船舶燃油黏度自動(dòng)控制系統(tǒng)研究

1、船舶燃油黏度自動(dòng)控制系統(tǒng)研究為了保證船舶柴油機(jī)主機(jī)能正常運(yùn)行，燃油的黏度必須保證在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，如對(duì)低速柴油機(jī)，一般要求不超過60100s雷氏1號(hào)黏度。若燃油黏度超過規(guī)定限度時(shí)，它可能會(huì)導(dǎo)致燃油系統(tǒng)中某些部件的損壞和管路接頭漏油，同時(shí)使燃油霧化不良，燃燒效率低及柴油機(jī)運(yùn)動(dòng)件磨損加劇等。但也不是黏度越低就越好，對(duì)重油來說，黏度越低，加熱溫度就應(yīng)該越高。它在油泵吸入過程中有可能汽化，這是必須避免的。為此對(duì)每種燃油也都相應(yīng)的規(guī)定啦最高加熱溫度。為了降低船舶的營運(yùn)成本，目前幾乎所有的柴油機(jī)主機(jī)都使用重油。因?yàn)橹赜驮诔叵吗ざ群芨撸诠苈分须y以輸送，更不能直接噴入氣缸進(jìn)行燃燒，故必須預(yù)先加熱，使其黏

2、度下降到規(guī)定的范圍內(nèi)。初看起來，黏度控制似乎是一個(gè)溫度控制問題，當(dāng)然這對(duì)某一固定品種的燃油來說確實(shí)是如此，但世界各港口所供應(yīng)的燃油品種不一樣，在同一個(gè)溫度下，其黏度差異往往很大，所以用溫度來反映黏度就不科學(xué)，也不方便。微辣控制燃油的最佳黏度，對(duì)不同種的燃油就必須重新整定燃油黏度的給定值，其工作特別繁瑣，特別是當(dāng)不同品種的燃油混合在一起時(shí)，更難確定最佳噴射黏度所對(duì)應(yīng)的溫度給定值。因此，船用燃油系統(tǒng)一般不采用溫度控制，而是直接采用黏度控制系統(tǒng)，它以燃油的黏度作為被控參數(shù)，根據(jù)燃油黏度的偏差值控制加熱的蒸汽調(diào)節(jié)閥的開度，使燃油黏度保持為恒定值，這種方法不但科學(xué)，而且當(dāng)油艙中各種燃油混合比例發(fā)生變化時(shí)

3、，輪機(jī)人員不必作任何調(diào)整，系統(tǒng)能夠保證所要求的黏度。目前在船上，VAF型燃油黏度控制系統(tǒng)的應(yīng)用最為廣泛，它是由一套氣動(dòng)單元組合儀表組成的，主要單元主要有測黏計(jì)，差壓變送器，調(diào)節(jié)器，蒸汽調(diào)節(jié)閥。燃油黏度調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制系統(tǒng)的工作原理是：當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí)，例如鍋爐或主機(jī)負(fù)荷突然變化，這時(shí)蒸汽閥的開度還來不及變化，因而使燃油黏度變化偏離給定值，通過測黏計(jì)檢測燃油加熱器出口的燃油黏度，并轉(zhuǎn)化為壓差信號(hào)作為黏度的測量信號(hào)送到壓差變送器，壓差變送器把該壓差信號(hào)成比例地轉(zhuǎn)換為0.020.1Mpa的氣壓信號(hào)送至記錄儀，調(diào)節(jié)器及報(bào)警開關(guān)。調(diào)節(jié)器將變送器送來的測量值與給定值相比較得到偏差值，然后根據(jù)偏差信號(hào)的大小和方

4、向，按比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律輸出一個(gè)控制信號(hào)，去改變蒸汽調(diào)節(jié)閥的開度，調(diào)節(jié)進(jìn)入加熱器的蒸汽流量，使燃油黏度重新恢復(fù)給定值。測黏計(jì)又稱黏度發(fā)訊器，是燃油黏度測量元件。它能將燃油黏度成比例地轉(zhuǎn)換成油壓信號(hào)，并送到氣動(dòng)差壓變送器。測黏計(jì)被安裝在加熱器和高壓噴油泵之間的管路上，主要由殼體內(nèi)的齒輪泵以及黏度檢測毛細(xì)管，隔管套管等組成。Barton273A型壓差變送器，壓差變送器是燃油黏度控制系統(tǒng)中的變送單元。它把表示燃油黏度的壓差信號(hào)成比例地轉(zhuǎn)換為0.020.1MPA的氣壓信號(hào)，分別送到調(diào)節(jié)器和黏度記錄儀。差壓變送器由測量和變送兩部分組成。測量部分，測黏計(jì)輸出的高，低壓信號(hào)分別接在測量部分的“+”壓室和“”壓

