船舶燃油黏度自动控制系统研究

1、船舶燃油黏度自动控制系统研究第12卷2012住第1期1月中国水运chinawatertransportvo1.12januryno.12012船舶燃油黏度自动控制系统研究隋超(中国水电港航公司,天津300457)摘要:燃油黏度合理控制对船舶柴油机主机的正常运行有着至关重要的影响,文中着重介绍了vfa型燃油黏度控制系统,论述了它的四大组成部分:测黏计,差压变送器,调节器以及蒸汽调节阀,并简要介绍了在使用过程的注意事项.关键词:燃油黏度;测黏计;差压变送器;调节器;蒸汽调节阀中图分类号:u672.2文献标识码:a文章编号:1006-7973(2012)01005803为了保证船舶柴油机主机能正常运

2、行,燃油的黏度必须保持在一个合适的范围内,如对低速柴油机,一般要求不超过601oos雷氏1号黏度.若燃油黏度超过规定限度时,它可能会导致燃油系统中某些部件的损坏和管路接头漏油,同时使燃油雾化不良,燃烧效率低及柴油机运动件磨损加剧等.但也不是黏度越低就越好,对重油来说,黏度越低,加热温度就应越高.它在油泵吸入过程中有可能汽化,这是必须避免的.为此对每种燃油也都相应地规定了最高加热温度.为了降低船舶的营运成本,目前几乎所有的柴油机主机都使用重油.因重油在常温下黏度很高,在管路中难以输送,更不能直接喷入气缸进行燃烧,故必须预先加热,使其黏度下降到规定的范围内.初看起来,黏度控制似乎是一个温度控制问题

3、,当然这对某一固定品种的燃油来说确是如此,但世界各港口所供应的燃油品种不一样,在同一个温度下,其黏度差异往往很大,所以用温度来反映黏度就不科学,也不方便.为了控制燃油的最佳黏度,对不同种的燃油就必须重新整定燃油黏度的给定值,其工作甚繁.特别是当不同品种的燃油混合在一起时,更难确定最佳喷射黏度所对应的温度给定值.因此,船用燃油系统一般不采用温度控制.而是直接采用黏度控制系统,它以燃油的黏度作为被控参数,根据燃油黏度的偏差值控制加热的蒸汽调节阀的开度,使燃油黏度保持为恒定值,这种方法不但科学,而且当油舱中各种燃油混合比例发生变化时,轮机人员不必作任何调整,系统能够保证所要求的黏度.目前,在船上,v

4、af型燃油黏度控制系统的应用最为广泛,它是由一套气动单元组合仪表组成的,主要单元主要有测黏计,差压变送器,调节器,蒸汽调节阀.如图1所示.图1vaf燃油黏度调节系统一,系统的工作原理控制系统的工作原理是:当系统受到扰动时,例如锅炉或主机负荷突然变化,这时蒸汽阀的开度还来不及变化,因而使燃油黏度变化偏离给定值,通过测黏计检测燃油加热器出口的燃油黏度,并转换为压差信号作为黏度的测量信号送到差压变送器,差压变送器把该压差信号成比例地转换为o.02-0.1mpa的气压信号送至记录仪,调节器及报警开关.调节器将变送器送来的测量值与给定值相比较得到偏差值,然后根据偏差信号的大小和方向,按比例积分调节规律输

5、出一个控制信号,去改变蒸汽调节阀的开度,调节进入加热器的蒸汽流量,使燃油黏度重新恢复到给定值.二,测黏计测黏计又称黏度发讯器,是燃油黏度测量元件.它能将燃油黏度成比例地转换成油压信号,并送到气动差压变送器.毛细管式测黏计的结构原理如图2所示.被安装在加热器和高压喷油泵之间的管路上,主要由壳体内的齿轮泵5以及黏度检测毛细管2,隔离套管1等组成,其中齿轮泵是由设于外侧的驱动电机经减速装置来驱动的,它以1oor/min的恒定转速旋转.图2测黏计结构原理图三,barton273a型差压变送器差压变送器是燃油黏度控制系统中的变送单元.它把表示燃油黏度的压差信号成比例地转换为o.020.1mpa的气压信号

6、,分别送到调节器和黏度记录仪.差压变送器由测量和变送两部分组成.(1)测量部分.测黏计输出的高,低压信号分另接在测量部分的+压室和一压室,并作用在两个波纹管上.波纹管所产生的作用力与左边弹簧的张力相平衡.当黏度增加时,由测黏计来的压差增大,右边的波纹管被压缩,波纹管内的甘油被挤到左边的波纹管中,使左边的波纹管伸长.收稿日期:20111015作者简介:隋超(1977一),男,中国水电港航公司工程师,副主任.第1期隋超:船舶燃油黏度自动控制系统研究59两个波纹管连同传动杆一起向右移动,并带动扭转轴逆时针偏过一个角度,这个角度与压差成正比.当黏度减小时,压差也减小,在弹簧的作用下使传动杆右移,扭转轴

