0. 引言
目前大、中型货船压载舱和货舱压载水进出控制阀多采用遥控操作的液压驱动蝶阀，其远程作动液压油动力源可分为3种供给方式：1.每个蝶阀配备均有独立的小型手动液压泵；2.由供甲板机械使用的大型变量柱塞式液压泵提供；3.有独立于甲板机械液压系统的气动或电动液压泵提供。第一种供给方式提供的液压油压力有限，目前已经基本淘汰。第二种方式在10年以船龄的船舶上仍然较多在用，但是由于系统工作压力较大，对液压油控制阀后的远程液压油管路和连接头的强度及密封性要求较高，5年以上船龄的船舶，液压油系统泄漏故障较多，而且很多泄漏点位于干隔舱内，查找维修作业较为困难，往往会造成液压油较大的浪费。再者，甲板机械液压泵系高压设备，运转时产生会较大的低频噪音，也会严重干扰船员的休息和睡眠。同时，为开启一个或几个控制蝶阀，需要启动运转功率约9kW的液压泵 ，从能量利用的角度来说，也是一种严重的浪费。近年日本大岛船厂建造的船舶，逐步采用压缩空气驱动的简单高效的气动往复式单级柱塞泵，提供7.5---9.0MPa的动力油压，有远程触控屏遥控和阀站现场手动控制两种模式，满足液压蝶阀的开关操作。
1. 事故经过
某轮为一艘62400吨位的巴拿马极限型散货船，第2航次从日本开往温哥华，航线规划为高纬度航区。12月23在接近白令海域时，风力加大，海况逐渐转坏，船舶摇晃加剧，船长通知大副将No.3货舱压水，以减缓船体横摇和纵摇，防止主机超速保护停车。但是在遥控操作No.3货舱压载水控制阀时，触控屏显示无法开启该阀。当时天色已晚，风大雪大，甲板结冰集雪，液压阀站位于主甲板No.2桅房内，考虑到人员安全，未能前往阀站现场进行检修或手动操作尝试。次日在阀站检查，发现采用遥控和手动操作方式，气动泵均没有动作。使用应急手摇泵加压到9.0MPa的压力才勉强缓慢开启No.3货舱压载水控制阀，压载水得以顺利泵入，但随后在抽排No.3左右压载舱压载水时，该舱液压控制阀采用自动和手动及使用手摇泵应急开启方式均也无法动作。逐一测试其他各阀，发现共还有4个蝶阀处于相同故障状态。其他蝶阀开启和关闭速度均非常缓慢。
2. 液压系统工作原理和故障查找分析
2.1液压遥控阀系统工作原理
该轮压载舱控制阀和船舶吃水测量装置（DGFP）共有12套NSPTBI-3200型遥控液压蝶阀，液压阀站位于NO.2桅房。阀站与蝶阀之间配用Ø10mm的铝铜合金液压油管。各蝶阀液压油路均由一个RT-NS692A型弹簧对中式电磁阀作动三位四通阀(4-WAYVALVE)控制，附带手动顶升开启功能。电磁阀遥控信号由控制系统的控制面板触控屏操作给出，并在模拟系统状态图上动态显示各阀的操作状态。
图1 压载舱蝶阀遥控液压系统示意图
在各三位四通阀的P口（R、P、S、O）管路设置手动节流阀（调速阀）， 用于调节蝶阀的开启速度，防止较大流量时转阀机构的冲舵效应而致使导销卡滞，关闭操作时复位困难至无法关闭，同时还可以避免阀盘转角过大，强力挤压撕破阀座胶皮，造成密封失效。S口管路设有机械式GDM型阀位指示器，并通过由液压油流驱动的微动行程开关将蝶阀阀盘的模拟位置信号反馈给控制电路。液压动力单元使用0.4MPa的压缩空气驱动气动活塞泵(pistonmotor)，直接作用于往复式柱塞液压油泵，提供8.0--9.5MPa油压。作动压缩空气经由过滤器分离除去管路中的锈蚀渣滓，通过润滑器混合适量的滑油后经由压力调节阀进入作动器，遥控电磁阀控制气路通断，并附有手动应急操作按钮。机房备有小型手动液压泵和快速连接软管，以备现场提供油压，应急操作。油路系统设有 8.5L储油柜，该系统设置简单实效，操作和维护保养较为简便。
2.2气动柱塞液压泵工作原理
1.轴承 2. 主轴 3.弹簧 4.缸套 5.O-Ring 6.活塞7.锁止螺母 8. 轴承9.小弹簧 10阀盘 11.阀箱 12.阀座 13.阀盘 14.梭轴
图2.气动活塞作动器结构图
