這些天我原來打算寫一篇《從8.12爆炸事故看危險貨物鑒定及包裝使用鑒定的重要性》的文章，但偶爾見到了一篇“海員M船員” 微信公眾號發(fā)的《閥控型舵機》文章（以下簡稱《文章》，您如感興趣可以點擊該文章詳細(xì)了解內(nèi)容），我突然感覺得先在這船舶領(lǐng)域為這個世界做些服務(wù)！
《文章》例舉了一份閥控型液壓舵機系統(tǒng)原理圖（參見圖1），并加以說明這種系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)缺點，我感覺對該液壓系統(tǒng)有點“面熟”，幾年前好像我曾經(jīng)審查過類似設(shè)計的產(chǎn)品系統(tǒng)圖紙，故今我打算再給大家分析一下該液壓系統(tǒng)圖紙的設(shè)計，為便于讀者您能夠理解。
圖中（注：為便于您理解，我對原文附圖標(biāo)注有些修改）：1-單向閥；2-油箱；3-溢流閥；4-先導(dǎo)閥；5-電磁換向閥；6-液動換向閥；7-雙向安全閥；8-電磁換向閥；9-液動換向閥；10-減壓閥
《文章》對該閥控型液壓舵機系統(tǒng)的工作原理進行了介紹，包括轉(zhuǎn)舵機構(gòu)應(yīng)急工況選擇、自動安全切換裝置的工作原理、以及與泵控型液壓舵機系統(tǒng)的差別。
在此我給您進一步介紹分析一下該液壓系統(tǒng)的設(shè)計：
1、整套舵機液壓系統(tǒng)設(shè)計：
1）液壓動力裝置是采用相同的（定量泵）動力的雙機組配置，可獨立工作并滿足SOLAS公約對船舶主操舵裝置的轉(zhuǎn)舵能力要求，必要時也可同時工作（轉(zhuǎn)舵速度將增加一倍，但需要增加液壓阻塞監(jiān)測報警），液壓系統(tǒng)采用了閉式循環(huán)方式，閥件主要采用常規(guī)的板式閥（不是插裝式），故通常閥件的最大通徑在32及以下，以至于該動力系統(tǒng)通常只用于中小型液壓舵機；
2）轉(zhuǎn)舵機構(gòu)為（柱塞式）四缸雙撥叉式，設(shè)置了手動隔離閥，為滿足SOLAS公約（如第II-1章第29條、30條等）對10000總噸及以上的油船、化學(xué)品船或氣體運輸船的要求，在兩組撥叉式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)之間增加了一套“自動安全切換裝置”；
3）系統(tǒng)配置了一只設(shè)置了中間隔板的高掛油箱（在原理圖左邊），油液在高位時相通，低低液位（S2）時則分成2個獨立油箱空間，同時為高掛油箱配置了一套3液位S0/S1/S2檢測傳感器。
2、關(guān)于油箱低液位監(jiān)測報警設(shè)計：
《文章》認(rèn)為油箱低液位監(jiān)測報警設(shè)計滿足SOLAS公約要求的“每個液壓液體貯存器應(yīng)設(shè)低液位報警器”，可實際上為高掛油箱僅配置了一套3液位S0/S1/S2檢測傳感器，其中S0為普通低液位監(jiān)測報警傳感器，S1及S2是為“自動安全切換裝置”而設(shè)置的低液位及低低液位監(jiān)測控制傳感器。S0及S1傳感器設(shè)置在隔板之上的油箱共用空間，S2設(shè)置在隔板最高液位之下。可見單一S0低液位監(jiān)測報警器從表面上似乎能夠滿足SOLAS公約第II-1章29.12.2條要求的“每個液體貯存器設(shè)低位警報器，以便確切和盡早地指示液體泄漏。”但這里的“每個”至少是兩個油箱，并應(yīng)做到SOLAS公約第II-1章51.1.1條要求的“能在適當(dāng)位置以視覺方式顯示出每一獨立的報警功能”，也即該低液位監(jiān)測報警的設(shè)置不能滿足SOLAS公約要求，我在以往的液壓舵機圖紙審查中均要求設(shè)計方修改設(shè)計，以便滿足SOLAS公約要求。
3、關(guān)于儲備油箱的設(shè)置：
《文章》認(rèn)為儲備油箱的設(shè)置滿足SOLAS公約要求的“應(yīng)設(shè)有一個固定的貯油柜，其容量至少滿足一個動力傳動系統(tǒng)(包括工作油箱)”。但需要注意的是在該原理圖中并沒有顯示出公約要求的“儲備油箱”，原理圖左邊的油箱是“高掛油箱”，而不是公約要求的“儲備油箱”，故應(yīng)該無法通過這份原理圖來判定出系統(tǒng)設(shè)計是否滿足公約對儲備油箱的設(shè)置要求，如果在船舶實際配置中沒有另外設(shè)置一只滿足公約要求的“儲備油箱”，則就不符合SOLAS公約（II-1章29.12.3）的要求了，試想一下如果S0低液位傳感器觸發(fā)報警，船員從哪里來及時補充液壓油？
