船舶燃油黏度自动控制系统研究

船舶燃油黏度自动控制系统研究
为了保证船舶柴油机主机能正常运行，燃油的黏度必须保证在一个合适的范围内，如对低速柴油机，一般要求不超过60~100s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，加热温度就应该越高。

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的规定啦最高加热温度。

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。

因为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，当然这对某一固定品种的燃油来说确实是如此，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。

微辣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，其工作特别繁琐，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，VAF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。

燃油黏度调节系统
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，并转化为压差信号作为黏度的测量信号送到压差变送器，压差变送器把该压差信号成比例地转换为0.02~0.1Mpa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给定值。

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。

测黏计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以及黏度检测毛细管，隔管套管等组成。

Barton273A型压差变送器，压差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0.02~0.1MPA的气压信号，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。

测量部分，测黏计输出的高，低压信号分别接在测量部分的“+”压室和“—”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压到左边的波纹管中，使左边的波纹管伸长。

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放大环节主要由喷嘴挡板机构和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0.02~0.1MPA的气压信号。

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，反馈，显示和“手动—自动”切换环节组成。

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）相结合。

比例带和积分时间的调整。

由于结构比较复杂，我们从它的简华图来分析其如何实现比例积分作用的。

积分时间的调整方法：转动积分时间的大小，从而改变积分时间作用的强弱，积分阀旋钮上也有时间刻度，可作调整的参考。

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。

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，即燃油黏度增加调节器输出减小，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，一旦起源中断，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正为正作用式，即燃油黏度增加时，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度。

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。

五，粘度计是燃油粘度的测量装置。

工作原理是基于流动燃油的粘性对其中振动杆振动幅度的衰减来进行测量的。

当设计的振动杆几何尺寸使其振动频率等于强制振动频率时，讲发生共振。

在这个振动频率上，振动杆的振幅值最大，给动力线圈通有与振动杆自振频率相同的交流电，则它将产生同频率的交变磁通。

磁通的变化是振动杆振动，同时线圈4中产生感应电流。

由于燃油具有粘度，燃油的摩擦阻力将会衰减振动杆振动的振幅，进而衰减感应电动势。

检测线圈中感应电动势的下降值是与燃油粘度成正比的。

单片机变送器
六，粘度传感器内的单片机变送器把测量线圈产生的感应电动势讲数据放大后送入精密电压-频率转换器，它的输出的脉冲信号频率与输入电压严格成比例，实际上是起模数转换器的作用。

该脉冲信号送到单片机内部定时器T0，记录单位时间脉冲数，该数值就反映了燃油粘度的实际值。

七，Pt100是一种热电阻式温度传感器。

这种传感器工作原理是利用金属材料电阻值随温度升高而增大，字儿在检测范围内他们之间保持良好线性关系的特性制造的，利用测量电桥把测温元件电阻值变化转换为电压信号，该电信号与所检测的温度成正比。

VCU-160粘度控制器
八，VCU-160粘度控制器采用单片机，可以同时监视、控制、显示燃油温度和粘度，主要是由PI温度调节器和PI粘度调节器构成。

由EVT-10C粘度传感器和Pt100温度传感器传来的信号来控制和显示燃油温度和粘度。

由粘度控制器输出的信号传给蒸汽加热装置的蒸汽调节阀或电加热装置的接触器。

可以对柴油进行温度定值控制，对HFO进行温度或粘度控制，两种控制方式在升温或降温过程中有升温速度的程序和降温粘度定值控制，而且还设有手动控制蒸汽调节阀调节方式。

燃油的温度信号及粘度信号经A/D转换器进人单片机内部RAM，用于温度程序控制和粘度定值控制。

速率选择及粘度给定均由外部电位器上的分压值给定，
分别用以确定温度程序控制时的温升速率及粘度定值控制时的粘度给定值。

本系统的输出量经D/A转换、V/I变换、伺服放大、电动操作器，最后控制由执行机构带动的蒸汽调节阀开度，以改变进入燃油加热器的蒸汽流量。

燃油粘度值及给定值采用50个发光二极管组成的光柱来显示，也可以在电动操作器上读出。

当单片机系统出现故障时，可以手操电动操作器控制蒸汽阀的开度以控制燃油粘度。

该系统的工作过程是在温度较低时，单片机控制三通选择阀使柴油进人系统，同时起动温度程序控制，燃油温度会逐渐上升，当油温高于中间温度时单片机控制三通选择阀选择重油进人系统，此时仍进行温度程序控制，当温度达到上限温度值时转人粘度定值控制。

SHS蒸汽加热装置和EHS电加热装置
本系统可以采用SHS蒸汽加热装置，也可以选用EHS电加热装置或者是两者联合使用。

在这三种加热装置中，只有EHS电加热装置没有手动控制方式，剩下两种都可以进行，DO、FO和手动三种工作方式，可靠性比较高。

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，要特别注意保持起源的清洁与干燥，随时打开过滤减压阀的放水考克，定期清洗过滤器，同时注意将起源压力保持在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进行调整。

参考文献
李光良.自动控制系统【M】北京机械出版社，1989
林笃斌.燃油黏度自动控制系统的修复与改进内燃机，2005 黄维春.VFA型主机燃油黏度控制系统简介【天津海航】1994 叶伟强.燃油黏度控制系统的改进，1999。