该系统液压泵为最简单的单作用柱塞泵，作为驱动单元的气动活塞泵是整个液压遥控系统的动力中心。该气动活塞泵主要有缸套、活塞总成、复位弹簧、空气阀箱、阀座、密封阀盘、梭动轴等组成。（如图示）塞与缸套间有一道O-Ring密封，由两根旋向相反的复位弹簧提供活塞回复力矩。圆柱形空气阀箱由阀后盖压紧在泵体上，设置两道O-Ring密封，形成右侧动力腔室、左侧气源腔室和中间泄放腔室。沿阀箱圆柱中心嵌入一个均布12个Ø2.0mm 穿孔的圆盘，圆盘底部下沉空间圆面墙壁开有周向钻孔，形成“A”通道，联通动力腔室和泄放腔室至大气，左侧大阀盘可以穿孔实现密封。右侧小阀盘对气源腔室和动力腔室连接通道“B”实现密封。大小两个阀盘均锁紧固定在梭轴上。工作时，活塞杆在弹簧力作用下右移，将大阀盘压紧在带孔的圆盘上，0.6--0.7MPa的压缩空气减压至0.4 MPa，经由通道“B”进入动力腔室，推动活塞客服弹簧力矩向左移动，当移动到一定距离时，活塞杆将向左拉动梭轴，使得左侧固定在梭轴上的大阀盘开始脱离圆盘，同时右侧小阀盘逐步接近阀座，开始密封“B”通道。活塞继续向左移动，大阀盘与圆盘完全脱开，动力腔室内的空气瞬时泄放，而小阀盘则压紧阀盘，切断气源。动力腔室内的空气泄放后，复位弹簧推动活塞向右复位，当移动到适当距离时，又推动梭轴右移，在恰当的位置推动大阀盘复位弹簧，使得大阀盘与圆盘重新密封，停止泄放，同时小阀盘离开阀座，接通气源，压缩空气再次及时作用于活塞，客服弹簧力矩，阻止活塞继续右移，防止活塞在弹簧力矩的惯性作用下撞击本体。活塞右移，重新开始下一个工作循环。
2.3故障查找及原因分析
或许正是认为该液压系统较为简便实用，所以在本次故障的查找途径上反而颇费了一番周折。本航次离开日本富山港之前，当地一直处于雨雪天气，开航后船舶也是航行在寒冷海域，环境温度为-7℃，甲板上是滴水成冰。对于故障的判断，首先归结于低油温，导致液压油粘度增大，管路流阻增加，故蝶阀开启困难。同样推测柱塞泵可能也是这个原因，背压较高而无法往复作动。直到用手动液压泵强行缓慢开启了NO.3货舱压载阀，也似乎更加肯定了这种推测。为彻底查明故障，拆开油泵压力表接头，将泵部出口完全泄压，气动泵依旧没有动作，但每次关闭气源并泄放后再次手动（应急按钮）操作时，气动泵只能有一次泵油动作。由此分析应该是动力腔室不能泄放压力，活塞无法在弹簧力的作用下右移复位，致使梭轴不能推开小阀盘从而接通气源。开关气源测试时，活塞只可以作动一次，说明梭轴已经将大阀盘拉开脱离圆盘，但是无法泄压，表明作动空气泄放通道有堵塞。随后将阀箱、梭轴和阀盘及圆盘进行解体，逐一检查，除了圆盘和大小阀盘上有少许润滑用的白色牛油外，没有发现任何脏污，阀箱外圆的泄放腔室只有少许的白色牛油，也未见脏堵。依次装复后实验，故障依旧。再次拆检，在试图清除“白色牛油”时，有些却很硬无法抹掉，脱掉手套后将圆盘和阀盘放到手心，准备清洁时，部分硬化的“牛油”很快融化了，再一细看，其实就是冰渣。顺着这一思路，将阀箱整体放在货舱灯下进行烘烤，很快就有水从泄放孔流出。将全部拆解的部件都烘烤，擦干水渍再清洁，重新涂抹润滑油后逐一装复，接通气源试用，气动泵恢复正常。但随后使用气动泵来开启NO.3压载舱和其他几个使用手动液压泵来开启作动非常缓慢的液压蝶阀时，阀盘作动开关故障依旧。阀有动作但速度缓慢，说明有液压油进入，但流量受限。依据图纸逐一寻找“节流阀”（调速阀），现场管路没有发现类似其他甲板机械液压系统的可调节式节流阀，但在在每个三位四通电磁阀阀座安装板的底部都有一个铜制的带锁紧螺母的螺栓，尝试着选择一个进行微调，该液压管路的蝶阀作动明显改善，再进一步调节，确定了该调节螺栓即为“节流阀”。至此，全部故障都得以妥善解决。
本次故障可以总结为：1.环境温度过低，液压油粘度增大，节流阀开度太小，液压油流量不足导致蝶阀开关困难。2.气动泵作动压缩空气在泄放时瞬时节流降压，压力急骤降低，周围空气中的水蒸气冷凝成水并在低温环境下结冰，造成泄放通道堵塞，致使气动活塞不能泄压复位而无法连续作动。事后木匠证实，在出现本次事故前进行压载水操作时，就有发现某些压载舱遥控蝶阀作动缓慢，但还是能够开关，因此没有时报告机舱进行检修。大副也证实，新船出厂前后，未能在遥控触控屏和阀站现场对NO.3货舱和全部压载舱控制阀逐一进行有效的开关操作测试。多方人为疏忽和外界因素，使得本次事故成为必然。
3.结束语
船舶航行在北半球高纬度寒冷海域的时机不会太多，在计划进入类似极地寒冷天气航区航行前，对于甲板液压设备的维护保养工作需要提高到一个新的高度。尤其是新船出厂前，应该对所有甲板机械设备逐一进行充分的正常效用测试，并需要纳入寒冷海域的工况测试。设备主管人员需要熟悉理解该机构的工作原理，对设备故障提前进行有效防范，确保其正常使用和备用。
图表 1 某84000吨散货轮甲板机械液压泵和电动机参数
图表 2 某62000吨散货轮甲板机械液压泵和电动机参数
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