4、關(guān)于“自動安全切換裝置”：
《文章》提及的“自動安全切換裝置”（德國HATLAPA公司稱為Safematic），是為了滿足SOLAS公約對10000總噸及以上的油船、化學(xué)品船或氣體運輸船的要求，如公約第II-1章第29.16.2.2條“至少兩個相同的動力執(zhí)行系統(tǒng)，在正常運轉(zhuǎn)中同時工作時，應(yīng)能滿足本條3.2的要求。如果需要符合此要求，液壓動力執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有交叉聯(lián)結(jié)。一個系統(tǒng)中液體的流失應(yīng)能發(fā)現(xiàn)，有缺陷的系統(tǒng)應(yīng)能自動隔離，以使另一個或幾個執(zhí)行系統(tǒng)能保持全面運轉(zhuǎn)；”故在兩組撥叉式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)之間增加了一套“自動安全切換裝置”，以及與“自動安全切換裝置”專門配套的在高掛油箱中設(shè)置的一組低液位S1及低低液位S2的監(jiān)測控制傳感器，別忘了在這張液壓系統(tǒng)原理圖之外將前述兩部分連接在一起的還有一個“自動安全切換裝置”的電氣控制系統(tǒng)哦。
《文章》對S0、S1及S2這3只傳感器的工作原理沒有表述清楚，這里我再補充說明一下：
當(dāng)任一舵機動力裝置工作正常時，高掛油箱與兩套動力裝置的液壓系統(tǒng)油路是保持聯(lián)通的，而當(dāng)液壓系統(tǒng)發(fā)生管子爆裂或外密封失效等引起液壓系統(tǒng)液壓油較大量外漏泄導(dǎo)致液壓油“流失”故障時，會依次觸發(fā)安裝在高掛油箱中的低液位傳感器S0、S1及S2動作：
1）首先S0被觸發(fā)，發(fā)出油箱低液位報警，船員應(yīng)該及時去舵機艙查看報警原因并及時處置；
2）如果沒有及時處置S0報警，并且又觸發(fā)S1低液位傳感器動作，則會自動向“自動安全切換裝置”發(fā)出控制指令：（1）自動將兩組轉(zhuǎn)舵油缸隔離，將舵機動力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)拆分成兩個獨立的轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)（如原理圖中泵組1與缸3及缸4組成一個系統(tǒng)，泵組2與缸1及缸2組成另一個系統(tǒng)，此時轉(zhuǎn)舵速度將增加一倍，而輸出的轉(zhuǎn)舵扭矩將減小一半，故此時船舶應(yīng)該降速運行，否則易造成因舵機輸出的轉(zhuǎn)舵扭矩不足而無法達(dá)到指令舵角的問題）；（2）自動停止目前正在運行的泵組，同時自動啟動另一臺泵組；
3）假如位于高掛油箱中隔板最高液位以下的S2傳感器被觸發(fā)，則說明液壓油的流失故障位于剛剛自動啟動的動力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)中，此時“自動安全切換裝置”將再次發(fā)出控制指令，自動停止目前正在運行的有故障的泵組，再自動啟動之前被關(guān)閉的另一臺泵組；假如S2沒有被觸發(fā)，則說明第一次停止的動力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)中存在液壓油流失的故障。
您能夠注意到這種設(shè)計與SOLAS公約要求的差別嗎？注意到SOLAS公約第II-1章第29.16.2.2條的要求合理嗎？我一直認(rèn)為隨著科技進步等SOLAS公約的要求不一定正確/合理，否則就不會出現(xiàn)公約“修正案”了！例如：
1）SOLAS公約要求的是“一個系統(tǒng)中液體的流失（Loss of hydraulic fluid from one system）”，而不僅僅是指油箱的液位降低；因為如果一個管路爆裂導(dǎo)致大量液壓油流失，首先反應(yīng)的是船舶“失舵”了！之后才是油箱液位降低，如果假設(shè)油箱容積比較大呢？這故障響應(yīng)時間的延時（可能由此造成事故）SOLAS公約能夠容忍嗎？為什么目前國際上都是通過監(jiān)測油箱液位來實現(xiàn)對SOLAS第II-1章第29.16.2.2條的符合性？公約的要求與現(xiàn)實為什么差距如此之大呢？