5、室，并作用在兩個(gè)波紋管上。波紋管所產(chǎn)生的作用力與左邊彈簧的張力相平衡，當(dāng)黏度增加時(shí)，由測黏計(jì)來的壓差增大，右邊的波紋管被壓縮，波紋管內(nèi)的甘油被擠壓到左邊的波紋管中，使左邊的波紋管伸長。變送部分。它由比較，放大和反饋三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，其中比較環(huán)節(jié)主要由傳動(dòng)杠桿，比較杠桿和可移動(dòng)支點(diǎn)組成。傳動(dòng)杠桿與測量部分的扭轉(zhuǎn)軸相連放大環(huán)節(jié)主要由噴嘴擋板機(jī)構(gòu)和功率放大器由雙波紋管，閥桿，下閥盤和上閥盤組成。反饋環(huán)節(jié)主要由反饋膜片，反饋推桿組成。變送部分的作用是把扭轉(zhuǎn)軸的角度變化成比例地轉(zhuǎn)換為0.020.1MPA的氣壓信號(hào)。VAF型調(diào)節(jié)器是按位移平衡原理工作的，能實(shí)現(xiàn)比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律。它由檢測，給定，比較，反饋，

6、顯示和“手動(dòng)自動(dòng)”切換環(huán)節(jié)組成。工作原理當(dāng)控制系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，燃油黏度的測量值等于給定值，調(diào)節(jié)器上的測量指針（黑色）與給定值指針（紅色）相結(jié)合。比例帶和積分時(shí)間的調(diào)整。由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，我們從它的簡華圖來分析其如何實(shí)現(xiàn)比例積分作用的。積分時(shí)間的調(diào)整方法：轉(zhuǎn)動(dòng)積分時(shí)間的大小，從而改變積分時(shí)間作用的強(qiáng)弱，積分閥旋鈕上也有時(shí)間刻度，可作調(diào)整的參考。給定值的調(diào)整，根據(jù)調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)原理的簡化圖，歸納其給定值的調(diào)節(jié)方法：調(diào)節(jié)器上有給定值調(diào)整旋鈕。轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕時(shí)，通過齒輪和連桿機(jī)構(gòu)一方面通過給定值調(diào)整機(jī)構(gòu)，改變噴嘴擋板之間的初始距離，使燃油黏度值發(fā)生變化。正，反作用切換上述介紹的調(diào)節(jié)器是采用反作用式的工作方式

7、，即燃油黏度增加調(diào)節(jié)器輸出減小，或燃油黏度減小，調(diào)節(jié)器輸出增大，反作用式調(diào)節(jié)器必須與氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥配套使用，保證燃油黏度控制系統(tǒng)是一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，否則，成為正反饋系統(tǒng)，燃油黏度不能自動(dòng)調(diào)節(jié)在給定值上，采用氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥的好處是，一旦起源中斷，蒸汽調(diào)節(jié)閥會(huì)全開，保證黏度不會(huì)升高。但如果采用氣開式調(diào)節(jié)閥，那么調(diào)節(jié)器就必須改正為正作用式，即燃油黏度增加時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出增大使蒸汽調(diào)節(jié)閥開大。將調(diào)節(jié)器從反作用式切換成正作用式，只需把噴嘴順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90度。使它對(duì)準(zhǔn)下面的擋板，同時(shí)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)M點(diǎn)，使它從左上角轉(zhuǎn)到右上角。這樣，調(diào)節(jié)器就成為正作用式了。五，粘度計(jì)是燃油粘度的測量裝置。工作原理是基于流動(dòng)燃油的粘

8、性對(duì)其中振動(dòng)桿振動(dòng)幅度的衰減來進(jìn)行測量的。當(dāng)設(shè)計(jì)的振動(dòng)桿幾何尺寸使其振動(dòng)頻率等于強(qiáng)制振動(dòng)頻率時(shí)，講發(fā)生共振。在這個(gè)振動(dòng)頻率上，振動(dòng)桿的振幅值最大，給動(dòng)力線圈通有與振動(dòng)桿自振頻率相同的交流電，則它將產(chǎn)生同頻率的交變磁通。磁通的變化是振動(dòng)桿振動(dòng)，同時(shí)線圈4中產(chǎn)生感應(yīng)電流。由于燃油具有粘度，燃油的摩擦阻力將會(huì)衰減振動(dòng)桿振動(dòng)的振幅，進(jìn)而衰減感應(yīng)電動(dòng)勢。檢測線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的下降值是與燃油粘度成正比的。 單片機(jī)變送器 六，粘度傳感器內(nèi)的單片機(jī)變送器把測量線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢講數(shù)據(jù)放大后送入精密電壓-頻率轉(zhuǎn)換器，它的輸出的脈沖信號(hào)頻率與輸入電壓嚴(yán)格成比例，實(shí)際上是起模數(shù)轉(zhuǎn)換器的作用。該

