張瑞強(qiáng)，毛振東

（中石化海洋石油工程有限公司，上海 201208）

1 側(cè)推進(jìn)器螺距反饋單元概況

1.1 組成結(jié)構(gòu)

側(cè)推進(jìn)器螺距反饋單元通常由伺服油缸、連桿、球關(guān)節(jié)、液壓軟管、電位計(jì)連桿、電位計(jì)、螺距控制連桿等部件構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 側(cè)推進(jìn)器螺距反饋單元結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

側(cè)推進(jìn)器螺距反饋單元屬于典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。所謂閉環(huán)控制系統(tǒng)就是控制系統(tǒng)的一種類型，具體內(nèi)容是指，把控制系統(tǒng)輸出量的一部分或全部，通過(guò)一定方法和裝置反送回系統(tǒng)的輸入端，然后將反饋信息與原輸入信息進(jìn)行比較，再將比較的結(jié)果施加于系統(tǒng)進(jìn)行控制，避免系統(tǒng)偏離預(yù)定目標(biāo)。閉環(huán)控制系統(tǒng)利用的是負(fù)反饋。即是由信號(hào)正向通路和反饋通路構(gòu)成閉合回路的自動(dòng)控制系統(tǒng)，又稱反饋控制系統(tǒng)[1]。一個(gè)常見(jiàn)的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的基本組成可以用圖2所示的框圖表示。

圖2 閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)基本組成框圖

在圖2中，給定值給出與期望輸出對(duì)應(yīng)的輸入量；比較單元運(yùn)算出給定值與反饋值的偏差，一般采用集成運(yùn)算放大器(簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放)來(lái)實(shí)現(xiàn)；控制器控制執(zhí)行器，執(zhí)行器直接驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象，使輸出量發(fā)生變化，常被用作為執(zhí)行器的有電動(dòng)機(jī)、調(diào)節(jié)閥、液壓馬達(dá)等；反饋單元檢測(cè)被控對(duì)象的輸出量并轉(zhuǎn)換為所需要的電信號(hào)。在控制系統(tǒng)中常用的有用于速度檢測(cè)的測(cè)速發(fā)電機(jī)、光電編碼盤(pán)等；用于位置與角度檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)變壓器、自整機(jī)等；用于電流檢測(cè)的互感器及用于溫度檢測(cè)的熱電偶等。這些檢測(cè)裝置一般都將被檢測(cè)的物理量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的連續(xù)或離散的電壓或電流信號(hào)[2]。

當(dāng)操縱臺(tái)通過(guò)操作手柄給出改變螺距的信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)控制板運(yùn)算后輸出24 V直流電壓信號(hào)，電壓信號(hào)控制伺服控制閥通斷，液壓油經(jīng)由液壓軟管進(jìn)入伺服油缸，推動(dòng)活塞和油缸頂桿動(dòng)作，油缸頂桿通過(guò)螺栓與螺距控制連桿相連，螺距控制連桿通過(guò)水下機(jī)械結(jié)構(gòu)與側(cè)推進(jìn)器槳葉相連，油缸頂桿驅(qū)動(dòng)螺距控制連桿左右移動(dòng)，通過(guò)上述步驟實(shí)現(xiàn)了改變側(cè)推進(jìn)器螺距的目的。螺距反饋電位計(jì)經(jīng)由電位計(jì)連桿、螺栓、連桿、球關(guān)節(jié)、螺栓等部件和螺距控制連桿相連，通過(guò)這一結(jié)構(gòu)可以將螺距控制連桿的擺動(dòng)角度即螺距變化幅度精確地轉(zhuǎn)變成反饋電位計(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。反饋電位計(jì)將角度變化轉(zhuǎn)變成電阻阻值變化，讓螺距變化幅度能夠被精確測(cè)量。

在上述過(guò)程中，操縱手柄給出的信號(hào)是給定值，控制板屬于控制器，伺服控制閥和伺服油缸等屬于執(zhí)行器，側(cè)推進(jìn)器的槳葉便是被控對(duì)象，螺距反饋電位計(jì)屬于反饋單元，而槳葉的變化量正是輸出量。由此可以確定側(cè)推進(jìn)器螺距反饋單元是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2 如何確定螺距的實(shí)際零位（機(jī)械零位）

進(jìn)行螺距零位調(diào)節(jié)之前，需要確定側(cè)推進(jìn)器的實(shí)際零位，即機(jī)械零位。通常有2種方法可以用來(lái)確定實(shí)際零位：最小電流法和目測(cè)法。

2.1 最小電流法

所謂最小電流法就是利用鉗形電流表找到側(cè)推進(jìn)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的最小工作電流，此時(shí)推進(jìn)器槳葉正好在實(shí)際零位。具體步驟如下：首先根據(jù)說(shuō)明書(shū)計(jì)算出側(cè)推進(jìn)器的最大工作電流，并以此選擇鉗形電流表的量程。以ULSTEIN 150 TV-A型側(cè)推進(jìn)器為例，其額定功率為590 kW，額定工作電壓為440 V，功率因數(shù)（cosφ）取值0.8，三相電動(dòng)機(jī)有功功率計(jì)算公式：