2）SOLAS公約對操舵裝置的單項故障隔離的時限也是有等級要求的，如SOLAS公約第II-1章按照處理時間長短要求從低至高依次如第29.6.1.3條要求的“迅速恢復(fù)”，第29.14條、29.16.1條和29.17.1條的45s要求，以及第29.16.2.2條的“有缺陷的系統(tǒng)應(yīng)能自動隔離，以使另一個或幾個執(zhí)行系統(tǒng)能保持全面運轉(zhuǎn)”；為什么對于同樣一條船舶針對不同的單項故障SOLAS公約提出了不同的故障處理時限要求呢？如本案例的液壓油流失需要故障“自動隔離”并“保持全面運轉(zhuǎn)”，而對其它故障卻可以容忍45s的時間來處理呢？以本文分析的液壓系統(tǒng)原理圖來說，假設(shè)動力系統(tǒng)的液動換向閥6的一邊彈簧斷了或該閥的主閥芯由于污物被卡死在一端（這些故障是容易發(fā)生的）會出現(xiàn)什么問題？如何應(yīng)對？由于文章篇幅原因在此我就不多解釋了。
3）“自動安全切換裝置”是公約要求的監(jiān)測報警裝置還是屬于操舵裝置控制系統(tǒng)的一部分？由于其具有“自動控制”（轉(zhuǎn)舵動力機組變換（包括泵組的自動啟停））功能，故不應(yīng)屬于監(jiān)測報警裝置范疇；如果將其劃歸到操舵裝置控制系統(tǒng)，目前的單套設(shè)計配置無法滿足SOLAS公約對操舵控制系統(tǒng)的配置要求，例如II-1章第29.7.2條，如果“自動安全切換裝置”出現(xiàn)故障了會導(dǎo)致什么后果？2016年2月，中海印度洋輪（19000TEU集裝箱船）在漢堡易北河航行時，舵機突然出現(xiàn)報警并失去操舵能力（據(jù)船方聲稱無響應(yīng)時間約1-2分鐘），隨后操舵能力恢復(fù)，失舵導(dǎo)致船舶在河中擱淺后，停泊了五天，事故分析認(rèn)為故障起是因為該舵機中類似本文我們討論的“自動安全切換裝置”突然出現(xiàn)故障，出現(xiàn)類似S1觸發(fā)的報警，并不合常規(guī)的導(dǎo)致所有動力泵組停止工作，最終失去全部操舵能力。據(jù)悉，中海同型船舵機也出現(xiàn)過類似狀況。2017當(dāng)?shù)貢r間8月14日，另一艘超大型集裝箱船“CSCL JUPITER/中海木星”在荷蘭澤蘭省斯凱爾特河擱淺，據(jù)稱也是因船舶舵機故障。（大家可以上網(wǎng)查查這兩起事故相關(guān)報道）
遺憾，到目前為止我未見國際海事組織（IMO）及國際船級社協(xié)會（IACS）對這種為滿足SOLAS公約第II-1章第29.16.2.2條要求而采用的“自動安全切換裝置”（或稱Safematic）提出安全設(shè)計要求，建議相關(guān)方應(yīng)盡快向IMO及IACS提出對SOLAS公約第II-1章第29.16.2.2條要求進行安全評估，完善相關(guān)安全要求（包括出臺IACS統(tǒng)一要求），因為目前很多大型高附加值船舶都在安裝所謂的“智能化”的這種“自動安全切換裝置”（或稱Safematic），殊不知其會帶來更多的航行安全事故。
5、閥控型與泵控型舵機相比存在的差別：
《文章》對這兩種系統(tǒng)進行了優(yōu)缺點對比，且認(rèn)為閥控系統(tǒng)的缺點是“換向時液壓沖擊比泵控型系統(tǒng)大，閥工作的可靠性也不如泵控型”。但我認(rèn)為電液換向閥的換向沖擊大可能是因為沒有合理調(diào)節(jié)液動換向閥（6）兩端的阻尼器造成的，如果調(diào)整適當(dāng)，不應(yīng)該會出現(xiàn)換向沖擊大的問題；而認(rèn)為“閥工作的可靠性不如泵控型”我認(rèn)為也有點片面，因為泵控系統(tǒng)也有很多液壓閥，如控制泵變量的伺服閥、控制操舵的液動隔離閥等等。關(guān)于泵控型舵機“海員M船員” 微信公眾號還發(fā)了一篇《泵控型舵機》的文章，感興趣的讀者可以先點擊看看，過幾天我再針對該《泵控型舵機》文章寫點分析。
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