挖泥船泥泵封水泵控制系統設計

摘要：本文介紹了挖泥船泥泵封水泵的控制系統設計的特點及其主要性能。

關鍵詞：挖泥船；泥泵封水泵；自動控制

Design of Control System for Gland pump of Dredge

HU Zhiting， LIANG Zhaoyu， WANG Yanpeng， ZHANG Lei

( 1CCCC Guangzhou Dredging Co.，Ltd.Guangzhou 5100262;2Guangzhou Wenchong Shipyard Co.， Ltd.Guangzhou 510727 )

Abstract: This paper introduces the design and performances of the control system for gland pump of dredge.

Keywords: Dredge;Gland pump; Automatic control

1概述

中交集團在日本、荷蘭和文沖船廠等地建造的挖泥船中的泥泵封水泵的管路和控制系統在設計、布置及使用功能中存在不同，根據以往挖泥船在使用中存在的安全問題，有效性問題和自動化，人性化控制問題在這里進行系統分析，和系統優化設計，保證泥泵安有效全運行和人員操作的方便性。

2 泥泵封水系統的功能簡介

泥泵封水系統的主要目的：①給泥泵軸封提供水潤滑；②給泥泵軸封提供沖水；③給泥泵內膽和外膽提供合適的平衡水以保護泥泵內膽。

3泥泵封水系統的控制系統功能分析與系統設計

泥泵封水系統的目的在于輔助和服務泥泵的工作，保證泥泵的正常、有效、持久的工作。因此對泥泵工況的分析將是設計合格泥泵封水系統的前提條件。

3.1艙內泥泵的結構與功能分析

1）泥泵為離心泵或離心-軸流泵，是依靠泵葉的高速旋轉提供離心力使流體被甩出而產生泵出口壓力和流量。

2）因為上述工作原理，泥泵的泵體內壓力會有軸向外壁逐漸增加；

3）艙內泥泵為雙殼泵，內膽和外膽之間充滿平衡水，目的是為了減輕內膽的壓力和因為壓力差產生的變形；

4）因為泥泵的結構特點，泥泵軸承需要水潤滑；

5）泥泵的泵葉和泵壁之間需要封水沖刷，以防止不必要泵壁與泵葉的磨損，延長泥泵的使用時間。參見圖1。

3.2 系統設計存在的問題

基于上述功能分析，泥泵封水系統控制系統設計存在以下問題：

1）泥泵軸承水潤滑流量

該問題主要在于對于泥泵軸承的有效冷卻和潤滑，泥泵軸承對潤滑水量的要求有一個底線要求，因此流量的保證和檢測是對保證泥泵正常運行的必要保證。

2）泥泵封水的設計與控制

泥泵封水對軸封和泵葉與泵壁的保護是泥泵封水的重要功能，但是這時對封水的流量和壓力的控制需要根據泥泵運行的速度，內腔壓力進行控制，而對泥泵內腔壓力的測量時很困難和不可行的，而且內腔壓力也會因為泥泵轉速和泥質不同產生不同的狀態。保證必要的封水工系統作壓力和流量是對泥泵進行保護的必要條件，而且合適的工作壓力對提高工作效率也有較大的幫助。

3）平衡水的應用

內膽和外膽之間的平衡水對有效防止內膽變形，減少內膽磨損有幾大的幫助，合適的平衡水壓力將大大保護泥泵的使用。參見圖1。

3.3系統設計

1）泥泵內膽壓力的測量

為了保護，檢修和更換壓力測量傳感器，我們將壓力傳感器的安裝位置設計在泥泵出口的直管上，這時只需要將測量值加上泥管備壓就會得到泥泵內膽的最高離心壓力。

2）平衡水的壓力控制

泥泵平衡水的目的根據上述分析，主要在于保護內膽的變形，使內膽處于最佳的工作形狀，以達到最佳的工作效率，因此平衡水的壓力應該根據泥泵壓力進行調整，而泥泵本身從軸到泥泵內沿的各個部位受到的壓力也不同，因此取一個折中的壓力不但對保護內膽的變形有幫助，對減輕外膽的變形也有好處。我們根據泥泵的圖紙，根據使用和計算建議取排出壓力的1/2左右，以達到多方面照顧的效果。

3）潤滑流量

泥泵軸承的冷卻，潤滑水流量實際也和泥泵的轉速有直接關系，但是較高的冷卻，潤滑水對軸的損傷不大，所以我們只需要保證最低的冷卻，潤滑水流量即可。

4）軸封水的設計和使用

軸封水的目的在于將泵腔內的泥沙確保頂出軸區域，和泵葉和泵體間的區域，減少泥沙對泵的運動部件間的磨損，因此封水的壓力不是考核目標，足夠的流量才是考核關鍵，但是封水壓力必須高于軸側的壓力才能保證足夠的流量沖刷泥沙到安全區域。

5）系統配置與控制

封水系統對泥泵的工作是至關重要，因此封水泵的設計中必須設計備用泵，以防止工作中的封水泵故障對泥泵造成重大損害；

其次：我們對軸端和吸口端的封水流量進行測量，并測量封水壓力，參考封水壓力考量封水流量，確保泥泵封水功能的有效實現。參見圖2。

圖2封水泵變頻驅動控制方框圖

第三：參考泥泵出口壓力，推算平衡水的壓力，以保證平衡壓力對泥泵的有效保護；

第四：報警，封水系統在綜合各項控制條件后，還可以對泥泵內膽的破損進行檢測，當平衡水的壓力值突然標高，達到泥泵排出壓力時，即意味泥泵內膽破損；

最后調試：系統最終通過變頻器驅動封水泵來配合泥泵來調整封水壓力和流量，具體壓力值，流量值根據泥泵工況結合測量值進行調整，因為系統受到管路影響，管路上不同閥位的調整是使系統達到最佳的工況的必須手段。

4結束語

目前船舶系統的設計已經不再是可以使用就是目的，低能耗和高效率，有效減少維護時間維護和工作量對系統的設計要求越來越也凸顯，對系統的簡潔性考慮，智能型和維護的便利性和連續性也是我們需要的設計目的，這些都有待于我們逐步完善。