情況下，據管理人員長期觀察，一臺泵長期啟用，而另外一臺則長期不用，主備設備使用不平衡，設備的系統利用率不高，整體效益低，使用不科學。

2.3 壓縮空氣無法自動補氣

考慮到壓力水柜在運行一個時期以后，由于水柜內空氣部分溶解于水或者泄露，導致壓力降低水位過高，如果管理人員檢查確認不到位，很難及時人為充氣，就會出現補水泵啟停工作失常，導致補水泵頻繁啟動。不僅增加電能能耗，同時縮短設備使用壽命。

3 優化方案

針對船舶供水系統設備在使用過程中先后出現過的問題，為了有效的管理利用好供水設備，更好的為廣大船員服務，現將供水控制系統的問題系統進行優化，設計改造如下：以淡水壓力水柜系統為例（實現過程）

3.1 淡水壓力柜補水泵的啟停控制無法與淡水柜實現聯鎖功能的優化方案

3.1.1 原因分析

我船的淡水供給系統為兩級供應，即先淡水輸送泵將水艙中的淡水輸送至下甲板的洗滌水柜，然后由平臺甲板上淡水泵加壓至淡水壓力柜后送至全船的所有船員艙室及廚房洗菜等處。

淡水柜與淡水壓力柜之間的電氣上沒有任何聯系，但是在系統上它們之間是有“優先級別”之分的即水柜必須有水然后淡水壓力柜才能工作，反之淡水壓力水泵將要干磨至水泵密封燒壞，此現象在我們兄弟船舶中出現過，出現問題的源頭是由于淡水柜的低位浮球閥不動作導致淡水輸送泵沒有及時的調撥淡水，導致淡水柜排空淡水，壓力柜兩臺補水泵長時間運轉至損壞。

3.1.2 優化方案設計

針對該問題現象，提出幾點優化設想：

（1）我們可以在淡水柜低液位報警浮球處接一路信號給壓力水柜補水泵，實現水泵即時停止，將淡水柜與壓力柜之間利用電氣控制線路加以聯鎖控制使其能夠實現雙重保護，即淡水柜水位不夠或沒有水后可以立即停止壓力柜的馬達運行，同時壓力水柜發出報警信號。

（2）改變淡水柜高低位控制信號部件，液位浮球由于其采用機械式球閥結構，機械式球閥長時間浸泡在水中，容易產生結垢、銹蝕使其動作不靈敏、卡死等弊端，在水柜儲水情況下拆卸、保養不方便，可以使用價格低廉的電子接觸開關采集水位信號，電子開關結構簡單，具有靈活、可靠性高等優點。

3.2 淡水壓力柜兩臺補水泵無法實現正常情況下的交替使用

在壓力水柜電氣控制回路設計增加泵交替控制元件，實現雙泵交替使用功能，可以采用泵交替繼電器（參考船舶生活污水處理系統的真空收集裝置）。如圖3所示。

3.3 增加壓力繼電器實現自動補氣

實現壓縮空氣自動給水柜補氣，需要根據水柜安裝的附件實際以及壓縮空氣要求，不斷優化實現。設想在壓縮空氣進氣閥開關處加裝電磁閥，電磁閥的開關信號主要來自壓力增加一個相應量程的繼電器，壓力繼電器的壓力采集可以根據從壓力水柜采集壓縮空氣處于正常水位值時的液位位置或水柜內水壓壓力表的數值來確定。

4 效益對比與應用前景

經過上述方案優化后，大大減少了壓力水柜補水泵等設備的非正常損壞，節約了能源，減少電能消耗，先后進行比對，水泵的故障率明顯減少。更換備件的周期變長。以淡水壓力柜補水泵為例，功率11 kW的電機，平均每年節約電能100 kWh，以一臺淡水壓力柜一年為一個周期統計，水泵、電機更換軸承、密封等備件以原設備廠家的報價計算，大要節省經費1萬元，全船所有壓力水柜節約電能費用、備品備件以及設備維修費用可以節省10萬余元每年，降低設備運行成本，降低設備使用人員管理維護強度，延長設備的使用壽命。

相應的設計改造在類似的船舶壓力水柜系統中可以有效借鑒和運用，具有一定的推廣前進。

5 結語

本文主要從某科考船供水系統壓力水柜等設備存在的設計缺陷進行總結研究，分析了控制系統存在的問題，并根據實際情況提出了優化方案，并對優化改進后的系統的效益進行統計對比，為船舶同行業的類似問題改進提供了一定參考和依據。

參考文獻

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