7、顺时针转过一个角度,可见,测量部分的作用是把测黏计送来的压差信号成比例地转换为扭转轴的角位移.(2)变送部分.它由比较,放大和反馈三个基本环节组成,其中比较环节主要由传动杠杆,比较杠杆和可移动支点组成.传动杠杆与测量部分的扭转轴相连o放大环节主要由喷嘴挡板机构和功率放大器组成.功率放大器由双波纹管,阀杆,下阀盘和上阀盘组成.反馈环节主要由反馈膜片,反馈推杆组成.变送部分的作用是把扭转轴的角度变化成比例地转换为0.020.1mpa的气压信号.(3)零点和量程的调整.零点是指变送器输入的差压为零时,其输出压力为0.02mpa.调整步骤是:先接通差压变送器的气源0.14mpa,然后让正,负压室均通大

8、气.即压差为零,观察变送器输出压力表的指示是否为0.02mpa.若零点不对,可调整反馈推杆上的调零螺母m,改变喷嘴挡板角度,使输出压力表指示0.02mpa.量程是指变送器输出压力在0.020.1mpa范围内变化时,而对应的输入差压的变化范围.显然,变送器输出0.02mpa所对应的羞压为零,变送器输出0.1mpa所对应的压力是需要测量的最大差压.调整的步骤是:当零点调整好后,使变送器的负压室通大气,正压室接入可调气压并逐渐增大,使差压ap为最大值,观察变送器输出压力表是否指示为0.1mpa,若不是,可松开旋钮k,左右移动与支点11连在一起的量程指针,向右移动减小量程,向左移动增大量程.调好后,扭

9、紧旋钮k,再重新调零,然后再调量程.重复数次,直到零点和量程都符合要求为止.四,vaf型调节器vaf型调节器是按位移平衡原理工作的,能实现比例积分调节规律.它由检测,给定,比较,放大,反馈,显示和手动一自动切换环节组成.(1)工作原理当控制系统处于平衡状态时,燃油黏度的测量值等于给定值,调节器上的测量指针(黑色)与给定值指针(红色)相重合.输入图3vfa调节器结构简图(2)比例带和积分时间的调整.由于结构比较复杂,我们从它的简化图来分析其如何实现比例积分作用的.图3是这种调节器的简化图原理图.它的动作过程如下,调节器原来处于稳定状态,假定黏度突然升高,由变送器送来的气压信号增大,使测量管伸长,

10、通过连杆使扇形轮反时针偏转.这时黑色测量指针便指出黏度值,同时连杆ab向上移动,使杠杆bd以c为支点反时针偏转.由于p是个轴,它通过弹簧与bd连接,所以b点向上时只能使弹簧向下拉,从而使轴p顺时针偏转,装在p轴上的挡板离开喷嘴,喷嘴背压下降,放大器输出下降(这是反作用式调节器).这个降低的气压信号送到气关式调节阀,使蒸汽阀开大,燃油黏度又降下来.比例带的调整方法:转动比例带旋钮,将使比例带盘和盘上的m点一起转动.m点变动了反馈作用的强弱也就发生了变化.例如,m点在最上面,由反馈杆ln送来的反馈信号在弹簧片np上几乎不产生位移,所以负反馈作用最弱,比例作用最强,比例带最小;反之,m点在水平位置,

11、比例带最大.比例带的大小在比例盘上有刻度标记.积分时间的调整方法:转动积分时间按钮,就能改变积分阀的开度,可以调整积分时间的大小,从而改变积分时间作用的强弱.积分阀旋钮上也有积分时间刻度,可作调整的参考.(3)给定值的调整.根据调节器结构原理的简化图,归纳其给定值的调节方法:调节器上有给定值调整旋钮.转动旋钮时,通过齿轮和连杆机构一方面由红色指针指出黏度的给定值;另一方面通过给定值调整机构,改变喷嘴挡板之间的初始距离,使燃油黏度值发生变化.(4)正,反作用切换上述介绍的调节器是采用反作用式的工作方式,即燃油黏度增大,调节器输出减小,或燃油黏度减小,调节器输出增大.反作用式调节器必须与气关式调节

12、阀配套使用,保证燃油黏度控制系统是一个负反馈控制系统,否则,成为正反馈系统,燃油黏度不能自动调节在给定值上.采用气关式调节阀的好处是,一旦气源中断,蒸汽调节阀会全开,保证黏度不会升高.但如果采用气开式调节阀,那么调节器就必须改为正作用式,即燃油黏度增大时,调节器输出增大使蒸汽调节阀开大.将调节器从反作用式切换成正作用式,只需把喷嘴顺时针转动90.,使它对准下面的挡板,同时,顺时针转动m点,使它从左上角转到右上角.这样,调节器就成为正作用式了.(5)手动一自动切换调节器上装有手动一自动切换开关.自动控制时,切换开关放在自动位置,这时,手操调压阀输出信号被切除,喷嘴背压经手动一自动转换阀的自动管路