由此可以確定鉗形電流表的量程應(yīng)該選擇大于或等于1000 A檔；然后將側(cè)推進(jìn)器置于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，將操作手柄放在零位，使用鉗形電流表鉗住側(cè)推進(jìn)器馬達(dá)的任意一相電源線。先向右側(cè)操縱手柄，每次移動(dòng)1%螺距，移動(dòng)5次左右即可，將手柄歸0，再向左側(cè)操縱手柄，方法同右側(cè)。通過(guò)上述操作可以得到11個(gè)電流值數(shù)據(jù)，比對(duì)這組數(shù)據(jù)并找到最小值，該數(shù)值對(duì)應(yīng)的螺距即是側(cè)推進(jìn)器的零位螺距。此時(shí)雖然找到了側(cè)推進(jìn)器的實(shí)際零位，但仍需重復(fù)一遍上述操作，當(dāng)鉗形電流表再次測(cè)量到最小電流值時(shí)，通知手柄操作人員保持手柄在當(dāng)前位置。同時(shí)記錄伺服油缸的當(dāng)前狀態(tài)，可以采用2種方法，一種是使用鋼尺測(cè)量油缸頂桿的頂出長(zhǎng)度，另外一種是標(biāo)記螺距控制連桿自由端在地面上投影的位置。雖然使用鋼尺測(cè)量油缸頂桿頂出長(zhǎng)度這個(gè)方法精確度更高，但在校準(zhǔn)螺距時(shí)需要2人配合才能完成，而螺距反饋單元位于側(cè)推進(jìn)器馬達(dá)下方，周圍空間狹小，很難容納2個(gè)人同時(shí)工作，因此一般采用標(biāo)記地面投影這種方法來(lái)記錄側(cè)推進(jìn)器的實(shí)際零位。

2.2 目測(cè)法

所謂目測(cè)法，顧名思義就是使用眼睛直接觀察側(cè)推進(jìn)器槳葉的位置。啟動(dòng)側(cè)推進(jìn)器的伺服油泵（不需要啟動(dòng)側(cè)推進(jìn)器馬達(dá)），使螺距控制單元處于可用狀態(tài)。在駕駛臺(tái)操縱側(cè)推手柄，調(diào)整側(cè)推進(jìn)器槳葉位置，直到槳葉上的零位標(biāo)識(shí)和槳轂上的零位標(biāo)識(shí)對(duì)齊。使用標(biāo)記螺距控制桿自由端在地面投影這個(gè)方法記錄此時(shí)伺服油缸的狀態(tài)。該方法有較大的局限性，因?yàn)閭?cè)推進(jìn)器位于水面以下，平時(shí)不可能使用肉眼直接觀察，僅能在船舶進(jìn)塢修理船身露出水面時(shí)使用。該方法可以直接觀察到槳葉和槳轂上的刻度值，準(zhǔn)確性高，在具備條件時(shí)推薦優(yōu)先使用。

3 螺距零位校準(zhǔn)過(guò)程

校準(zhǔn)之前理解一個(gè)原理，這個(gè)原理可以使用公式簡(jiǎn)單表達(dá)，公式如下：

式中：給定量來(lái)自于操作手柄，反饋量來(lái)自于螺距反饋電位計(jì)，這兩者的差值便是執(zhí)行量。當(dāng)操作手柄在零位即給定量為0時(shí)，螺旋槳槳葉卻不在零位（機(jī)械零位未在零位），這意味著該閉環(huán)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行量不等于0。根據(jù)公式（2）可知，當(dāng)給定量等于零而執(zhí)行量不等于0時(shí)，那么反饋量一定不等于0。若要執(zhí)行量也等于0，就要調(diào)整反饋量，即調(diào)節(jié)反饋電位計(jì)。

調(diào)節(jié)步驟如下： 1）啟動(dòng)側(cè)推進(jìn)器伺服油泵馬達(dá)（禁止啟動(dòng)主馬達(dá)），使側(cè)推進(jìn)器螺距操縱及反饋單元處于工作狀態(tài)。2）打開(kāi)反饋電位計(jì)保護(hù)盒，使反饋電位計(jì)及鎖緊螺絲曝露出來(lái)，以方便調(diào)整反饋電位計(jì)。 3）找到地面上的實(shí)際零位標(biāo)識(shí)，此時(shí)看到螺距控制連桿的自由端并未對(duì)齊實(shí)際零位標(biāo)識(shí)。 4）松開(kāi)反饋電位計(jì)的4顆固定螺絲，向任意方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)反饋電位計(jì)，觀察螺距控制連桿自由端的動(dòng)作方向，反復(fù)調(diào)整，直至其與地面上的實(shí)際零位標(biāo)識(shí)對(duì)齊。5）上緊固定反饋電位計(jì)的4顆螺絲，并將保護(hù)盒安裝到位。

