文章分析了造成容積式閥位指示器在船舶液壓閥門遙控系統中應用產生誤差的因素，介紹了一種新穎的帶有壓力補償模塊的容積式閥位指示器。這種閥位指示器可在系統工作壓力高、控制管路長的工況下有效提高閥位指示器的測量精度，可廣泛應用于大型船舶液壓閥門遙控系統。

　　目前，船舶液壓閥門遙控系統設計應用中，出于防爆要求和節省電纜等因素的考慮，油船、液貨船上的閥位指示大多采用間接測量技術。即閥位測量、指示機構均放置在安全區域的電磁閥箱內，用測量元件測量控制回路中的液體體積、流向、壓力或流量等參數，利用參數的變化間接反映所控制閥門的開閉位置和運動狀態，并進行指示[1]。

　　近年來，隨著船舶大型化和船舶自動化水平的不斷提高，船舶液壓閥門遙控系統已廣泛地應用于大型船舶的壓載水系統、艙底水系統及油船輸油系統中[2，3]。其系統工作壓力、控制管路長度相應增加，對閥位指示特別是容積式閥位指示的應用帶來諸多問題。本文詳細分析了影響容積式閥位指示器測量精度的因素和解決方法，研制出帶有壓力補償模塊的容積式閥位指示器。

1、容積式閥位指示器簡介及應用

　　容積式閥位指示器是間接式閥位測量技術的一種，主要是通過測量流過液壓驅動器的液體體積來間接測量其位置的.目前，主要有計量油缸型和計量馬達型兩種.

　　1)計量油缸型

　　計量油缸型閥位指示器通常由活塞、螺旋機構、測顯機構等組成。液壓油流過計量油缸時推動活塞運動，在缸徑確定的情況下，將液壓油的流量轉換成位移S，再經過螺旋機構將位移S轉換成小于360°的開度角，然后通過帶有表盤的測顯機構直接顯示并轉換成電信號輸出。

　　2)計量馬達型

　　計量馬達型閥位指示器通常由計量馬達、齒輪減速器、測顯機構等組成.液壓油流過計量馬達時驅動齒輪馬達轉動，在馬達排量確定的情況下，將液壓油的流量轉換成計量馬達的轉數n，再經過小型齒輪減速器將轉數n轉換成小于360°的開度角，然后通過帶有表盤的測顯機構直接顯示并轉換成電信號輸出。

　　容積式閥位指示器一般都要串在液壓控制回路中，如圖1為常用的容積式閥位指示器的控制回路圖.圖中通過閥位指示器(3)將流過容積式閥位指示器液壓油的體積轉化為小于360°的開度角，可直接通過閥位指示器進行機械指示，也可以轉換成電信號傳送至電氣控制臺予以處理，從而可以實現對整個閥門遙控系統的控制。

圖1 容積式閥位指示器的液壓控制回路

2、影響容積式閥位指示器指示精度的因素

　　由于采用間接測量技術，容積式閥位指示器的測量精度就尤為重要。尤其在船舶朝著大型化和自動化方向發展當今，其系統工作壓力、控制管路長度都相應增加，因此，需要深入研究各種影響因素.要提高容積式閥位指示器的精度，除了其自身結構合理，工藝性好，運動阻力小，泄漏低外，系統的管路長度、壓力等因素也會對其產生很大的影響。

　　2.1、管路長度、工作壓力的影響

　　容積式間接測量技術的基礎是油液不可壓縮.在系統壓力低、控制管路較短(控制容積小)的工況下，控制回路中的油液壓縮量較小，可以忽略不計，認為油液是不可壓縮的。但在大型船舶的液壓閥遙控系統工作壓力達12.5MPa，控制管路長達300m時，控制容積內油液壓縮容積往往大于液壓驅動器的工作容積或占較大比例，將嚴重影響容積式閥位指示器的指示精度。

　　油液壓縮量可根據式(1)進行計算[2].