13、送到放大器.手动控制时,可把手动一自动切换开关转到手动位置,这时喷嘴背压信号被切除,手操调压阀输出的气压信号经手动一自动转换阀的手动管路送到放大器,改变手操调压阀的输出就可以改变调节器的输出.但在切换到手动控制方式之前,应把手操调压阀的输出气压调到等于喷嘴的背压,然后再把转换开关从自动转换到手动,以实现无扰动切换.五,蒸汽调节阀vaf型黏度控制系统所用的调节阀可以是气动薄膜式调节阀也可以是活塞式调节阀.下面介绍带有阀门定位器的活塞式调节阀,它由定位器,活塞执行机构和调节阀三个部分60中国水运第12卷组成,如图4所示.来自调节图4带有阀门定位器的活塞式调节阀结构原理图压力0.4o.8mpa的气源

14、分别送到定位器的d和g空间,并由减压阀减压到0.14mpa后,送入活塞下部空间h.这个压力保证了调节法在没有信号输入的情况下,阀芯19能克服活塞的重量和气缸壁等处的摩擦力,而处于开启状态.阀门定位器是一个比例环节,能保证活塞16的位置与输入信号成比例关系.调节器的输出信号作为阀门定位器的输入信号进入a室,并作用在膜片1上.若燃油黏度降低,调节器输出气压信号增大,阀轭2右移,导向阀8与喷嘴9之间的开度减小,d室压力升高.使膜片10连同放气阀座12一起右移,关闭放气阀13,开大进气阀14.于是f室压力升压高,即活塞上部空间b室压力升高,推动活塞16下移,关小调节阀,减小进入加热器的蒸汽量.随着活塞

15、的下移,通过反馈弹簧7拉动折角曲柄6绕支点18逆时针转动,通过轭销5给阀轭一个向左的作用力来抵消控制信号对阀轭向右的作用力,这是负反馈作用.当两个作用力相等时,调节阀处于新的平衡状态.这时,通过阀芯的蒸汽量正好满足负荷要求,使燃油黏度保持在给定值上.如果阀杆与填料之间,活塞与气缸壁之间摩擦力太大或有卡牢等现象,由于阀门定位器的输出能使活塞上下空间具有很(上接第48页)尽量减轻养殖风险给渔养民带来的巨大损失的一个有效途径,当地政府应该通过借鉴国外先进国家的海水养殖互助保险制度,结合当地具体情况,积极推进海水养殖互助保险制度尽快出台.5.努力创建区域品牌,增强市场竞争力目前国内市场上的水产品质量参

16、差不齐,消费者不能清晰地分辨出水产品品质的高低,导致了高品质水产品无法与低品质水产品拉开差价,虽然舟山拥有一个国家级水产品品牌,多个省级品牌,但是总体在全国的知名度不高,消费者在购买水产品时,更多的是认同价格和质量.i4j,当地政府应该积极宣传并鼓励广大海水养殖户自主组建养殖企业或者养殖合作社,进而建立自己的产品品牌,提升盈利能力.同时政府应该组建业务能力较强的水产品质量监督管理队伍,大的压差,强制活塞移动.只要活塞移动,反馈环节就起作用,这样就能实现活塞和阀芯的准确定位,这就是阀门定位器的作用.此蒸汽调节阀是一个气关式调节阀.所谓气关式调节阀是指:当输入气压增大时,调节阀关小;当输入气压减小

17、时,调节器开大.当没有接通气源及蒸汽没有送到调节阀时,靠活塞本身重量关闭调节阀.当蒸汽送至调节阀时,靠蒸汽压力把调节阀预到全开的位置.接通气源以后,活塞即阀芯的位置就由输入信号的大小决定.当控制系统出现故障,调节器输出信号为零时,能使调节器全开.六,结论大型柴油机的燃油黏度自动控制系统,可确保燃油黏度的稳定性,对保证轮机的安全和经济运行至关重要.在日常管理中,要特别注意保持气源的清洁与干燥,随时打开过滤减压阀的放水考克,定期清洗过滤器,同时注意将气源压力保持在0.14mpa以上.在控制系统运行中,若某些仪表工作出现不正常情况,很可能是某个恒节流孔堵塞,可按一下装在恒节流孔旁的通针进行清堵,如果

18、恒节流孔没有装通针,就应该把它卸下进行清洗.减速齿轮箱和滚珠轴承都要定期清洗和加油,记录仪表机构的发条每月上紧一次.调节器整定好的参数(如比例带,积分时间)及给定值等不要随意改动.如果发现控制系统动态过程不理想.需要重新整定比例带和积分时间,要参考仪表说明书的要求和根据参数整定的基本原则进行,且应少调多观察.参考文献【1】李光良.自动控制原理【m】.北京:机械工业出版社,1989.【21万曼影.轮机自动化【m.上海:上海交通大学出版社,2010.【3】林笃彬.燃油粘度自动控制系统的修复与改进内燃机,2005.f4】黄维春.vfa型主机燃油粘度控制系统简介【1.天津航海,1994.【5】叶伟强.燃油粘度控制系统的改进【jj