以上校準(zhǔn)方法通用性強(qiáng)，幾乎適用于所有使用電位計(jì)作為反饋單元的變距槳推進(jìn)器的螺距零位校準(zhǔn)。另外，在調(diào)節(jié)過(guò)程中有些情況要避免出現(xiàn)，例如轉(zhuǎn)動(dòng)電位計(jì)時(shí)不小心將其拔出，這時(shí)反饋量將不再改變，變成恒定值，這樣會(huì)造成系統(tǒng)中始終存在執(zhí)行量，也就意味著伺服油缸將會(huì)向著某個(gè)方向一直動(dòng)作，極有可能對(duì)伺服油缸造成損壞。一旦出現(xiàn)這種情況，需要立即停掉伺服油泵馬達(dá)，小心將反饋電位計(jì)裝回原位，確認(rèn)旋轉(zhuǎn)齒輪嚙合后再進(jìn)行下面的操作。

4 螺距指示單元校準(zhǔn)

ULSTEIN 150 TV-A型側(cè)推進(jìn)器的螺距指示單元通常由多塊控制板、反饋電位計(jì)、螺距表等構(gòu)成[3]。該系統(tǒng)中使用的反饋電位計(jì)是多層共軸電位計(jì)，第一層用于反饋螺距變化，第二層用于指示螺距變化，第三層備用。因其共軸，所以在調(diào)整螺距零位時(shí)用來(lái)指示螺距變化的第二層也會(huì)跟隨改變。此時(shí)，雖然操作手柄指示螺距和槳葉實(shí)際螺距是一致的，但螺距表的指示是錯(cuò)誤的，這就需要對(duì)螺距指示單元進(jìn)行調(diào)整。

4.1 螺距控制板單元校準(zhǔn)

1）找到控制板MEA403的2C針腳（pin）引出線，并在整個(gè)調(diào)整過(guò)程中使用萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)量其電壓值。

2）將側(cè)推進(jìn)器操縱權(quán)限轉(zhuǎn)至駕控臺(tái)主面板，將操作手柄轉(zhuǎn)至右舷滿螺距位置，調(diào)整控制板MEB110上的P5滑動(dòng)變阻器，直到萬(wàn)用表測(cè)量到+10 V電壓；將操作手柄轉(zhuǎn)至左舷滿螺距位置，調(diào)整控制板MEB110上的P6滑動(dòng)變阻器，直到萬(wàn)用表測(cè)量到-10 V電壓。

3）將側(cè)推進(jìn)器操縱權(quán)限轉(zhuǎn)至駕控臺(tái)伺服面板，將操作手柄轉(zhuǎn)至右舷滿螺距位置，調(diào)整控制板MEB110上的P7滑動(dòng)變阻器，直到萬(wàn)用表測(cè)量到+10 V電壓；將操作手柄轉(zhuǎn)至左舷滿螺距位置，調(diào)整控制板MEB110上的P8滑動(dòng)變阻器，直到萬(wàn)用表測(cè)量到-10 V電壓。

4.2 螺距表校準(zhǔn)

1臺(tái)側(cè)推進(jìn)器通常包含3臺(tái)螺距表：機(jī)旁螺距表、前操縱臺(tái)螺距表以及后操縱臺(tái)螺距表。螺距表的本質(zhì)是直流電壓表，它的工作原理是利用電流的磁效應(yīng)，當(dāng)線圈中有電流通過(guò)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，而旋轉(zhuǎn)力與扭簧之間達(dá)到一種平衡，指針就會(huì)指向某個(gè)讀數(shù)。螺距表指針延伸末端有一個(gè)旋鈕，叫做機(jī)械調(diào)零旋鈕，用來(lái)進(jìn)行機(jī)械調(diào)零。

當(dāng)側(cè)推進(jìn)器操作手柄在零位，而螺距表指針不在0位時(shí)，便需要對(duì)螺距表進(jìn)行調(diào)零操作。

首先使用萬(wàn)用表的直流電壓檔測(cè)量螺距表的輸入電壓是否是0 V。若輸入電壓為0，則需要進(jìn)行機(jī)械調(diào)零操作，使用螺絲刀調(diào)整機(jī)械調(diào)零旋鈕，直至指針指向零位即可；若輸入電壓不為0，則需進(jìn)行上述4.1螺距控制板單元校準(zhǔn)，調(diào)整至螺距表輸入電壓為0。然后繼續(xù)觀察螺距表指針是否在零位，若在零位則無(wú)需進(jìn)行調(diào)零操作，若不在零位，調(diào)整機(jī)械零位旋鈕使指針至零位即可。

以上便是ULSTEIN 150 TV-A型側(cè)推進(jìn)器螺距指示單元的校準(zhǔn)過(guò)程。

5 結(jié)語(yǔ)

精準(zhǔn)的螺距零位對(duì)保護(hù)側(cè)推進(jìn)器安全、延長(zhǎng)側(cè)推進(jìn)器壽命具有重要意義，管理人員應(yīng)定期對(duì)螺距反饋單元進(jìn)行檢查，確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行。除此之外，定期化驗(yàn)油樣及時(shí)更換液壓油，定期檢查伺服油缸、反饋電位計(jì)的固定螺絲等措施同樣重要，多措并舉方能保證船舶側(cè)推進(jìn)器的工況處于理想狀態(tài)，進(jìn)而給船舶安全營(yíng)運(yùn)創(chuàng)造良好的設(shè)備環(huán)境。