ΔV=VΔP/K (1)

　　式中，V為油液體積，mL;ΔV為在壓力作用下油液的體積壓縮量，mL;P為壓力;K為油液的體積彈性模量，取K=0.7×103MPa。

　　為了研究管路長度和系統壓力對油液體積的影響，在管路內徑為6mm、液壓油體積彈性模量為K=0.7×103MPa的條件下，分別計算7.5MPa、10MPa、12.5MPa的工作壓力下，液壓油體積壓縮量ΔV在不同管路長度下的值，其結果如圖2所示。由圖可知，管路越長，管路內的液壓油的壓縮量越大，相同壓力下管路內液壓油的體積壓縮量與管路長度呈線性關系增長;壓力越大，管路內液壓油的體積壓縮量越大，相同管路長度下管路內液壓油的體積壓縮量與管路的壓力呈線性關系增長。12.5MPa壓力下，當管路長度到達300m以上時，其壓縮量在150mL以上，在測量時，會對測量精度有非常大的影響。

　　2.2、管路中液壓油壓縮容積與液壓驅動器的工作容積比例關系

　　當管路長度變長時，控制容積內的液壓油壓縮量與液壓驅動器的工作容積(待測液壓油體積)的比值越來越大，其測量誤差會隨之增大。通過計算控制容積內液壓油壓縮體積與液壓驅動器工作容積的比例關系，可知壓力和管路長度對容積式閥位指示器測量精度的影響，液壓油的壓縮體積所占比例越大，測量誤差越大，反之，測量誤差越小。下面以一高壓系列的液壓驅動器(如表1所示)為例，分析每個型號的驅動器在不同壓力和不同管路長度下，控制容積壓縮量占被測驅動器容積的百分比的變化關系，其變化曲線見圖3~圖5。

圖3 容積壓縮量與工作容積比例曲線圖

　　從圖3可知：液壓驅動器工作容積越大、控制管路越短、工作壓力較低時管路容積壓縮量越小，閥位指示誤差較小;反之控制回路容積壓縮量越大，而閥位指示誤差也隨之增大。

3、帶壓力補償模塊的容積式閥位指示器的應用

　　圖2所示的控制回路顯然不能適應大型船舶閥門遙控系統高壓化和長距離控制的精度要求.圖4所示的系統因為采用了帶有壓力補償模塊的容積式閥位指示器的控制回路，它將低壓回油路上的液壓油引入到測量元件中，減小了壓力測量精度的影響。

圖4 帶壓力補償模塊的容積式閥位指示器的控制回路

　　容積式閥位指示器的壓力補償模塊采用可由三位四通電磁換向閥控制切換液流方向的三位六通閥結構(圖4)，主要由閥體、閥芯和單向閥、阻尼器等部分組成。閥芯處于中位時可將流量計的進、回油路與其它油路同時切斷，并使A、B腔處于低壓回油端，可以消除管路過長、壓力過高、引起管內壓縮體流動對閥位測量的影響;工作時，使流量計始終處于低壓側，不受壓力變化的影響，可以提高測量精度。電磁換向閥用于控制到執行器的壓力油流向，控制閥門的啟或閉。其上部與三位四通電磁閥相連，下部與集成閥塊相連，側面連接閥位指示器，從而達到了控制要求，并且具有較高的集成度，方便安裝、維護。

　　通過上述壓力補償模塊的容積式閥位指示器應用可極大提高其在系統壓力高、控制管路長工況的閥位指示精度，筆者在工作壓力為11MPa、管路長度為100m、200m、300m的工況下，選用HDA1000液壓驅動器及配套計量油缸型閥位指示器進行了容積式閥位指示器指示精度試驗。其精度可控制在3%以內，基本滿足大型船舶閥門遙控系統的使用。

　　通過試驗證明：

　　1)在工作壓力低、控制管路短、液壓驅動器工作容積大時，容積式閥位指示器可直接接入控制回路中。

　　2)液壓驅動器工作容積過小(≤150mL)不宜采用容積式閥位指示器。

　　3)工作壓力高、控制管路長、管內壓縮容積與液壓驅動器工作比值偏大時，容積式閥位指示器不可直接接入控制回路中，要與壓力補償模塊一同使用，才能達到測量精度。

4、結束語

　　采用壓力補償模塊，可極大地提高容積式閥位指示器的測量精度，完全可以滿足大型船舶閥門遙控系統的使用要求。設計者可根據具體的船只和驅動器要求，適時采用壓力補償模塊，以采取合適的系統方法，保證安全，提高測量精度和系統可靠性。

參考文獻

　　[1]韓章.船舶閥門遙控系統的選擇[J].上海造船，2009(2)：33-34.

　　[2]林銳，李瑋，陳濤.船用閥門位置指示裝置的研究與分析[J].流體與控制，2009(6)：54-55.

　　[3]林銳，劉輝，張軒.船舶閥門遙控系統的研究與分析[J].流體與控制，2007(6)：15-16.

　　[4]雷天覺.液壓工程手冊[M].北京：機械工業出版社，1990.

　　[5]楊源泉.閥門設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2000.