某科学考察船供水控制系统优化设计与应用

摘 要：该文主要通过对某科考船船舶供水控制系统在实际使用中出现的各类故障现象及使用缺陷进行统计与总结，研究分析存在问题的原因，并提出了相应的优化方案。

关键词：供水 控制系统 优化设计

中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（b）-0213-02

针对某科考船船舶供水控制系统在实际操作使用中出现的各类故障现象及使用缺陷进行统计与总结，进行了相应的改进方案设计，提出了针对性改进的措施，并对优化改进后的系统的效益进行统计对比，为船舶同行业的类似问题改进提供了一定参考和依据

1 供水系统情况介绍

1.1 系统基本情况

某科考船船舶供水系统中现设计有淡水水舱、淡水柜以及淡水压力柜、饮水压力柜、消防水压力柜等设备装置多处。船舶淡水的洗涤、饮用通过淡水输送泵、补水泵以及相关阀件、管系的合理操作下，实现全船船员日常的生活淡水供应以及消防水的使用。而使用较多的压力柜主要能储压，确保水压的稳定。图1为该船供水系统示意图。

1.2 基本工作原理

压力水柜的基本的工作原理是：压力柜通过充入压缩空气储压，压力柜附装了2台补水泵，首先补水泵启动向柜内注水至相应水位（水位计的2/3刻度），此时停止供水，压缩空气通过水柜充气阀向水柜内充气，待柜内压力升至工作压力时，停止进气，关闭充气阀。水柜内压力会随着柜内水量的减少而降低，当压力降到最低工作压力时，压力开关会自动控制补水泵电机启动，重新进行注水，如果用水量继续增大或者主水泵故障损坏时，备用泵启动与主泵同时工作。原理如图2所示。

2 供水系统存在的设计缺陷

2.1 淡水压力柜淡水泵的启停控制无法与淡水柜实现联锁功能

船舶长期在海上航行工况下工作，人员多，用水消耗量大，在实际使用中淡水柜的高低位浮球经常出现误动作故障，常常出现淡水柜在低位浮球不动作，水柜无水且压力柜需要补水的情况下，压力水柜的补水泵一直空转、干磨，严重影响正常的淡水供应，还加速设备的损坏，增大设备管理维修费用。

2.2 淡水压力柜两台补水泵无法实现正常情况下的交替使用

压力水柜控制系统中通过压力控制器来实现水泵的启停运行，实现补水功能，但是在正常情况下，据管理人员长期观察，一台泵长期启用，而另外一台则长期不用，主备设备使用不平衡，设备的系统利用率不高，整体效益低，使用不科学。

2.3 压缩空气无法自动补气

考虑到压力水柜在运行一个时期以后，由于水柜内空气部分溶解于水或者泄露，导致压力降低水位过高，如果管理人员检查确认不到位，很难及时人为充气，就会出现补水泵启停工作失常，导致补水泵频繁启动。不仅增加电能能耗，同时缩短设备使用寿命。

3 优化方案

针对船舶供水系统设备在使用过程中先后出现过的问题，为了有效的管理利用好供水设备，更好的为广大船员服务，现将供水控制系统的问题系统进行优化，设计改造如下：以淡水压力水柜系统为例（实现过程）

3.1 淡水压力柜补水泵的启停控制无法与淡水柜实现联锁功能的优化方案

3.1.1 原因分析

我船的淡水供给系统为两级供应，即先淡水输送泵将水舱中的淡水输送至下甲板的洗涤水柜，然后由平台甲板上淡水泵加压至淡水压力柜后送至全船的所有船员舱室及厨房洗菜等处。

淡水柜与淡水压力柜之间的电气上没有任何联系，但是在系统上它们之间是有“优先级别”之分的即水柜必须有水然后淡水压力柜才能工作，反之淡水压力水泵将要干磨至水泵密封烧坏，此现象在我们兄弟船舶中出现过，出现问题的源头是由于淡水柜的低位浮球阀不动作导致淡水输送泵没有及时的调拨淡水，导致淡水柜排空淡水，压力柜两台补水泵长时间运转至损坏。

3.1.2 优化方案设计

针对该问题现象，提出几点优化设想：

（1）我们可以在淡水柜低液位报警浮球处接一路信号给压力水柜补水泵，实现水泵即时停止，将淡水柜与压力柜之间利用电气控制线路加以联锁控制使其能够实现双重保护，即淡水柜水位不够或没有水后可以立即停止压力柜的马达运行，同时压力水柜发出报警信号。

（2）改变淡水柜高低位控制信号部件，液位浮球由于其采用机械式球阀结构，机械式球阀长时间浸泡在水中，容易产生结垢、锈蚀使其动作不灵敏、卡死等弊端，在水柜储水情况下拆卸、保养不方便，可以使用价格低廉的电子接触开关采集水位信号，电子开关结构简单，具有灵活、可靠性高等优点。

3.2 淡水压力柜两台补水泵无法实现正常情况下的交替使用

在压力水柜电气控制回路设计增加泵交替控制元件，实现双泵交替使用功能，可以采用泵交替继电器（参考船舶生活污水处理系统的真空收集装置）。如图3所示。

3.3 增加压力继电器实现自动补气

实现压缩空气自动给水柜补气，需要根据水柜安装的附件实际以及压缩空气要求，不断优化实现。设想在压缩空气进气阀开关处加装电磁阀，电磁阀的开关信号主要来自压力增加一个相应量程的继电器，压力继电器的压力采集可以根据从压力水柜采集压缩空气处于正常水位值时的液位位置或水柜内水压压力表的数值来确定。

4 效益对比与应用前景

经过上述方案优化后，大大减少了压力水柜补水泵等设备的非正常损坏，节约了能源，减少电能消耗，先后进行比对，水泵的故障率明显减少。更换备件的周期变长。以淡水压力柜补水泵为例，功率11 kW的电机，平均每年节约电能100 kWh，以一台淡水压力柜一年为一个周期统计，水泵、电机更换轴承、密封等备件以原设备厂家的报价计算，大要节省经费1万元，全船所有压力水柜节约电能费用、备品备件以及设备维修费用可以节省10万余元每年，降低设备运行成本，降低设备使用人员管理维护强度，延长设备的使用寿命。

相应的设计改造在类似的船舶压力水柜系统中可以有效借鉴和运用，具有一定的推广前进。

5 结语

本文主要从某科考船供水系统压力水柜等设备存在的设计缺陷进行总结研究，分析了控制系统存在的问题，并根据实际情况提出了优化方案，并对优化改进后的系统的效益进行统计对比，为船舶同行业的类似问题改进提供了一定参考和依据。

参考文献

[1] 王肇庚.运输船舶设备与系统[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2] 徐欣.船舶动力装置[M].上海交通大学出版社，2007.