9、脈沖信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器T0，記錄單位時(shí)間脈沖數(shù)，該數(shù)值就反映了燃油粘度的實(shí)際值。 七，Pt100是一種熱電阻式溫度傳感器。這種傳感器工作原理是利用金屬材料電阻值隨溫度升高而增大，字兒在檢測范圍內(nèi)他們之間保持良好線性關(guān)系的特性制造的，利用測量電橋把測溫元件電阻值變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，該電信號(hào)與所檢測的溫度成正比。 VCU-160粘度控制器 八，VCU-160粘度控制器采用單片機(jī)，可以同時(shí)監(jiān)視、控制、顯示燃油溫度和粘度，主要是由PI溫度調(diào)節(jié)器和PI粘度調(diào)節(jié)器構(gòu)成。由EVT-10C粘度傳感器和Pt100溫度傳感器傳來的信號(hào)來控制和顯示燃油溫度和粘度。由粘度控制器輸出

10、的信號(hào)傳給蒸汽加熱裝置的蒸汽調(diào)節(jié)閥或電加熱裝置的接觸器?？梢詫?duì)柴油進(jìn)行溫度定值控制，對(duì)HFO進(jìn)行溫度或粘度控制，兩種控制方式在升溫或降溫過程中有升溫速度的程序和降溫粘度定值控制，而且還設(shè)有手動(dòng)控制蒸汽調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)方式。 燃油的溫度信號(hào)及粘度信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)人單片機(jī)內(nèi)部RAM，用于溫度程序控制和粘度定值控制。速率選擇及粘度給定均由外部電位器上的分壓值給定，分別用以確定溫度程序控制時(shí)的溫升速率及粘度定值控制時(shí)的粘度給定值。 本系統(tǒng)的輸出量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換、V/I變換、伺服放大、電動(dòng)操作器，最后控制由執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的蒸汽調(diào)節(jié)閥開度，以改變進(jìn)入燃油加熱器的蒸汽流量。燃油粘度值及給定值采

11、用50個(gè)發(fā)光二極管組成的光柱來顯示，也可以在電動(dòng)操作器上讀出。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以手操電動(dòng)操作器控制蒸汽閥的開度以控制燃油粘度。 該系統(tǒng)的工作過程是在溫度較低時(shí)，單片機(jī)控制三通選擇閥使柴油進(jìn)人系統(tǒng)，同時(shí)起動(dòng)溫度程序控制，燃油溫度會(huì)逐漸上升，當(dāng)油溫高于中間溫度時(shí)單片機(jī)控制三通選擇閥選擇重油進(jìn)人系統(tǒng)，此時(shí)仍進(jìn)行溫度程序控制，當(dāng)溫度達(dá)到上限溫度值時(shí)轉(zhuǎn)人粘度定值控制。 SHS蒸汽加熱裝置和EHS電加熱裝置 本系統(tǒng)可以采用SHS蒸汽加熱裝置，也可以選用EHS電加熱裝置或者是兩者聯(lián)合使用。在這三種加熱裝置中，只有EHS電加熱裝置沒有手動(dòng)控制方式，剩下兩種都可以進(jìn)行，DO、FO和手動(dòng)三種工作方式，可靠性比較高。結(jié)論：大型柴油機(jī)的燃油黏度自動(dòng)控制系統(tǒng)，可確保燃油黏度的穩(wěn)定性，對(duì)保證輪機(jī)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。在日常管理中，要特別注意保持起源的清潔與干燥，隨時(shí)打開過濾減壓閥的放水考克，定期清洗過濾器，同時(shí)注意將起源壓力保持在0.14MPA以上，在控制系統(tǒng)運(yùn)行中，若某些儀表工作出現(xiàn)不正常情況，很可能是某個(gè)恒節(jié)流孔堵塞，可按一下裝在恒節(jié)流孔旁的通針進(jìn)行清洗。減速齒輪箱和滾珠軸承都要定期清洗和加油，記錄儀表機(jī)構(gòu)